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30kW 급 합성가스 열병합 시스템 개발 및 효율 성능평가
Development and efficiency evaluation of 30kW scale syngas cogeneration system 원문보기

Journal of the Korean Applied Science and Technology = 한국응용과학기술학회지, v.36 no.4, 2019년, pp.1427 - 1433  

박일건 ((주)평화엔지니어링연구원) ,  김상태 ((주)평화엔지니어링연구원) ,  노귀성 ((주)엔진텍)

초록
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본 연구에서는 합성가스의 에너지화를 위한 가스엔진 성능 평가를 수행하였다. 회전수 1800 rpm 조건에서 공기과잉률이 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 증가에 따른 엔진출력(kWm)과 열효율(%)을 평가한 결과, 공기과잉률 λ 1.4에서 엔진출력 34 kWm를 나타냈으며, 공기과잉률이 증가할수록 엔진 열효율은 전반적으로 감소하는 경향을 보였다. 엔진출력 34 kWm 조건에서 공기과잉률이 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4 증가시 열효율이 34.2%, 36.9%, 37.2%, 37.4%, 38.1%로 증가하였고, 발전출력을 통한 종합효율은 발전출력 30 kWe 부하조건에서 38.7 kg/h의 연료를 소모하여 32.1%의 발전효율과 냉각수와 배기가스에서의 열회수를 통해 57.3 kW의 폐열을 회수하여 53.8%의 열을 회수하여 총 85.8%의 종합효율을 보이는 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, Gas engine was tested for the energy of synthesis gas. As excess air ratio increase 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 in 1800 rpm and synthesis gas, thermal efficiency generally decrease and power generation was 34 kWm at λ 1.4. And excess air ratio increase 1, 1.1, 1.2, 1.3, 1.4...

주제어

표/그림 (7)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서, 본 연구에서는 사업장에서 발생되는 VOCs를 회수하여 에너지 생산이 가능한 에너지 회수형 통합발전플랜트를 구축하기 위하여 가스 엔진을 개발하고, 성능평가를 통한 적용가능성을 도출하였다.
  • 본 연구에서는 합성가스를 에너지화하기 위하여 가스엔진의 성능 평가를 진행한 결과, 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 본 연구의 목표인 엔진출력 34 kWm, 공기 과잉률 λ 1.4에서 최대 열효율 38.1%를 도출하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
VOCs를 에너지화할 경우의 장점은 무엇인가? 해외 선진국 역시 VOCs 처리에 대한 기술이 개발되어 있으나, 주로 VOCs 처리목적에 주안점을 두었을 뿐, VOCs 회수, 에너지화, 재활용 기술은 여전히 연단계에 있다[10]. VOCs를 에너지화할 경우 기존 연소 보일러 방식에 비하여 상당히 우수하고, SOx 및 NOx 배출량을 감소시킬 수 있는 장점이 있으며, 사업장에 적용할 경우 VOCs 제거뿐만 아니라 에너지 생산을 통한 비용절감 효과를 가져올 것으로 사료된다. 또한 이러한 기술이 중, 소형 규모의 시스템 개발에도 점차적으로 적용될 것으로 보여지고 있다[11,12].
D4DA 엔진은 어떠한 특성이 있는가? 발전용 가스엔진의 경우, 국내 전기 주파수인 60 Hz를 기준으로 1,800 rpm 으로 상용운전이 가능해야 하므로 엔진의 회전수에 따른 토크 특성과 내구성을 고려해야 한다. 베이스엔진인 D4DA 엔진(Hyundai Motor Company)은 통상 1,600~2,000 rpm 영역에서 최대 토크 특성을 가지고 있어 1,800 rpm의 회전수 영역을 필요로 하는 발전용 내연기관에 적합하며, 100 bar 이상의 높은 폭발 압력을 견디기 위해 고강성 구조로 설계가 되어 있어 본 연구에 적합한 엔진으로 판단된다.
왜 VOCs는 대표적인 대기 오염물질인가? 대기상에 대표적인 오염물질인 VOCs는 종류나 양적인 면에서 팽창하고 있는 추세이다[1]. 광화학반응에 의한 오존 생성에 막대한 영향을 끼치고 있으며[2,3], 스모그의 원인이 되는 오존 및광화학 산화성 물질 등의 2차적 피해를 만들고 자동차에서 배출되는 연소 배기가스 중의 SOx, NOx와 함께 최근 심각한 대기오염로 분류되고 있는 물질이다[4,5].
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참고문헌 (15)

  1. H. S. Kim, J. H. Kim, J. H. Ryu, etc., "Recent trends for the removal and the application technology of VOCs in process gas", Journal of Energy & Climate Change, Vol.12, No.2, pp. 165-177, (2017). 

