Innovative technical process for Energy Storage System (ESS), Liquid Air Energy Storage system (LAES) is mature technologies based on the gas liquefaction process. In spite of many advantages such as high energy density, no geographical constraints, low investment costs and long useful life, the system has not yet widely commercialized due to low round trip efficiency. To improve RTE and acquire high yield of liquid air, various configurations of LAES process have been considered. In this research, dual refrigerants cycle (R-600a and methanol) for air liquefaction and thermal oil circulation for power generation via liquid air gasification have been applied to improve cycle performance significantly using Aspen HYSYS simulator.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.2_1
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pp.149-159
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2022
Biomass is material that is comprehensive of carbonaceous materials from plants, crops, animals, and algae. It has been used as one of heating fuel since the beginning the emergence of human beings. Since biomass is regarded as carbon-neutral energy source, it has recently been attracting attention as an energy source that can replace fossil fuels. The most widely applied field is distributed power generation, and a method of generating electric power by driving an internal combustion engine with syngas produced by gasifier is chosen. While the composition of the syngas produced in gasifiers changes depending on the air flowing into the reactor, commercialized gasifiers so far do not control the air flowing into the reactor. When the inner pressure in reactor increases, the air sucked into the reactor is reduced. That change of amount of air makes the composition of syngas varied. Those variations of composition of syngas cause the incomplete combustion hence the power output of engine drops, which is a critical weakness of the gasification technology. In this paper, to produce the uniformly composed syngas, PID control is applied. The result was shown when the amount of air into the reactor is supplied with the constant amount using PID control, the standard deviation of caloric values of syngas is around 2[%] of its average value. Meanwhile the gasifier without PID control has the standard deviation of caloric values is around 7[%]. Therefore, Adopting PID control to supply constant air to the gasifier is highly desirable.
Multi-hole type oxygen combustion burner was developed for industrial gasification and smelting furnace. We investigated characteristics of flame, radiation transfer, and soot emission in the convectional oxygen burner with respect to the feeding condition of fuel and oxygen. Regarding the results of the conventional burner, we designed new burners which have larger fuel consumption rate and radiation heat transfer. We changed the size and hole number and shape of the exit plane of the burner. In addition, the performance of the burner was tested with respect to the feeding condition of the fuel and air: Normal Diffusion flame(NDF) and Inverse Diffusion Flame(IDF). We investigated the flame configuration, radiation heat transfer, and soot formation by using a CCD camera, heat flux meter, and Laser Induced Incadescence(LII), respectively. The stable operating condition was obtained by the flame configuration and the flame of the burner which has dented exit plane was more stable in whole operating conditions. The characteristics of radiative heat transfer were sensitive to the feeding condition of reactants and the flame of 75% primary oxygen and 25% secondary oxygen of the IDF case shows maximum radiation heat transfer. The soot volume fraction of the flame was measured in the axial direction of the flame and the amount of soot volume fraction is proportion to the radiation heat transfer. As a result, we can get the optimal operating condition of the newly designed burner which enhances the characteristics of flame stabilization and radiation heat transfer.
Research on usage of syngas produced by waste gasification is on going all around the world. Syngas which consists of $H_2$, CO, $CO_2$, $N_2$, has different combustion characteristics from current city gas; due to distinct flame propagation speed of the fuel, syngas has different spark timing and air fuel ratio at maximum generating efficiency. This is why finding both the optimum point of spark timing and air fuel ratio is so important in order to improve thermo efficiency and secure stable running of gas generated by relatively low heating value syngas. Moreover, since emission of $NO_x$ is strictly regulated, it is important to operate lean burn condition that reduces NOx emission.
Kim, Young-Sik;Lee, Jong-Jun;Kim, Tong-Seop;Sohn, Jeong-Lak;Joo, Yong-Jin
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.32
no.9
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pp.704-711
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2008
Integrated gasification combined cycle (IGCC) is an environment friendly method of using coal. Several commercial IGCC plants have been built worldwide during the past decade, and a domestic development project has also been launched recently. Operation and performance characteristics of a gas turbine in the IGCC plant deviates from those of original gas turbines due to several factors such as increased amount of fuel supply and integration with other components. In this study, performance of a gas turbine in the IGCC plant is analyzed considering its integration with the air separation unit (ASU). Influence of the degree of integration (split of air supplies to ASU from the auxiliary compressor and the gas turbine compressor) on the system performance is investigated. In addition, effect of modulating nitrogen return flow from the gasifier to the gas turbine on the operating characteristics of the gas turbine is examined.
