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논문 기본 정보

자료유형
학위논문
저자정보

박진희 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수
김동섭
발행연도
2022
저작권
인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수25

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이 논문의 연구 히스토리 (3)

2022

가스터빈 복합발전 플랜트 하부사이클 성능해석 프로그램 개발
박진희 기계공학과 2022.01 학위논문

2021

가스터빈 복합발전 플랜트 보정곡선 도출을 위한 하부사이클 성능 해석 프로그램 개발
박진희 ,  이재홍 ,  김동섭 외 1명 한국유체기계학회 학술대회 논문집 2021.12 학술대회자료
복합화력발전 플랜트의 보정곡선 도출을 위한 배열회수보일러 해석 프로그램 개발
박진희 ,  이재홍 ,  김동섭 외 1명 대한기계학회 춘추학술대회 2021.05 학술대회자료

초록· 키워드

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가스터빈 복합(Gas turbine combined cycle, GTCC) 발전 플랜트는 가스터빈, 배열회수 보일러(Heat recovery steam generator, HRSG), 증기터빈으로 구성된다. GTCC 플랜트의 성능은 가스터빈의 운전 조건에 따라 변화하며, 효율적인 운영을 위해 성능변화를 정확히 예측하는 것이 매우 중요하다. 일반적으로 엔지니어링 현장에서는 상용 프로그램을 사용한 시뮬레이션을 통해 성능변화를 예측한다. 그러나, 상용 프로그램은 사용 난이도가 높아 플랜트 관련 직무자가 업무에 활용하기에 편의성이 낮다. 특히, HRSG 해석 시 실제 운전 데이터와 오차가 크게 발생하는 경우가 있다.
따라서 본 연구에서는 사용자의 이용 난이도를 낮추고 범용성을 높인 Excel Visual Basic for Applications (VBA) 기반의 프로그램을 개발하는 것을 목표로 하였다. 저자가 소속한 연구실에서 선행 연구를 통해 개발된 가스터빈 성능해석 프로그램을 바탕으로 하여 본 연구에서는 HRSG와 증기터빈으로 이루어진 하부사이클 성능해석 프로그램을 개발하였다. 포스코건설에서 제공받은 복수의 운전 데이터 와 비교하여 개발된 프로그램을 검증하였다.
개발된 프로그램의 설계 해석 모드에서는 질량 및 에너지 보존 법칙을 통해 작동 유체의 물성치를 계산한다. HRSG의 각 단위기기는 해석 옵션을 통해 다양한 해석이 가능하며, 터빈은 사용자가 입력한 누설 정보를 통해 단별 해석이 가능하다. 설계점의 파라미터는 탈설계 해석의 기준 값으로 사용되기 때문에 설계 해석 모드에서 파라미터를 저장한다. 열교환기에서는 열 저항저항(Thermal resistance)의 보정을 통해 탈설계 열 특성을 계산하고, 터빈에서는 Stodola’s ellipse law를 통해 터빈 입구 압력을 도출한다. 열교환기와 터빈을 제외한 단위기기에서는 압력손실만 보정하여 설계해석 모드와 동일한 과정으로 해석된다. 개발된 프로그램으로 열교환기 배치 방법면에서 다양한 구조의 하부사이클 해석이 가능하다.
본 연구를 통해 개발된 프로그램을 선행연구에서 개발된 가스터빈 프로그램과 결합하면 일괄 계산을 통해서 GTCC 플랜트의 성능 설계와 성능변화 예측에 활용 가능하다. 특별히, 플랜트 엔지니어링 업무에서 요구되는 보정곡선 및 열정산도 도출에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

목차

1. 서론 1
1.1 연구배경 1
1.2 가스터빈 해석 프로그램 개요 3
1.3 하부사이클 해석 프로그램 개발 개요 4
2. 설계 해석 5
2.1 물성치 계산 코드 5
2.2 배열회수보일러(Heat recovery steam generator, HRSG) 7
2.2.1 개요 7
2.2.2 열교환기 설계 해석 9
2.2.3 보조기기 해석 모델 22
2.2.4 배열회수보일러 구조 26
2.3 증기터빈(Steam turbine) 27
2.3.1 터빈(Turbine) 28
2.3.2 발전기 34
3. 탈설계 해석 35
3.1 압력 손실 35
3.2 열교환기 36
3.3 터빈 39
4.프로그램 구조 42
5. 개발 프로그램 검증 44
5.1 개요 44
5.2 Type 1 45
5.3 Type 2 49
5.4 Type 3 52
6. 결론 53
참고문헌 55

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