KR100979486B1 - System and method for biogas heating value stabilization of microturbine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것으로, 마이크로터빈용으로 사용되며, 바이오가스에 대한 전처리를 수행하는 바이오가스 전처리부(110)와; 상기 바이오가스 전처리부(110)의 압력과 같도록 도시가스(또는 메탄가스)의 압력을 가압시키는 가스 압축기(120)와; 상기 바이오가스 전처리부(110)에서의 바이오가스의 압력과 상기 가스 압축기(120)에서의 도시가스(또는 메탄가스)의 압력을 일정하게 유지시키는 압력 레귤레이터(130)와; 상기 바이오가스 전처리부(110)에서의 바이오가스의 유량과 상기 가스 압축기(120)에서의 도시가스(또는 메탄가스)의 유량을 제어하는 자동화 밸브(140)와; 상기 자동화 밸브(140)와 연결되어 바이오가스, 도시가스 및 혼합가스 내의 메탄을 포함한 성분 함량을 측정하는 가스 성분 측정부(150)와; 상기 자동화 밸브(140)와 연결되고, 메탄 함량 설정값을 입력하도록 하고, 설정된 메탄 함량이 달성되도록 상기 자동화 밸브(140)를 제어하는 컴퓨터 장비(160)와; 상기 바이오가스 전처리부(110) 및 상기 가스 압축기(120)와 연결되어 바이오가스와 도시가스(또는 메탄가스)를 혼합시키는 가스 챔버(170);를 포함하여 구성함으로서, 유기성 폐기물의 혐기성소화 시에 발생되는 바이오가스의 발열량 또는 메탄 함량을 안정적으로 유지시켜 이후 마이크로터빈의 연료로 사용 시 시스템 가동률과 효율을 동시에 향상시켜 단위 바이오메탄 대비 전력/열 생산량을 극대화할 수 있게 되는 것이다.The present invention is to provide a biogas calorific value stabilization system and method for a microturbine, and used for the microturbine, the biogas pretreatment unit 110 for pretreatment for biogas; A gas compressor 120 for pressurizing a pressure of city gas (or methane gas) to be equal to the pressure of the biogas pretreatment unit 110; A pressure regulator (130) for maintaining a pressure of biogas in the biogas pretreatment unit (110) and a pressure of city gas (or methane gas) in the gas compressor (120); An automatic valve (140) for controlling the flow rate of biogas in the biogas pretreatment unit (110) and the flow rate of city gas (or methane gas) in the gas compressor (120); A gas component measuring unit 150 connected to the automation valve 140 to measure a component content including methane in biogas, city gas, and mixed gas; Computer equipment (160) connected to the automation valve (140), for inputting a methane content set point, and for controlling the automation valve (140) to achieve a set methane content; And a gas chamber 170 connected to the biogas pretreatment unit 110 and the gas compressor 120 to mix biogas and city gas (or methane gas), when the organic waste is anaerobic digestion. By maintaining the calorific value of the generated biogas or the methane content, it is possible to maximize the power / heat production compared to the unit biomethane by simultaneously improving the system operation rate and efficiency when used as a fuel for the microturbine.
마이크로터빈, 바이오가스, 발열량, 안정화, 압축기, 레귤레이터 Micro Turbines, Biogas, Calorific Value, Stabilization, Compressors, Regulators
Description
본 발명은 바이오가스의 발열량 안정화에 관한 것으로, 특히 유기성 폐기물의 혐기성소화 시에 발생되는 바이오가스의 발열량 또는 메탄 함량을 안정적으로 유지시켜 이후 마이크로터빈의 연료로 사용 시 시스템 가동률과 효율을 동시에 향상시켜 단위 바이오메탄 대비 전력/열 생산량을 극대화하기에 적당하도록 한 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to stabilization of calorific value of biogas, and in particular, to maintain a stable calorific value or methane content of biogas generated during anaerobic digestion of organic waste, thereby simultaneously improving the system operation rate and efficiency when used as a fuel for microturbine. The present invention relates to a biogas calorific value stabilization system and method for microturbine adapted to maximize power / heat production relative to unit biomethane.
