Journal of the Korean Institute of Gas (한국가스학회지)

The Korean Institute of GAS (한국가스학회)
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An Experimental Study on NOx Emissions with Hydrogen and Natural gas Co-firing for EV burner of GT24

GT24 가스터빈용 EV 버너의 수소혼소에 따른 질소산화물 배출 특성에 대한 실험적 연구

  • Jeongjae Hwang (Gas Turbine Research Team, Dpt. of Zero-carbon Fuel and Power Generation, Korea Institute of Machinery & Materials) ;
  • Won June Lee (Gas Turbine Research Team, Dpt. of Zero-carbon Fuel and Power Generation, Korea Institute of Machinery & Materials) ;
  • Kyungwook Min (Gas Turbine Research Team, Dpt. of Zero-carbon Fuel and Power Generation, Korea Institute of Machinery & Materials) ;
  • Do Won Kang (Gas Turbine Research Team, Dpt. of Zero-carbon Fuel and Power Generation, Korea Institute of Machinery & Materials) ;
  • Han Seo Kim (Gas Turbine Research Team, Dpt. of Zero-carbon Fuel and Power Generation, Korea Institute of Machinery & Materials) ;
  • Min Kuk Kim (Gas Turbine Research Team, Dpt. of Zero-carbon Fuel and Power Generation, Korea Institute of Machinery & Materials)
  • 황정재 (한국기계연구원 무탄소연료발전연구실 가스터빈팀) ;
  • 이원준 (한국기계연구원 무탄소연료발전연구실 가스터빈팀) ;
  • 민경욱 (한국기계연구원 무탄소연료발전연구실 가스터빈팀) ;
  • 강도원 (한국기계연구원 무탄소연료발전연구실 가스터빈팀) ;
  • 김한석 (한국기계연구원 무탄소연료발전연구실 가스터빈팀) ;
  • 김민국 (한국기계연구원 무탄소연료발전연구실 가스터빈팀)
  • Received : 2023.12.01
  • Accepted : 2023.12.26
  • Published : 2023.12.31
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Abstract

In this study, an experimental study was conducted on the flame behavior, combustion dynamics, and NOx emission characteristics for hydrogen co-firing with the EV burner which is the first stage combustor of GT24. It was confirmed that as the hydrogen co-firing rate increases, the NOx emission increases. This change was elucidate to be the result of a combination of changes in penetration depth due to changes in fuel density, reduction in fuel mixing due to changes in flame position due to increased flame propagation speed, and oscillation of fuel mixedness due to combustion instability. Through pressurization tests in the range of 1.3 to 3.1 bar, NOx emission characteristics under high-pressure operating conditions were predicted, and based on this, the hydrogen co-firing limits of the EV burner was evaluated.

본 연구에서는 GT24 가스터빈의 1단 연소기인 EV버너를 대상으로 수소연료 혼소에 대한 화염거동, 연소 진동 및 NOx 배출 특성에 대한 실험적 연구를 수행하였다. 수소 혼소율이 증가할수록 NOx 배출 농도가 증가하는 결과를 확인하였다. 이러한 변화는 연료 밀도 변화로 인한 침투깊이 변화, 화염전파속도 증가에 따른 화염위치 변화에 기인한 연료 혼합도 감소와 연소진동으로 인한 시간적 혼합도 섭동 영향이 복합적으로 작용한 결과로 판단되었다. 1.3~3.1bar 범위의 가압 시험을 통해 고압 운전 조건의 NOx 배출 특성을 예측하고 이를 토대로 천연가스용 EV 버너의 수소혼소 한계를 평가하였다.

Keywords

Acknowledgement

이 논문은 2023년 한국중부발전의 지원을 받아 수행된 'GT24 가스터빈 주요 구성부 Rig 시험 및 모델기반 해석을 통한 성능맵 도출 기술 개발'과제의 결과임.

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