Integrated gasification combined cycle (IGCC) power plants not only emit less greenhouse gases and air pollutants than conventional coal-fired power plants, but also use low-price, low-quality, and internationally easily procurable coal. Thus we can benefit from safeguarding energy security through building the IGCC power plant. This paper attempts to value the benefits of energy security enhanced by IGCC power plant. To this end, we report here the results from a contingent valuation survey of randomly selected 600 households. A combination of a double-bounded model and a spike model is applied for the purpose of increasing statistical efficiency and dealing with zero(0) willingness to pay data, respectively. The results show that the respondents are additionally willing to pay 6.05 won for 1kWh of electricity generated from IGCC power plant. In other words, the benefits from safeguarding energy security through building the IGCC power plant are 6.05 won per kWh. Given that the expected amount of generation from the Taean IGCC power plant that is scheduled to be built in late 2015 is 2.27 TWh per year, the benefits are estimated to be 13.74 billion won per year.
Kim, Jong-Jin;Park, Moung-Ho;Song, Kyu-So;Cho, Sang-Ki;Seo, Seok-Bin;Kim, Chong-Young
Journal of Energy Engineering
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v.6
no.1
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pp.104-113
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1997
This study aims to develop an analysis model using a commercial process simulator-ASPEN PLUS for an IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) system consisting a dry coal feeding, oxygen-blown entrained gasification process by Shell, a low temperature gas clean up process, a General Electric MS7001FA gas turbine, a three pressure, natural recirculation heat recovery steam generator, a regenerative, condensing steam turbine and a cryogenic air separation unit. The comparison between those results of this study and reference one done by other engineer at design conditions shows consistency which means the soundness of this model. The greater moisture contents in Illinois#6 coal causes decreasing gasifier temperature and the greater ash and sulfur content hurt system efficiency due to increased heat loss. As the results of sensitivity analysis using developed model for the parameters of gasifier operating pressure, steam/coal ratio and oxygen/coal ratio, the gasifier temperature increases while combustible gases (CO+H2) decreases throughout the pressure going up. In the steam/coal ratio analysis, when the feeding steam increases the maximum combustible gas generation point moves to lower oxygen/coal ratio feeding condition. Finally, for the oxygen/coal ratio analysis, it shows oxygen/coal ratio 0.77 as a optimum operating condition at steam/coal feeding ratio 0.2.
This paper provides a fusion technology between a district cooling energy system and an environment conservation policy based on the energy savings and reusable cold energy resources. The district heating and cooling systems are very effective ways for an energy saving, a cost reduction and a safety control. It is necessary to equalize the energy savings and an environmental preservation policy for an improved human lift. A gasification process of a liquefied natural gas, cooling water from deep seawater and an ice water thermal storage system may produce a cold energy. A district cooling system is used to cool an apartment, office buildings and factory facilities with a cooling energy supply pipeline. LNG cooling energy will switch a conventional air-conditioning system, which is operated by on electrical energy and a Freon refrigerant. Coincident with significant clean energy and operating cost savings, LNG cold energy system owen radical reductions in an air-borne pollutant, $CO_2$ and the release of environmentally harmful refrigerants compared with that of the conventional air-conditioning system. This study provides useful information on the fusion technology of a LNG cold energy usage and energy savings, and environmental conservation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.11
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pp.1023-1029
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2013
The integration between a gas turbine and an air separation unit (ASU) is important in IGCC plants. The portion of ASU air extracted from the gas turbine and the degree of nitrogen supply from the ASU to the gas turbine side are important operating parameters. Their effect on the gas turbine performance and operability should be considered in a wide ambient temperature range. In this study, appropriate nitrogen dilution rate and turbine inlet temperature that satisfy the two limitations of turbine blade temperature and maximum allowable power output were predicted. The air integration was set at zero. The simulation showed that the power output increases and turbine blade temperature decreases as the nitrogen dilution increases. The maximum allowable power output can be obtained under medium and low ambient temperature ranges. Under a high ambient temperature range, the achievable power is less than the maximum power.
Parametric studies are conducted for optimizing the integration design between gas turbine compressor and air separation unit (ASU) of integrated gasification combined cycle power plant. The present study adopts the ASU of double-distillation column process, from which integration conditions with compressor such as the heat exchanger condition between air and nitrogen, the amount and the pressure of extracted air are defined and mathematically formulated. The performance variations of the compressor integrated with ASU are analyzed by combining streamline curvature method and pressure loss models, and the predicted results are compared with the performance test results of actual compressors to verify the prediction accuracy. Using the present performance prediction method, the effects of pinch-point temperature difference (PTD) in the heat exchanger, the amount and the pressure of extracted air on compressor performances are quantitatively examined. As the extraction air amount or the PTD is increased, the pressure ratio and the power consumption of compressor are increased. The compressor efficiency deteriorates as the increase of the flow rate of air extracted at higher pressure level while improving at lower pressure air extraction. Furthermore, through the characteristic curve between generalized inlet condition and efficiency of compressor, optimal integration condition is presented to maximize the compressor efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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