일반적으로 바이오가스는 미생물 등을 사용해서 생산된 수소, 메탄 등과 같은 가스 상태의 연료를 말하는 것으로, 에너지 소비의 일부를 보충할 수 있다. 지구상에서 생산되는 바이오매스를 바이오프로세스를 통해 메탄이나 수소가스, 즉 바이오가스로 바꿀 수 있다. 예를 들어, 지구상에서 생산되는 바이오매스는 1억 8000만톤으로 알려져 있는데, 이것을 바이오프로세스로 메탄이나 수소가스로 바꿀 수 있다면 석유 소비의 일부를 보충할 수가 있다.In general, biogas refers to a gaseous fuel such as hydrogen and methane produced using microorganisms and the like, and may supplement a part of energy consumption. Biomass produced on Earth can be converted into methane, hydrogen gas, or biogas through bioprocessing. For example, biomass produced on Earth is known to be 180 million tonnes, which could be replaced by methane or hydrogen gas by bioprocessing to compensate for some of its oil consumption.
2005년 교토의정서가 발효되고 온실가스 배출권 거래제의 현실화는 기정사실로 받아들여지고 있다. 이에 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있는데, 이중 유기성 폐기물 처리 시에 발생되는 바이오가스는 이용이 가장 용이한 신재생연료의 하나이다.The Kyoto Protocol entered into force in 2005, and the realization of the GHG emission trading system is accepted as a fact. Accordingly, interest in renewable energy is increasing, and biogas generated during the treatment of organic waste is one of the most renewable fuels that can be easily used.
바이오가스를 연료화하여 이용하기 위해서는 이용 기술에 따라 연료 조건을 만족시켜줄 필요가 있다. 마이크로터빈의 경우에는 바이오가스 내 메탄 함량이 35% 이상이어야 하고 그 외에도 황화수소, 수분 등의 유해 물질 농도가 기준치 이하여야 하는 조건을 가지고 있다. 유해 물질 제거 기능을 하는 바이오가스 전처리 시스템이나 바이오가스에서 이산화탄소를 제거하여 단위 부피당 발열량을 높이는 시스템에 대한 기술 개발은 많이 이루어졌다. 하지만 바이오가스에서 이산화탄소를 제거하여 사용하는 것은 설비 비용과 처리 비용 측면에서 단점을 가지고 있다.In order to fuel and use biogas, it is necessary to satisfy fuel conditions according to the technology used. In the case of the microturbine, the methane content in the biogas should be 35% or more, and in addition, the concentration of harmful substances such as hydrogen sulfide and water should be less than the reference value. Many technologies have been developed for biogas pretreatment systems that remove harmful substances or systems that remove carbon dioxide from biogas to increase the calorific value per unit volume. However, the removal and use of carbon dioxide from biogas has disadvantages in terms of equipment costs and treatment costs.
