Hybrid power generation systems combining a solid oxide fuel cell and a gas turbine is promising due to their high efficiency. In the pressurized hybrid system, the operating condition of the gas turbine may play a critical role in designing the hybrid system. In particular, prevention of surge of the compressor can be a critical issue. The existence of fuel cell between the compressor and the turbine may cause an additional pressure loss and thus compressor operating points tend to approach the surge if the original turbine inlet temperature is pursued. In this study, bypassing some of the turbine inlet gas directly to the turbine exit side is simulated. Its effects on suppressing the surge problem and change in performance characteristics are discussed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.31
no.2
s.257
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pp.125-131
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2007
This paper presents guideline for a practical design of the hybrid system combining a pressurized solid oxide fuel cell and a gas turbine. Design of the hybrid system based on a virtually designed gas turbine was simulated using models for off-design operation of the gas turbine. Two system configurations, with different method for supplying reforming steam, are considered and their design characteristics are compared. A higher design cell temperature provides better system performance. However, there exists a maximum allowable design cell temperature because the operating point of the compressor approaches the surge point with increasing fuel cell temperature. Increased pressure loss at the fuel cell moves the compressor operating point toward the surge point and reduces system performance.
Biogas is a carbon neutral energy and consists of mostly methane and carbon dioxide, with smaller amounts of water vapor, and trace amounts of $H_2S$, Siloxane and other impurities. Hydrogen sulfide and Siloxane usually must be removed before the gas can be used for generation of electricity or heat. The goals of this project are to develope the Fuel conditioning system of Land Fill Gas for 30kW-Micro Gas Turbine co-generation system. The fuel conditioning system mainly consists of $H_2S$ removal system, Land Fill Gas compressor, Siloxane removal system and many filtering systems. The fuel requirement of 30kW MGT is at least 32% of $CH_4$, $H_2S$ (<30 ppm), Siloxane (<5ppb) and supply pressure (> 0.6 MPa) from LFG compressor. Main mechnical charateristics of Micro Gas Turbine system by using LFG have the specific performance; 1) high speed turbine speed (96,000 rpm) 2) very clean emmission NOx (<9 ppm) 3) high efficiency of energy conversion rate. This paper focuses on the development of design technology for LFG fuel conditioning system. The study also has the plan to replace the fuel of gas turbine and other distributed power systems. As the increase of Land Fill Gas (LFG), this system help to contribute to spread more New & Renewable Energy and the establishment of Renewable Portfolio Standards (RPS) for Korea.
Park, Hyung-Wook;Cho, Jong-Rae;Lee, Seung-Min;Park, Jong-Jin
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.35
no.4
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pp.443-450
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2011
Fuel gas compressor system is applied to medium FPSO. In order to avoid surge, this system used the anti-surge valves. When surge occurs it may lead to system's fracture. So anti-surge valves are evaluated structural strength and structural safety. Especially, in emergency mode, valves are must be guaranteed structural safety. In this study, structural strength and structural safety of anti-surge valve was evaluated using the numerical simulation. Unigraphics NX 4.0 was used as Geometrical models, structural strength and structural safety calculation were carried out by ANSYS Workbench 12.1. The ASME Boiler & Pressure Vessel Code is refer to allowable strength and safety factor of the valves.
This simulation method is developed by using GateCycle code for the performance evaluation of the gas turbine in IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle) power plant that uses clean coal gas fuel derived from coal gasification and gas clean-up processes and it is integrated with ASU(Air Separation Unit). In the present simulation method, thermodynamic calculation procedure is incorporated with compressor performance map and expander choking models for considering the off-design effects due to coal gas firing and ASU integration. With the clean coal gases produced through commercially available chemical processes, their compatibility as IGCC gas turbine fuel is investigated in the aspects the overall performance of the gas turbine system. The predictions by the present method show that the reduction of the air extraction from gas turbine to ASU results in a remarkable increase in the efficiency and net power of gas turbines, but it is accompanied with a shift of compressor operation point toward to surge limit. In addition, the present analysis results reveal the influence of compressor performance characteristics of gas turbine have to be carefully examined in designing the ASU integration process and evaluating the overall performance parameters of the gas turbine in IGCC Power plant.
