Anti-icing is important in gas turbines because ice formation on compressor inlet components, especially inlet guide vane, can cause performance degradation and mechanical damages. In general, the compressor bleeding anti-icing system that supplies hot air extracted from the compressor discharge to the engine intake has been used. However, this scheme causes considerable performance drop of gas turbines. A new method is proposed in this study for the anti-icing in combined cycle power plants(CCPP). It is a heat exchange heating method, which utilizes heat sources from the heat recovery steam generator(HRSG). We selected several options for the heat sources such as steam, hot water and exhaust gas. Performance reductions of the CCPP by the various options as well as the usual compressor bleeding method were comparatively analyzed. The results show that the heat exchange heating system would cause a lower performance decrease than the compressor bleeding anti-icing system. Especially, the option of using low pressure hot water is expected to provide the lowest performance reduction.
Kang, K. C.;Kim, Y. J.;Ryou, Y. S.;Baek, Y.;Rhee, K. J.
Journal of Biosystems Engineering
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v.25
no.6
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pp.489-496
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2000
This study was conducted in order to find an ideal working fluid kind and a proper filling amount in the heat pipe as well as an inclined angle of heat pipe when they are placed to recover exhaust gas heat in the hot air heater. Followings are the findings of this research. 1. Of the four different working fluids-gasoline kerosene distilled water and acetone-acetone filled heat pipe showed the best performance giving out more homogeneous temperature profile on the radiating part than the kerosene and gasoline heat pipe an carrying out heat transmitting function better than the distilled water heat pipe by 10~2$0^{\circ}C$ higher on the radiating part. Acetone would be a good choice for recycling of exhaust gas heat in the hot air heater. 2. Of the filling amount of working fluid inside the heat pipes dry-out situations possible caused by insufficient filling were found in the filling amount of 5, 7.5 and 10% heat pipes as heat supply rate increases gradually in the range of 50 to 15kJ/sec. but no dry-out and stabilized heat transmitting performance occurred in the heat pipes of 12.5 and 15% filling at the same heat supply rate. It recommends that filling amount shall exceed 12.5% at least with the working fluids of this experiment. 3. The test revealed that the heat transmitting performance of heat pipe was more affected by filling amount rather than inclined angle.
Experimental study on combustion characteristics of a regenerative combustor has performed. High-temperature air combustion in the regenerative combustor is obtained through heat recovery from exhaust gas flow by porous ceramic materials and through alternation of air flow direction through the combustor. Temperature field, CO and NOx emission with respect to the frequency of alternation are measured. It is found that at initial stage of the alternation, temperature of inlet section of main combustion chamber is increased sharply since both high temperature air preheated by the ceramics and prompt fuel injection results in rapid combustion. Following this initial stage, combustion temperature is reduced as the preheated air temperature is reduced. However peak temperature in the chamber and exhaust gas temperature are decreased as the alternation period is reduced, increased temperature of ceramic is observed. CO and NOx emission with respect to the alternation period is also examined. It is found that there exists a range of optimum alternating period for CO and NOx emission characteristics.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.5
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pp.58-66
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2011
A 2-loop waste heat recovery system with Rankine steam cycles for the improvement of fuel efficiency of gasoline vehicles has been investigated. A high temperature loop(HT loop) is a system to recover the waste heat from the exhaust gas, a low temperature loop(LT loop) is for heat recovery from the engine coolant cold relatively. This paper has dealt with a layout of a LT loop system, the review of the working fluids, and the design of the cycle. The design point and the target heat recovery of the LT boiler, a core part of a LT loop, has been presented and analytically investigated. Considering the characteristics of the cycle, the basic concept of the LT boiler has been determined as a shell-and tube type counterflow heat exchanger, the performance characteristics for various design parameters were investigated.
Lee, Chan;Kim, Yong Chul;Lee, Jin Wook;Kim, Hyung Taek
유체기계공업학회:학술대회논문집
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1998.12a
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pp.209-214
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1998
A thermodynamic simulation method is developed for the process design and the performance evaluation of the gas turbine in IGCC power plant. The present study adopts four clean coal gases derived from four different coal gasification and gas clean-up processes as IGCC gas turbine fuel, and considers the integration design condition of the gas turbine with ASU(Air Separation Unit). In addition, the present simulation method includes compressor performance map and expander choking models for considering the off-design effects due to coal gas firing and ASU integration. The present prediction results show that the efficiency and the net power of the IGCC gas turbines are seperior to those of the natural gas fired one but they are decreased with the air extraction from gas turbine to ASU. The operation point of the IGCC gas turbine compressor is shifted to the higher pressure ratio condition far from the design point by reducing the air extraction ratio. The exhaust gas of the IGCC gas turbine has more abundant wast heat for the heat recovery steam generator than that of the natural gas fired gas turbine.
Lee, Jin Woo;Shin, Kwang Ho;Choi, Song;Chung, Baik Young;Kim, Byung Soon
Transactions of the KSME C: Technology and Education
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v.3
no.1
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pp.23-28
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2015
In this paper, we performed the design optimization dual-shell and tube heat exchanger on exhaust waste heat recovery for gas heat pump using CFD and RSM. CFD analysis is useful to design the complex structure such as double shell and tube heat exchanger. By computer simulation, engineers can assess the feasibility of the given design factors and change them to get a better design. But if one wishes to perform complex analysis on the simulation, such dual-shell and tube heat exchanger for GHP, the computational time can become overwhelming. CFD is powerful but it takes a lot of time for complex structure. Therefore, the CFD analysis is minimized by the optimization using the RSM method. As a result, the number of baffle and tube are optimized by 6 baffles and 25 tubes for heat transfer and flow friction. And then pressure drop and heat transfer is improved about 12.2%. We confirm the design optimization using CFD and RSM is useful on complex structure of heat exchanger.