국내는 물론 세계 곳곳에 각종 폐수처리장, 쓰레기매립장과 같은 바이오가스 발생 시설이 위치하여 있다. 교토의정서가 발효되고 온실가스 저감 노력에 대한 관심이 고조되면서 유용한 메탄을 함유하고 있는 바이오가스에 대한 이용 노력도 증대되고 있다. 하지만 모든 바이오가스 발생 시설에서 충분한 양과 질을 가진 바이오가스가 생성되는 것은 아니다. 바이오가스 발생량이 부족하거나 그 변동이 심한 경우에는 바이오가스 이용 설비의 가동률이 저하되거나 이를 방지하게 하기 위해 저부하 운전을 하는 경우 설비 효율이 낮아지게 된다. 또한 바이오가스 메탄 함량이 기준치보다 낮은 경우에는 전력과 열을 생산하는 효율적인 설비의 적용이 불가능하고 온실가스에 해당하는 메탄과 이산화탄소가 주성분인 바이오가스를 단순히 연소시키거나 그대로 날려 보낼 수밖에 없어 앞으로 문제가 될 것이다. 충분한 양과 질의 바이오가스 생산을 위해서는 최근 개발된 혐기성소화조를 설치하거나 폐수 처리 능력을 일정 부분 감소시켜야 하는 어려움이 있다. 따라서 경제적으로 비용이 많이 들거나 환경적으로 포기할 수 없는 다른 부분을 침해하지 않으면서 바이오가스를 최대한 효율적으로 이용하는 시스템의 개발이 필요하다. Biogas generation facilities such as various wastewater treatment plants and landfills are located not only in Korea but also around the world. As the Kyoto Protocol enters into force and interest in efforts to reduce greenhouse gases increases, efforts to use biogas containing useful methane are also increasing. However, not all biogas generating facilities produce biogas with sufficient quantity and quality. If the amount of biogas generation is insufficient or the fluctuations are severe, the efficiency of the plant may be lowered if the operation rate of the biogas utilization facility is lowered or if the low load operation is performed to prevent it. In addition, if the biogas methane content is lower than the standard value, it is impossible to apply efficient facilities that produce electricity and heat, and there is no problem because it is necessary to simply burn or blow biogas, which is mainly composed of methane and carbon dioxide, which are greenhouse gases. Will be. In order to produce sufficient quantity and quality of biogas, it is difficult to install a recently developed anaerobic digester or to reduce the wastewater treatment capacity to some extent. Therefore, there is a need for the development of a system that utilizes biogas as efficiently as possible without violating other parts that are economically expensive or environmentally insurmountable.
상기 기술과 직접적으로 관련되어 있지는 않으나 관련된 종래의 발명으로써 바이오가스에서 이산화탄소를 제거하는 시스템에 대한 내용으로 대한민국특허청 공개번호 제 10-2003-0039097 호의 "메탄가스 정제 시스템"이 있다.As a related invention, which is not directly related to the above technology, there is a "methane gas purification system" of Korean Patent Application Publication No. 10-2003-0039097 as a system for removing carbon dioxide from biogas.
도 1은 종래 메탄가스 정제 시스템의 설계도이다.1 is a schematic diagram of a conventional methane gas purification system.
이러한 종래 기술은 바이오가스의 정제 처리에 관한 것으로 매립장이나 음식물 쓰레기를 혐기 소화시킬 때 발생되는 바이오가스를 정제하여 미래의 유망 청청 에너지인 메탄가스를 고 순도로 얻어내는 장치에 관한 것이다. 그래서 매립장이나 음식물 쓰레기 소화조에서 발생하는 바이오가스를 산화철로 충진되어 있는 황화수소 제거장치(3)를 거쳐 탈황을 한 후 흡착의 용이를 위해 냉각과정(2)을 거치고 탈황된 가스를 미세공 직경이 20 옴스트롱 이하의 활성탄으로 충진된 탱크(21, 23, 25, 27)를 거치게 하여 이산화탄소를 제거시킨다. 그 후 압력 유지과정을 거쳐 이산화탄소 제거를 더 효율적으로 한 다음 메탄가스 충전탱크(22, 24, 26, 28)에 저장된 메탄가스를 배출시키고 이산화탄소 제거 탱크(21, 23, 25, 27) 내의 이산화탄소를 진공펌프(29)를 이용하여 탈착과정을 거쳐 외부로 배출 시킨다. 1조의 장치는 4개의 메탄 충진탱크, 4개의 이산화탄소 제거 탱크로 구성되어 각각 순차적으로 작 동함으로써 연속적인 메탄가스의 공급이 이루어지게 하여 폐기물에서 압축천연가스 자동차용 고순도 메탄가스를 얻을 수 있다.The prior art relates to a purification process of biogas, and relates to an apparatus for purifying methane gas, which is a future promising blue-green energy, by purifying biogas generated when anaerobic digesting a landfill or food waste. Therefore, after desulfurizing biogas generated from landfill or food waste digester through hydrogen sulfide removal device (3) filled with iron oxide, it undergoes cooling process (2) to facilitate adsorption, and desulfurized gas has a fine pore diameter of 20 Carbon dioxide is removed by passing through
이러한 종래 기술에는 PSA(Pressure Swing Adsorption, 압력변동방식) 공법을 이용하여 이산화탄소를 제거하는 내용이 포함되어 있다. This prior art includes the removal of carbon dioxide using the PSA (Pressure Swing Adsorption) method.