  2. C. Coeur, V. Jacob, P. Foster, "Aerosol formation from the gas-phase reaction of hydroxyl radical with the natural hydrocarbon bornyl acetate", Atmospheric Environment, Vol.33, No.10, pp. 1615-1620, (1999). 

  3. A. Guenther, N. Hewitt, D. Erickson, R. Fal, "A global model of natural volatile organic compound emissions", Journal of Geophysical Research: Atmospheres, Vol.100, No.D5, pp. 8873-8892, (1995). 

  4. L. C. Michael, "Development and evaluation of a procedure for determining volatile organics in water", Environmental science & technology, Vol.22, No.5, pp. 565-570, (1988). 

  5. P. Shao, J. An, J. Xin, F. Wu, J. Wang, D. Ji, Y. Wang, "Source apportionment of VOCs and the contribution to photochemical ozone formation during summer in the typical industrial area in the Yangtze River Delta, China", Atmospheric Research, Vol.176, pp. 64-74, (2016). 

  6. Y. F. Wang, C. F. Peng, H. P. Chao, "Sorption of volatile organic compounds on organic substance-modified titanate nanotubes", Aerosol and Air Quality Research, Vol.15, pp. 2688-2699, (2015). 

  7. W. Hong-li, J. Sheng-ao, L. Sheng-rong, H. Qing-yao, L. Li, T. Shi-Kang, C. Chang-hong, "Volatile organic compounds (VOCs) source profiles of on-road vehicle emissions in China", Science of the Total Environment, Vol.607, pp. 253-261, (2017). 

  8. Y. H. Lim, J. Y. Lee, J. R. Shin, J. S. Choi, B. H. Park, "Study of toluene decomposition using nonthermal plasma and catalyst", Journal of the Korean Applied Science and Technology, Vol.31, No.4, pp. 541-548, (2014). 

  9. B. U. Hong, S. H. Kim, S. Y. Hwang, G. P. Lee, H. Kim, "1LI-4 Development of eco-friendly process technology for energy recovery from volatile organic compounds corresponding fine dust", The Korean Society of Industrial and Engineering Chemistry Research paper Abstract, Vol.2017, No.1, pp. 115, (2017). 

  10. H. Sui, P. An, X. Li, S. Cong, L. He, "Removal and recovery of o-xylene by silica gel using vacuum swing adsorption", Chemical Engineering Journal, Vol.316, pp. 232-242, (2017). 

  11. S. Y. Hwang, G. B. Lee, J. E. Park, J. H. Kim, S. Kim, B. Hong, "Removal and recycling of volatile organic compounds (VOCs) adsorbed on activated carbons using in-situ vacuum system", International Journal of Environmental Science and Technology, Vol.16, pp. 7827-7836, (2019). 

  12. F. I. Khan, A. K. Ghoshal, "Removal of volatile organic compounds from polluted air", Journal of Loss Prevention in the Process Industries, Vol.13, pp. 527-545, (2000). 

  13. E. K. John, A. Q. Ather, M. J. Grieve, "Advanced Engine Management Using on-Board Gasoline Partial Oxidation Reforming for Meeting Super-ULEV (SULEV) Emission Standards", SAE technical paper, (1999). 

  14. K. D. Isherwood, J. R. Linna, P. J. Loftus, "Using on-Board Fuel Reforming by Partial Oxidation To Improve SI Engine Cold-Start Performance and Emissions", SAE transactions, pp. 411-419, (1998). 

  15. C. W. Park, Y. Choi, S. M. Oh, C. G. Kim, G. H. Lim, "The Effect of the Excess Air Factor on the Emission Characteristics of the SI Engine Fueled with Gasoline-Ethanol and Hydrogen Enriched Gas", Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers, Vol.33, No.5, pp. 334-342, (2009). 

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