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스테파노 Stefano

14-08-29 19:12

(1) Fuel gas boiler와 gas turbine boiler 차이
둘 다 Fuel Gas를 사용하는 것은 같지만 전자는 Steam만을 생산하는 Boiler이고, 후자는 동력과 Steam을 함께 생산하는 Boiler입니다. 후자의 경우 동력(또는 전력)을 주로(1차적으로) 생산하고 터빈에서 배출되는 가스의 온도가 높기 때문에 이 에너지를 이용하여 Steam을 부수적으로(2차적으로) 발생시키는 것이라서 주된 목적은 동력이고 부수적 목적은 스팀이 됩니다.

전자의 경우 동력이 필요하면 발생된 고압의 스팀을 과열기를 거쳐 과열스팀으로 만들어 스팀터빈을 돌려야 합니다. 따라서 발생된 스팀을 활용하여 동력,전력등을 발생시키는 것과 중/저압 스팀의 활용방법을 포함한 싸이클을 포함하여 후자인 Gas Turbine 싸이클과 비교해야 될 것입니다.

(2) 원리
원리라기보다 시스템에서의 유체의 흐름 구성을 알아보면 직관적으로 비교할 수 있을 것입니다.
1) Fuel Gas Boiler...(연소가스와 스팀 두개의 유체흐름이 있습니다.)
http://fas.org/man/dod-101/navy/docs/swos/eng/60b-102.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Feedwater_heater

연료/공기-->버너-->연소실(복사열에 의한 스팀발생)-->대류전열실(대류전열에 의한 스팀과열, 급수예열, 연소공기예열)-->굴뚝 배출
급수/회수응축수-->급수예열-->스팀드럼-->고압스팀배출관-->스팀과열기-->스팀헤더-->스팀터빈(동력, 전력발생)-->터빈배출중압스팀활용-->수증기 응축기-->응축수 회수 및 순환

2) Gas Turbine......(연소와 더불어 동력을 발생시키고 배가스를 이용한 스팀발생으로 연소가스와 스팀 두개의 흐름이 있습니다.)
http://www.ipieca.org/energyefficiency/solutions/27321
가스-->압축-->공기혼합 연소 터빈(동력, 전력발생)-->고온배가스 이용 스팀발생-->배가스이용 급수가열-->굴뚝배출
응축수/급수-->급수예열-->발생스팀-->Steam 저압터빈활용 동력발생, 가열용스팀으로 사용-->응축수 회수, 순환

(3) 효율의 차이
연료을 연소하여 스팀을 발생시킨다음 스팀을이용하여 터빈을 구동하여 얻어지는 동력으로 발전기를 돌려 전력을 얻는 방법과,
연료와 공기를 압축한 다음 연소시켜 발생하는 고온고압의 연소가스로부터 직접 동력을 얻어 발전기를 돌려 전력을 얻는 방법을 비교해야 할 것입니다.

각 단계에서 사용되는 장치의 효율이 시스템의 전체효율을 좌우할 뿐 만 아니라, 스팀터빈이나 가스터빈에서 배출되는 고온의 유체가 가진 에너지를 어떻게 잘 활용하느냐에 따라서 전체의 에너지 효율이 결정됩니다. 보일러->스팀 터빈-->발전기 보다 압축기-->연소터빈->발전기 와 같이 단계가 축소될 수록 효율이 높아지지만 온도가 높을수록 효율이 높아지는 대신 장치재료는 까다로와지고 고온 고압의 장치를 요하기 때문에 에너지 효율을 높이는 작업은 재료와 시스템 및 기기장치의 효과적인 조합으로 달성되어야 할 일입니다.

전자의 경우 동력이 필요하면 발생된 고압의 스팀을 과열기를 거쳐 과열스팀으로 만들어 스팀터빈을 돌려야 합니다.  따라서 발생된 스팀을 활용하여 동력,전력등을 발생시키는 것과 중/저압 스팀의 활용방법을 포함한 싸이클을 포함하여 후자인 Gas Turbine 싸이클과 비교해야 될 것입니다.

(2) 원리
원리라기보다 시스템에서의 유체의 흐름 구성을 알아보면 직관적으로 비교할 수 있을 것입니다. 
1) Fuel Gas Boiler...(연소가스와 스팀 두개의 유체흐름이 있습니다.)
http://fas.org/man/dod-101/navy/docs/swos/eng/60b-102.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Feedwater_heater

연료/공기-->버너-->연소실(복사열에 의한 스팀발생)-->대류전열실(대류전열에 의한 스팀과열, 급수예열, 연소공기예열)-->굴뚝 배출
급수/회수응축수-->급수예열-->스팀드럼-->고압스팀배출관-->스팀과열기-->스팀헤더-->스팀터빈(동력, 전력발생)-->터빈배출중압스팀활용-->수증기 응축기-->응축수 회수 및 순환

2) Gas Turbine......(연소와 더불어 동력을 발생시키고 배가스를 이용한 스팀발생으로 연소가스와 스팀 두개의 흐름이 있습니다.) 
http://www.ipieca.org/energyefficiency/solutions/27321
가스-->압축-->공기혼합 연소 터빈(동력, 전력발생)-->고온배가스 이용 스팀발생-->배가스이용 급수가열-->굴뚝배출
응축수/급수-->급수예열-->발생스팀-->Steam 저압터빈활용 동력발생, 가열용스팀으로 사용-->응축수 회수, 순환

(3) 효율의 차이
연료을 연소하여 스팀을 발생시킨다음 스팀을이용하여 터빈을 구동하여 얻어지는 동력으로 발전기를 돌려 전력을 얻는 방법과,  
연료와 공기를 압축한 다음 연소시켜 발생하는 고온고압의 연소가스로부터 직접 동력을 얻어 발전기를 돌려 전력을 얻는 방법을 비교해야 할 것입니다.

각 단계에서 사용되는 장치의 효율이 시스템의 전체효율을 좌우할 뿐 만 아니라, 스팀터빈이나 가스터빈에서 배출되는 고온의 유체가 가진 에너지를 어떻게 잘 활용하느냐에 따라서 전체의 에너지 효율이 결정됩니다.   보일러->스팀 터빈-->발전기 보다 압축기-->연소터빈->발전기 와 같이 단계가 축소될 수록 효율이 높아지지만 온도가 높을수록 효율이 높아지는 대신 장치재료는 까다로와지고 고온 고압의 장치를 요하기 때문에 에너지 효율을 높이는 작업은 재료와 시스템 및 기기장치의 효과적인 조합으로 달성되어야 할 일입니다.

정재욱 euphoria86

14-09-04 09:20

감사합니다. 말씀하신대로, CCGT는 일반적인 boiler를 활용한 Steam power plant대비 다양한 condition에도 mechnical stress가 발생하지 않는 재료 및 equipment만 선정된다면 이론적으로 높은 효율 및 낮은 TIC(Total Investment Cost)를 보이는 것 같습니다. 하지만, 이는 어디까지나 이론적인 것이며 해당 프로젝트의 condition을 고려하여 선정되어야 할 것 같습니다. (특히, start-up시 설비들에 diesel이나 LPG를 원활하게 공급이 어려운 경우엔 화석연료를 이용한 boiler를 이용하는 편이 나은 경우도 있는 것 같습니다.) 감사합니다.