그러나 이와 같은 종래 기술을 적용하기 위해서는 PSA 공법에 대한 설비, 운전 비용 등이 많이 소요되어 바이오가스 이용 시스템의 경제성을 저하시킬 수 있고, 바이오가스 발생량이 충분하지 않은 경우 설비 가동률을 높일 수 없다는 단점이 있다.However, in order to apply such a conventional technology, the facilities and operation costs for the PSA method may be high, which may lower the economic efficiency of the biogas utilization system. have.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 유기성 폐기물의 혐기성소화 시에 발생되는 바이오가스의 발열량 또는 메탄 함량을 안정적으로 유지시켜 이후 마이크로터빈의 연료로 사용 시 시스템 가동률과 효율을 동시에 향상시켜 단위 바이오메탄 대비 전력/열 생산량을 극대화할 수 있는 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the conventional problems as described above, an object of the present invention is to maintain the calorific value of the biogas generated during the anaerobic digestion of organic waste or methane content to stabilize the fuel of the microturbine The present invention provides a biogas calorific value stabilization system and method for microturbines that can maximize power / heat production compared to unit biomethane by simultaneously improving system operation rate and efficiency.
또한 본 발명의 다른 목적은 기존의 기술에 비해 경제적으로 훨씬 저렴하고 구조적으로 단순하면서도 바이오가스의 마이크로터빈 적용 시 전체 시스템의 효율과 가동율 및 안정성을 높이기 위한 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 시 스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is a biogas calorific value stabilization system for microturbines to increase the efficiency, operation rate and stability of the entire system in the application of biogas microturbine, while economically much cheaper and structurally simpler than conventional technologies. To provide a method.
또한 본 발명의 또다른 목적은 시스템 설계를 최적화 하여 각 구성 장치의 순서를 결정하고 단계별 온도와 압력 조건을 최적화하여 시스템의 경제성, 효율 및 성능을 극대화할 수 있는 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 시스템 및 그 방법을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to optimize the system design to determine the order of each component device and to optimize the temperature and pressure conditions step by step biogas calorific value stabilization system for microturbines that can maximize the economics, efficiency and performance of the system and To provide that method.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 시스템의 블록구성도이다.2 is a block diagram of a biogas calorific value stabilization system for a microturbine according to an embodiment of the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 마이크로터빈용으로 사용되며, 바이오가스에 대한 전처리를 수행하는 바이오가스 전처리부(110)와; 상기 바이오가스 전처리부(110)의 압력과 같도록 도시가스(또는 메탄가스)의 압력을 가압시키는 가스 압축기(120)와; 상기 바이오가스 전처리부(110)에서의 바이오가스의 압력과 상기 가스 압축기(120)에서의 도시가스(또는 메탄가스)의 압력을 일정하게 유지시키는 압력 레귤레이터(130)와; 상기 바이오가스 전처리부(110)에서의 바이오가스의 유량과 상기 가스 압축기(120)에서의 도시가스(또는 메탄가스)의 유량을 제어하는 자동화 밸브(140)와; 상기 자동화 밸브(140)와 연결되어 바이오가스, 도시가스 및 혼합가스 내의 메탄을 포함한 성분 함량을 측정하는 가스 성분 측정부(150)와; 상기 자동화 밸브(140)와 연결되고, 메탄 함량 설정값을 입력하도록 하고, 설정된 메탄 함량이 달성되도록 상기 자동화 밸브(140)를 제어하는 컴퓨터 장비(160)와; 상기 바이오가스 전처리부(110) 및 상기 가스 압축기(120)와 연결되어 바이오가스와 도시가스(또는 메탄가스)를 혼합시키는 가스 챔버(170);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.As shown therein, the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 방법을 보인 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method for stabilizing a biogas calorific value for a microturbine according to an embodiment of the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 바이오가스 전처리부(110), 가스 압축기(120), 압력 레귤레이터(130), 자동화 밸브(140), 가스 성분 측정부(150), 컴퓨터 장비(160), 가스 챔버(170)를 구비한 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 장치에서의 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 방법에 있어서, 바이오가스와 도시가스(또는 메탄가스)의 성분을 측정하는 제 1 단계(ST1)와; 상기 제 1 단계 후 각각의 메탄 함량값과 사용자의 메탄 함량 설정값을 바탕으로 상기 자동화 밸브(140)의 개도를 결정하는 제 2 단계(ST2)와; 상기 제 2 단계 후 최종 혼합가스의 메탄가스 함량이 사용자의 설정값에 맞도록 제어하는 제 3 단계(ST3);를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.As shown therein, the
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 방법을 보인 흐름도이다.4 is a flowchart showing a method for stabilizing a biogas calorific value for a microturbine according to another embodiment of the present invention.