The high fuel flexibility of gas turbine power system has boosted their use in a wide variety of applications. Recently, the demand for biogas generated from the digestion of organic wastes and sewage waste water as a fuel for gas turbines has increased. We investigated the performance of high pressure biogas compression system and operating conditions for supplying biogas. The total flow per minute of biogas from food waste water digestion tank is $54Nm^3$. The main type of biogas compression system is the reciprocating system and screw type system. The target of biogas mechanical data is the as belows; inlet pressure 0.045bar, supplying biogas temperature is $30{\sim}60^{\circ}C$, and final pressure is above the 25 bar. Also, inlet conditions of biogas consist of CH4 48.5%~83%, $H_2S$ Max. 500ppm, $NH_3$ Max. 1,500ppm and Siloxane 2.7~4.6ppm. The boosting Blower system raises a pressure from 0.045bar to 1bar before main compressor. The main system lay out of reciprocating consisits of compressor driver, filter, cooling system, blowdown vessel, control system and ESD(Emergency Shut Down) system. And an enclosure package needs to be installed for reducing noise up to 75dB. The system driver is the electronic motor of explosion proof type. Forthe compressor system reliable operation, the cleaning system something like particulate filter needs to be set up in the inlet of compressor and Coalescing Filter in the outlet of compressor. Particulate Filter has to be removed above $10{\mu}m$ size of the particles in biogas. The coalescing filter(Micofine Borosilicate Glass Fibers Filter treated phenol acid) also removes moisture and oil of above $0.3{\mu}m$ to be involved in high pressure biogas up to 90%~98%.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.20
no.2
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pp.113-120
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2008
Potential application of the scroll type machine to air compressor for fuel cell has been studied. Among the seven configuration factors which determine scroll wrap profile, the wrap thickness and the orbiting radius were chosen as two independent variables to generate various scroll wrap profiles. A conceptual design practice was conducted for scroll air compressor for SOFC with power output of 2 kW. With larger wrap thickness and orbiting radius, base plate area of the orbiting scroll becomes smaller, so is the axial gas force acting on the base plate, resulting in reduced thrust loss in spite of larger friction velocity. Performance analysis on the designed model showed that its total efficiency was 64.4% with the mass flow rate per unit compressor input of 0.00905 kg/(s kW) for the wrap thickness of 3.5 mm and the orbiting radius of 3.0 mm.
Kim Sungchul;Park Minsoo;Kim Min Soo;Hwang Inchul;Noh Youngwoo;Park Moonsoo
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2005.06a
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pp.378-383
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2005
This experimental study presents the results of the cooling performance test of a $CO_2$ heat pump system for fuel cell vehicles. The experimental facility provides the cool ing and heating environment for cabin and heat releasing component. The test loop is designed to target the cooling capacity of 5kW and its coefficient of performance (COP) of 2.2. The cooling performance of the heat pump system is strongly dependent on the refrigerant charge and the degree of superheat. We carried out basic experiments to obtain optimum refrigerant charge and the degree of superheat level at the internal heat exchanger outlet. The heat pump system for fuel cell vehicles is different from that of engine-driven vehicles, where the former has an electricity-driven compressor and the latter has the belt-driven (engine-driven) compressor. In the fuel cell vehicle, the compressor speed is an independent operating parameter and it is controlled to meet the cooling/heating loads. Experiments were carried out at cooling mode with respect to the compressor speed and the incoming outdoor air speed. The results obtained in this study can provide the fundamental cool ing performance data using the $CO_2$ heat pump system for fuel cell vehicles.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.11
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pp.1605-1612
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2002
Thermodynamic performance analysis has been carried out for a hybrid electric power generation system combining a gas turbine and a solid oxide fuel cell and operating at over-atmospheric pressure. Performance characteristics with respect to main design parameters such as maximum temperature and pressure ratio are examined in detail. Effects of other important design parameters are investigated including fuel cell internal parameters such as fuel utilization factor, steam/carbon ratio and current density, and system parameters such as recuperator efficiency and compressor inlet temperature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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