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문제 정의
- 본 연구에서는 이러한 필요성을 견지하고 합성가스의 이용기술 개발을 위해 폐기물 유래 합성가스의 이용기술 개발을 위해 폐기물 유래 합성가스를 이용해 합성가스엔진을 구동하고 엔진에 연결된 발전기를 통해 전력을 생산하는 합성가스 발전 시스템의 운전 특성을 살펴보았다. 저급 고체 연료의 가스화를 통해 발생된 합성가스의 1차적 이용기술로 보일러 혼소, 가스 터빈, 가스 엔진 등 다양한 기술이 제시되고 있으나 가스 엔진의 경우 초기 투자비가 작고, 운전이 용이하며 중소규모 시스템에서 비교적 높은 효율을 가진다.
- 연구에 사용된 가스화기는 약 2,000 kcal/Nm3 정도의 비교적 높은 발열량을 가지는 합성가스 생산이 가능하며 엔진 전단에 LNG 공급 라인을 설치하여 엔진에서 합성가스와 LNG를 선택적으로 사용할 수 있도록 구성하였다[15]. 본 연구에서는 Pilot 규모의 가스화기와 함께 안정적인 연동운전 구현을 목표로 실험을 진행하였으며 서로 다른 조성을 가지는 합성가스에 대해 엔진의 발전 효율, 배가스 온도, 배가스 내 주요 환경오염 물질인 NOx와 일산화탄소양의 변화를 관찰하였다.
- 다음 Table 1은 본 연구에 사용된 발전기의 주요 제원이다. 본 연구의 목적은 RPF의 열분해를 통해 얻어진 합성가스의 엔진 적용을 통해 안정적인 전력을 생산하는 것으로 상용 발전용 엔진을 이용하였다. 대상 발전용 엔진은 디젤 엔진을 대상으로 합성 가스를 공기와 미리 혼합하여 공급하도록 혼합기 부분이 추가되었으며 밸브를 통해 공기량을 조절하여 혼합비의 조정이 가능하도록 제작되었다.
- 링블로어를 통해 이송되는 합성가스는 오리피스(Orifice)유량계에 의해 유량이 측정되고 엔진의 전단에 위치한 레귤레이터(Regulator)에 의해 조정된 압력으로 엔진에 공급된다. 엔진을 안정적으로 가동시키고 연료의 특성에 따른 엔진의 거동 특성을 비교 분석하기 위해 본 연구에서는 LNG와 합성가스를 동시에 공급이 가능한 이중 연료 공급시스템(Bi-fuel System)을 채택하였다.
- 실제 발전량의 조절은 엔진에 공급되는 연료와 공기의 양에 의해 조절되는데 20 kWe부분에서 설정치에 대한 응답에 차이가 나는 부분은 특정 위치에서 보조 밸브를 수동으로 조절하여 연료와 공기의 혼합기를 조정할 필요가 있는 부분이 있기 때문으로 민감한 조절을 통해 설정치를 맞출 수 있다. 발전용 엔진의 경우 출력을 설정하면 위와 같이 변경할 필요 없이 한 조건에서 운전하게 되므로 위와 같은 테스트는 출력별 엔진의 기동 특성을 살펴보기 위해 수행하였다. 이처럼 발전 부하를 변경하며 테스트한 결과 최대 23 kWe의 전력 생산이 가능함을 확인하였다.
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