이에 도시된 바와 같이, 바이오가스 전처리부(110), 가스 압축기(120), 압력 레귤레이터(130), 자동화 밸브(140), 가스 성분 측정부(150), 컴퓨터 장비(160), 가스 챔버(170)를 구비한 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 장치에서의 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 방법에 있어서, 최종 혼합 가스의 메탄 함 량 설정값(Mset)이 입력되면 바이오가스 내 메탄 함량(Mbio)과 도시가스(또는 메탄가스) 내의 메탄 함량(Mcity)을 바탕으로 바이오가스 라인 밸브의 개도(OVbio)와 도시가스(또는 메탄가스) 라인 밸브의 개도(OVcity)를 밸브 개도와 유량의 관계를 나타내는 상수(Cval)와의 값을 바탕으로 결정하는 제 11 단계(ST11 ~ ST13)와; 상기 제 11 단계 후 가스 챔버에서 혼합된 가스의 메탄 함량 측정값(Mfinal)과 설정값(Mset)을 비교하는 제 12 단계(ST14)와; 상기 제 12 단계의 결과에 따라 상기 자동화 밸브(140)의 개도를 보정하는 제 13 단계(ST15, ST16);를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 한다.As shown therein, the
상기 제 11 단계는,The eleventh step,
OVbio = Cval * (Mset - Mbio) / (Mcity - Mbio)OV bio = C val * (M set -M bio ) / (M city -M bio )
OVcity = Cval * (Mcity - Mset) / (Mcity - Mbio)OV city = C val * (M city -M set ) / (M city -M bio )
에 의해 바이오가스 라인 밸브의 개도(OVbio)와 도시가스(또는 메탄가스) 라인 밸브의 개도(OVcity)를 결정하는 것을 특징으로 한다.By characterizes in determining the bio-gas line of valve opening (OV bio) and natural gas (or methane) line opening (OV city) of the valve.
상기 제 13 단계는, 가스 챔버에서 혼합된 가스의 메탄 함량 측정값(Mfinal)이 설정값(Mset) 이상이면,In the thirteenth step, if the methane content measurement value M final of the gas mixed in the gas chamber is equal to or greater than the set value M set ,
OVbio = OVbio + OVbio * 0.1 * (Mfinal - Mset) / (Mset - Mbio)OV bio = OV bio + OV bio * 0.1 * (M final -M set ) / (M set -M bio )
OVcity = OVcity + OVcity * 0.1 * (Mfinal - Mset) / (Mcity - Mset)OV city = OV city + OV city * 0.1 * (M final -M set ) / (M city -M set )
에 의해 상기 자동화 밸브(140)의 개도를 보정하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by correcting the opening degree of the
상기 제 13 단계는, 가스 챔버에서 혼합된 가스의 메탄 함량 측정값(Mfinal)이 설정값(Mset) 미만이면,In the thirteenth step, if the methane content measurement value M final of the gas mixed in the gas chamber is less than the set value M set ,
OVbio = OVbio - OVbio * 0.1 * (Mset - Mfinal) / (Mset - Mbio)OV bio = OV bio -OV bio * 0.1 * (M set -M final ) / (M set -M bio )
OVcity = OVcity - OVcity * 0.1 * (Mset - Mfinal) / (Mcity - Mset)OV city = OV city -OV city * 0.1 * (M set -M final ) / (M city -M set )
에 의해 상기 자동화 밸브(140)의 개도를 보정하는 것을 특징으로 한다.It is characterized by correcting the opening degree of the
본 발명에 의한 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 시스템 및 그 방법은 유기성 폐기물의 혐기성소화 시에 발생되는 바이오가스의 발열량 또는 메탄 함량을 안정적으로 유지시켜 이후 마이크로터빈의 연료로 사용 시 시스템 가동률과 효율을 동시에 향상시켜 단위 바이오메탄 대비 전력/열 생산량을 극대화할 수 있는 효과가 있게 된다.The biogas calorific value stabilization system and method for microturbine according to the present invention can stably maintain the calorific value or methane content of biogas generated during anaerobic digestion of organic wastes, thereby improving system operation rate and efficiency when used as fuel for microturbines. At the same time, it is possible to maximize power / heat production compared to unit biomethane.
