[논문]하수처리장 바이오가스 플랜트의 가스엔진 최적 운영 방안

김길정; 김래현

doi:10.5855/energy.2019.28.2.018

하수처리장 바이오가스 플랜트의 가스엔진 최적 운영 방안
Optimal Operation of Gas Engine for Biogas Plant in Sewage Treatment Plant 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.28 no.2, 2019년, pp.18 - 35

김길정 (서울과학기술대학교 에너지환경대학원) , 김래현 (서울과학기술대학교 화공생명공학과)

초록
AI-Helper

한국지역난방공사에서 난지 물재생센터의 하수처리 설비로 부터 발생하는 $45,300m^3$/일의 바이오가스를 연료로 1,500 kW, 2대 규모의 엔진 발전기를 운영하고 있다. 그러나 바이오가스 발전 플랜트의 실제 운영 경험이 미미하고, 축적된 기술 및 노하우 부족으로 가스엔진의 잦은 고장과 정지로 많은 경제적 손실이 발생하고 있다. 따라서 이 발전 플랜트의 안정적인 운영을 위한 기술적 근본 대책 마련이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 난지 물재생센터의 하수처리장에서 발생하는 바이오가스를 이용한 가스엔진 플랜트의 일련의 공정상의 문제점을 확인하고, 각 단계별 문제점을 최소화 하여 실제 운전의 최적화 방안을 마련하였다. 먼저 고장 정지의 주요 원인인 발생가스의 정제를 위해 현재 사용 중인 활성탄에 대한 성분분석 및 흡착실험을 통해 활성탄의 흡착능력 품질 기준 마련을 위한 여건을 조성하였다. 또한, 불순물을 최소화하기 위한 활성탄의 교체주기의 기준수립, 황화수소 측정주기 강화, 활성탄 국산화, 설비개선 등 바이오플랜트 운영기준 강화 및 개선방안을 적용하여 실제운전에 적용하였다. 그 결과 가스엔진 1호기는 530%, 2호기는 250%의 정상운전 가동시간이 증가되는 운영실적을 보였다. 또한 통풍구의 설비개선을 통해 작업공정을 줄이고, 정상 운전시간과 가동률을 높일 수 있었다. 경제적으로도 77,000천원/년의 매출증대 효과를 나타냈다, 이와 같이 운영기준의 강화 및 개선방안을 적용하여, 바이오가스 플랜트의 고장 정지를 줄이고 가동률을 높여, 안정적인 운영을 하는 것이 현실적인 바이오가스 플랜트의 최적 운영방안으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The Korea District Heating Corporation operates a gas engine generator with a capacity of $4500m^3 /day$ of biogas generated from the sewage treatment plant of the Nanji Water Recycling Center and 1,500 kW. However, the actual operation experience of the biogas power plant is insufficient, and due to lack of accumulated technology and know-how, frequent breakdown and stoppage of the gas engine causes a lot of economic loss. Therefore, it is necessary to prepare technical fundamental measures for stable operation of the power plant In this study, a series of process problems of the gas engine plant using the biogas generated in the sewage treatment plant of the Nanji Water Recovery Center were identified and the optimization of the actual operation was made by minimizing the problems in each step. In order to purify the gas, which is the main cause of the failure stop, the conditions for establishing the quality standard of the adsorption capacity of the activated carbon were established through the analysis of the components and the adsorption test for the active carbon being used at present. In addition, the system was applied to actual operation by applying standards for replacement cycle of activated carbon to minimize impurities, strengthening measurement period of hydrogen sulfide, localization of activated carbon, and strengthening and improving the operation standards of the plant. As a result, the operating performance of gas engine # 1 was increased by 530% and the operation of the second engine was increased by 250%. In addition, improvement of vent line equipment has reduced work process and increased normal operation time and operation rate. In terms of economic efficiency, it also showed a sales increase of KRW 77,000 / year. By applying the strengthening and improvement measures of operating standards, it is possible to reduce the stoppage of the biogas plant, increase the utilization rate, It is judged to be an operational plan.

주제어

표/그림 (29)

표 Table 1. Siloxane clean-up methods described by Prabucki et al [2]
표 Table 2. Biogas engine fuel conditions
그림 Fig. 1. Influence of biogas impurities
표 Table 3. Additive compositions
그림 Fig. 2. Biogas cogeneration plant process
표 Table 4. Oil Analysis Results
그림 Fig. 3. Pre-treatment process of Biogass plant
표 Table 5. Specifications of biogas pretreatment facilities
그림 Fig. 4. Biogas analysis device photo(Varian CP-450)
표 Table 6. Production and usage of biogas by year
표 Table 7. Biogas component analysis result
그림 Fig. 6. Systematic diagram of siloxane sampling device
그림 Fig. 7. Siloxane sampling device photo
표 Table 8. Siloxane contents of incoming biogas
그림 Fig. 8. Average concentration of CH4 in biogas cogeneration plant
표 Table 9. Analysis for average concentration of H2S in biogas cogeneration plant
그림 Fig. 9. Apparatus for evaluating activated carbon properties
그림 Fig. 10. Nitrogen adsorption isotherm of activated carbon
표 Table 10. Downtime analysis of biogas engine
그림 Fig. 11. Mesopore distribution of activated carbon
그림 Fig. 12. Microopore distribution of activated carbon
그림 Fig. 13. Nitrogen adsorption isotherm of new and waste activated carbon
표 Table 11. Properties of new and waste activated carbon
그림 Fig. 14. Adsorption experiment equipment and experimental results of activated carbon(LAB)
그림 FIg. 15. Adsorption experiment equipment and experimental results of activated carbon(Site)
표 Table 12. Problems before process improvement
표 Table 13. Process improvements and effects
그림 Fig. 16. Analysis for operating hours of biogas engines
표 Table 14. Operating hours of biogas engines

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	바이오가스 중의 황화수소를 제거하는 방법은 무엇이 있는가?	바이오가스 중의 황화수소를 제거방법은 건식, 습식, 생물학적 탈황공정으로 나눌 수 있으며, 국내에서는 산화철과 첨착 활성탄을 이용한 건식 공정이 주로 이용되고 있다[1].
	열병합발전시스템의 가스엔진에서 생산된 전기가 사용되는 곳은?	바이오가스는 메탄 함량이 높아 천연가스와 비교되고 있으며 연소시켜 에너지를 생산하거나 천연가스 대체 연료로 공급될 수 있다. 열병합발전시스템에서 가스엔진에서 생산된 전기는 공장 내의 전력 수요를 보완하기 위해 사용될 수도 있고 전력망에 판매 될 수 있다. 또한 열이용 효율을 더욱 증가시키기 위해, 엔진의 배기가스와 오일에서 열을 회수하여 난방용 열원 및 소화조 가온설비에 공급될 수 있다.
	건식탈황공정은 어떤 원리를 이용한 것인가?	건식탈황공정은 철, 아연, 구리 등의 금속산화물 및 활성탄과 같은 흡착제를 이용하여 물리․화학적 흡착에 의해 황화수소를 제거한다. 흡착제를 충진한 흡착탑에 바이오가스를 유입시켜 바이오가스 중에 포함된 황화수소가 흡착제에 물리․화학적으로 흡착되어 제거되는 원리를 이용한 것이다. 흡착제에 흡착된 반응물은 황화물 또는 고체 황의 형태로 되어 배출되며, 정기적으로 흡착제를 교체하여 황화수소의 제거율을 안정적으로 유지한다.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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