This study was carried out to improve the performance of pre-developed heat recovery devices attached to exhaust-gas flue connected to combustion chamber of greenhouse heating system. Four different units were compared in the aspect of heat recovery performance; A-, B-, and C-types are exactly the same with the old ones reported in previous studies. D-type newly developed in this experiment is mainly different with the old ones in its heat exchange area and tube thickness. But airflow direction(U-turn) and pipe arrangement are similar with previous three types. The results are summarized as follows; 1. System performances in the aspect of heat recovery efficiency were estimated as 42.2% for A-type, 40.6% for B-type, 54.4% for C-type, and 69.2% for D-type. 2. There was not significant improvement of heat recovering efficiency between two different airflow directions inside the heat exchange system. But considering current technical conditions, straight air flow pattern has more advantage than hair-pin How pattern (U-turn f1ow). 3. The main factors influencing on heat recovery efficiency were presumably verified to be the total area of heat exchange surface, the thickness of ail-flow pipes, and the convective heat transfer coefficient influenced by airflow velocity under the conditions of allowable pipe durability and safety. 4. Desirable blower capacity for each type of heat recovery units were significantly different to each other. Therefore, the optimum airflow capacity should be determined by considering in economic aspect of electricity required together with the optimum heat recovery performance of given heat recovery systems.
Park, Jung-Keuk;Hur, Kwang-Beom;Rhim, Sang-Gyu;Lee, In-Hwa
New & Renewable Energy
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v.5
no.2
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pp.15-24
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2009
As new small scale LFG (landfill gas) energy project model which can improve economic feasibility limited due to the economy of scale, LFG-Microturbine combined heat and power system with $CO_2$ fertilization into greenhouses was proposed and investigated including basic design process prior to the system installation at Gwang-ju metro sanitary landfill. The system features $CH_4$ enrichment for stable microturbine operation, reduction of compressor power consumption and low CO emission, and $CO_2$ supplement into greenhouse for enhancement plant growth. From many other researches, high $CO_2$ concentration was found to enhance $CO_2$ assimilation (also known as photosynthesis reaction) which converts $CO_2$ and $H_2O$ to sugar using light energy. For small scale landfills which produce LFG under $3\;m^3$/min, among currently available prime movers, microturbine is the most suitable power generation system and its low electric efficiency can be improved with heat recovery. Besides, since its exhaust gas contains very low level of harmful contaminants to plant growth such as NOx, CO and SOx, microturbine exhaust gas is a suitable and economically advantageous $CO_2$ source for $CO_2$ fertilization in greenhouse. The LFG-Microturbine combined heat and power generation system with $CO_2$ fertilization into greenhouse gas to enhance plant growth is technologically and economically feasible and improves economical feasibility compared to other small scale LFG energy project model.
Kim, Jong-Jin;Sung, Choi-Kyu;Ki, Ho-Choong;Kang, Sae-Byul
Proceedings of the SAREK Conference
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2008.06a
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pp.1025-1030
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2008
We develop heat exchanger modules for a multi-burner boiler. The heat exchanger module is kind of a heat recovery steam generator (HRSG). This heat recovery system has 4 heat exchanger modules. The 1st module consists of 27 bare tubes due to high temperature exhaust gas and the others consist of 27 finned tubes. The maximum steam pressure of each module is 10 bar and tested steam pressure is 4 bar. In order to test these heat exchanger modules, we make a 0.5t/h flue tube boiler (LNG, $40\;Nm^3/h$). The test results of 100% boiler load show that heat transfer rate of 1st module is 49.7 Mcal/h which is 34% of total heat transfer rate and that of 2nd module is 82.6 Mcal/h which is 57% of total heat transfer rate. The reason of higher the heat transfer rate of 2nd module than that of 1st module is that the 2nd heat exchanger module has finned tubes instead of bare tube. The boiler load 50% results show that only 2 heat exchanger modules are needed to extract the heat from the flue gas to water. From this result, it is very important of optimum design of the first finned tube among all water tubes.
In this study, $20\;Nm^3/hr$ scale compact hydrogen generator which can be apply to the hydrogen station was manufactured and tested. The design of $20\;Nm^3/hr$ scale compact hydrogen generator was upgraded on the base of $5\;Nm^3/hr$ scale plate hydrogen generator concept stacking the plate reactors. Ideas for improving system efficiency such as heat recovery from the exhaust, exhaust duct which is especially design for plate type reactor, reinforcement of insulation, enlargement of heat exchange area of reactor, introduction of desulphurizer reactor and PROX rector in a compact design etc. were applied. From the performance test, we can learn that the $20\;Nm^3/hr$ scale compact hydrogen generator can be operated steadily at 100% road condition and the methane conversion of over 94%(at S/C=3.75) was obtained. This result shows that the concept of plate type hydrogen generator can be scale-up to the $20\;Nm^3/hr$ scale and fit for hydrogen generator for on site hydrogen station application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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