또한 본 발명은 바이오가스 발생량이나 바이오가스 내 메탄 함량이 낮은 경우에도 도시가스(또는 메탄가스)와 혼합하여 높은 효율을 낼 수 있는 마이크로터빈 출력 범위에서 이용되도록 함으로써 바이오가스의 이용에 따른 환경적 효과를 극대화 할 수 있다.In addition, the present invention, even when the amount of biogas generated or the methane content in the biogas is low, by mixing with the city gas (or methane gas) to be used in the microturbine output range that can produce a high efficiency, the environmental effect of the use of biogas To maximize.
더불어 본 발명은 메탄 함량 설정값에 따라 효과적으로 바이오가스와 도시가스(또는 메탄가스) 라인 밸브의 개도를 결정할 수 있는 효과도 있다.In addition, the present invention has the effect of effectively determining the opening degree of the biogas and city gas (or methane gas) line valve according to the methane content set value.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 시스템 및 그 방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.Referring to the accompanying drawings, a preferred embodiment of the biogas heat generation stabilization system and method for a microturbine according to the present invention configured as described above are as follows. In the following description of the present invention, detailed descriptions of well-known functions or configurations will be omitted if it is determined that the detailed description of the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. It is to be understood that the following terms are defined in consideration of the functions of the present invention, and may be changed according to the intention of the user, the operator, or the precedent, and the meaning of each term should be interpreted based on the contents will be.
먼저 본 발명은 유기성 폐기물의 혐기성소화 시에 발생되는 바이오가스의 발열량 또는 메탄 함량을 안정적으로 유지시켜 이후 마이크로터빈의 연료로 사용 시 시스템 가동률과 효율을 동시에 향상시켜 단위 바이오메탄 대비 전력/열 생산량을 극대화하고자 한 것이다.First, the present invention stably maintains the calorific value or the methane content of biogas generated during anaerobic digestion of organic waste, and simultaneously improves the system operation rate and efficiency when used as a fuel for microturbine to improve power / heat production compared to unit biomethane. It is to maximize.
그래서 본 발명은 매우 낮은 메탄 함량을 가지고 있거나 메탄 함량 변동폭이 큰 바이오가스를 마이크로가스터빈을 통해 안정적으로 이용할 수 있도록 해 주는 시스템에 관한 것으로 바이오가스와 도시가스(또는 메탄가스)를 혼합하여 마이크로터빈의 효율과 가동률 저하를 예방한다.Therefore, the present invention relates to a system that enables a stable use of biogas having a very low methane content or a large fluctuation in methane content through a micro gas turbine, and mixes a bio gas and a city gas (or methane gas) to a microturbine. To prevent the efficiency and availability of the
폐수 등의 처리 시 바이오가스 생성량 보다는 처리수의 규제 만족도가 우선 시 되므로 바이오가스 발생량 및 메탄 함량은 계절이나 유입 폐수에 따라 크게 변할 수 있다. 온실가스 배출이라는 측면에서 바이오가스에 포함된 조금의 메탄이라도 이용하는 것은 중요하다. 하지만 35% 이하의 바이오가스 함량, 높은 메탄 함량 변동성, 부족한 바이오가스 발생이라는 조건에 해당하는 경우 시스템 효율이나 가동률은 현저히 떨어질 수 밖에 없는 상황이다.When treating wastewater, the regulatory satisfaction of the treated water is given priority over the amount of biogas produced, so the amount of biogas generated and the methane content can vary greatly depending on the season or the influent wastewater. In terms of greenhouse gas emissions, it is important to use even a small amount of methane in biogas. However, in the case of the conditions of less than 35% biogas content, high methane volatility, and insufficient biogas generation, the system efficiency or operation rate is inevitably reduced.
