Analysis of Design and Operation Performance of Micro Gas Turbine : Part 2 - Variations in Engine's Operation and Performance Caused by Performance Degradation of Compressor and Turbine

ABSTRACT This study analyzed the variations in the performance and operation of a 200 kW class micro gas turbine according to performance degradation of compressor and turbine. An in-house code, developed by the present authors and presented in the first part of these series of papers, were used for the analysis. The degradation of compressor and turbine were simulated by modifications in the their performance maps: mass flow rate, pressure ratio and efficiency were decreased from the reference values. Firstly, the variations in the operating conditions (air flow rate, pressure ratio) were predicted for the full load condition. Then, the same analysis were performed for a wide partial load operating range. The change in engine’s performance (power output and efficiency) due to the component degradation was predicted. In addition, the change in the compressor surge margin, which is an important indicator for safe engine operation, was evaluated. 1. 서 론 가스터빈을 이용한 발전설비는 압축기, 연소기, 터빈을 이용하여 압축, 연소 및 팽창과정으로 발전을 하는 시스템이다. 압축기로 유입되는 대기의 공기에 먼지, 습기 혹은 다양한 오염물질 등이 포함되어 있다. 먼지 등이 압축기 입구로 유입되는 것을 방지하기 위하여 압축기 입구 덕트에 필터를 설치한다. 입자가 큰 먼지의 경우 필터에 의해 제거가 되지만 입자가 작은 미세먼지의 경우 엔진으로 유입된다. 강과 바다와 같이 습기와 소금입자가 많은 곳이 있는 반면에 사막과 같이 모래 및 먼지가 많은 곳이 있어 다양한 운전환경에 따라 공기 중에 포함되어 있는 물질들이 다르다. 외부 환경뿐만 아니라 터빈의 냉각을 위해 분사하는 물이나 증기, 그리고 베어링의 오일 등이 공기에 포함 될 수 있다. 미세먼지 등이 압축기에 달라붙어 파울링이 발생하게 되면 압축기를 통과하는 유량이 감소하게 되고 압축기의 효율이 감소하게 된다. 또한 파울링의 영향으로 압축기에서 서지(Surge)가 발생하여 안정성에 심각한 영향을 미치기도 한다