이에 반해 본 발명에서는 사용자가 원하는 메탄 함량을 항상 유지할 수 있도록 전처리 장치를 거친 바이오가스의 메탄 함량을 측정하고 이에 따라 부족한 메탄 함량을 도시가스나 메탄가스로 보충하는 시스템을 구성하였다. 본 발명에 구성된 시스템은 바이오가스를 연료화 하여 이용함에 있어서 전체 시스템의 안정성과 가동률을 높이는 동시에 시스템 효율을 높여 한정된 바이오가스를 최대한 이용하도록 하여 전체 플랜트의 안정성 및 경제성을 극대화함을 특징으로 한다. On the contrary, in the present invention, a system for measuring the methane content of the biogas passed through the pretreatment apparatus so as to maintain the desired methane content at all times and thereby supplementing the insufficient methane content with city gas or methane gas. The system configured in the present invention is characterized by maximizing the stability and economic efficiency of the entire plant by increasing the system efficiency and increasing the stability and operation rate of the entire system while using the biogas as fuel.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 시스템의 블록구성도이다.2 is a block diagram of a biogas calorific value stabilization system for a microturbine according to an embodiment of the present invention.
그래서 본 발명은 각종 바이오가스를 메탄 함량이 높은 도시가스, 메탄가스 등의 가스와 혼합하여 사용자가 원하는 메탄 함량의 혼합 가스를 생산하여 마이크로터빈이 높은 효율과 가동률을 유지하며 운전되게 하여 바이오가스의 이용성을 극대화 할 수 있게 한다.Thus, the present invention produces a mixed gas having a desired methane content by mixing various biogases with a gas such as city gas and methane gas having a high methane content, and allowing the microturbine to operate while maintaining high efficiency and operation rate. Enable us to maximize usability.
이를 위해 먼저 바이오가스 전처리부(110)는 마이크로터빈용으로 사용되며, 바이오가스에 대한 전처리를 수행한다.For this purpose, the
가스 압축기(120)는 바이오가스 전처리부(110)의 압력과 같도록 도시가스(또는 메탄가스)의 압력을 가압시킨다.The
압력 레귤레이터(130)는 바이오가스 전처리부(110)에서의 바이오가스의 압력과 가스 압축기(120)에서의 도시가스(또는 메탄가스)의 압력을 일정하게 유지시킨다.The
자동화 밸브(140)는 바이오가스 전처리부(110)에서의 바이오가스의 유량과 가스 압축기(120)에서의 도시가스(또는 메탄가스)의 유량을 제어한다.The
가스 성분 측정부(150)는 자동화 밸브(140)와 연결되어 바이오가스, 도시가스 및 혼합가스 내의 메탄을 포함한 성분 함량을 측정한다.The gas
컴퓨터 장비(160)는 자동화 밸브(140)와 연결되고, 메탄 함량 설정값을 입력하도록 하고, 설정된 메탄 함량이 달성되도록 자동화 밸브(140)를 제어한다.
가스 챔버(170)는 바이오가스 전처리부(110) 및 가스 압축기(120)와 연결되어 바이오가스와 도시가스(또는 메탄가스)를 혼합시킨다.The
이러한 본 발명은 기존의 마이크로터빈용 바이오가스 전처리(연료화) 시스템인 바이오가스 전처리부(110)에 더하여 설치될 수 있다.The present invention may be installed in addition to the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 방법을 보인 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method for stabilizing a biogas calorific value for a microturbine according to an embodiment of the present invention.
그래서 본 발명은 먼저 바이오가스와 도시가스(또는 메탄가스)의 성분을 측정한다(ST1).Therefore, the present invention first measures the components of biogas and city gas (or methane gas) (ST1).
그리고 각각의 메탄 함량값과 사용자의 메탄 함량 설정값을 바탕으로 자동화 밸브(140)의 개도를 결정한다(ST2).Then, the opening degree of the
그런 다음 최종 혼합가스의 메탄가스 함량이 사용자의 설정값에 맞도록 제어한다(ST3).Then, the methane gas content of the final mixed gas is controlled to match the user's set value (ST3).
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 방법을 보인 흐름도이다.4 is a flowchart showing a method for stabilizing a biogas calorific value for a microturbine according to another embodiment of the present invention.
먼저 최종 혼합 가스의 메탄 함량 설정값(Mset)이 입력되면(ST11), 가스 함량을 측정한다(ST2).First, when the methane content setting value M set of the final mixed gas is input (ST11), the gas content is measured (ST2).
그래서 바이오가스 내 메탄 함량(Mbio)과 도시가스(또는 메탄가스) 내의 메탄 함량(Mcity)을 바탕으로 바이오가스 라인 밸브의 개도(OVbio)와 도시가스(또는 메탄가스) 라인 밸브의 개도(OVcity)를 밸브 개도와 유량의 관계를 나타내는 상수(Cval)와의 값을 바탕으로 결정한다(ST13). 이는 다음의 수학식 1 및 수학식 2에 따라 결정한다.Thus, based on the methane content (M bio ) in biogas and the methane content (M city ) in city gas (or methane gas), the opening degree of OV bio and city gas (or methane gas) line valves (OV city ) is determined based on the value of the constant (C val ) indicating the relationship between the valve opening and the flow rate (ST13). This is determined according to the following equations (1) and (2).
그리고 가스 챔버에서 혼합된 가스의 메탄 함량 측정값(Mfinal)과 설정값(Mset)을 다음의 수학식 3에서와 같이 비교한다(ST14).The methane content measurement value M final and the set value M set of the gas mixed in the gas chamber are compared as in
그리고 비교결과에 따라 자동화 밸브(140)의 개도를 보정한다.And the opening degree of the
만약 가스 챔버에서 혼합된 가스의 메탄 함량 측정값(Mfinal)이 설정값(Mset) 이상이면, 다음의 수학식 4 및 수학식 5에서와 같이 수행하여 개도를 보정한다.If the methane content measured value M final of the gas mixed in the gas chamber is greater than or equal to the set value M set , the opening degree is corrected by performing the following equations (4) and (5).
또한 가스 챔버에서 혼합된 가스의 메탄 함량 측정값(Mfinal)이 설정값(Mset) 미만이면, 다음의 수학식 6 및 수학식 7에서와 같이 수행하여 개도를 보정한다.In addition, if the methane content measurement value M final of the gas mixed in the gas chamber is less than the set value (M set ), the opening degree is corrected by performing the following equations (6) and (7).
이처럼 본 발명은 유기성 폐기물의 혐기성소화 시에 발생되는 바이오가스의 발열량 또는 메탄 함량을 안정적으로 유지시켜 이후 마이크로터빈의 연료로 사용 시 시스템 가동률과 효율을 동시에 향상시켜 단위 바이오메탄 대비 전력/열 생산량 을 극대화하게 되는 것이다.As such, the present invention stably maintains the calorific value or the methane content of the biogas generated during anaerobic digestion of organic waste, thereby simultaneously improving the system operation rate and efficiency when used as a fuel for microturbine to improve power / heat production compared to unit biomethane. Will be maximized.
이상에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Although the present invention has been described in more detail with reference to the examples, the present invention is not necessarily limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
도 1은 종래 메탄가스 정제 시스템의 설계도이다.1 is a schematic diagram of a conventional methane gas purification system.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 시스템의 블록구성도이다.2 is a block diagram of a biogas calorific value stabilization system for a microturbine according to an embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 방법을 보인 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method for stabilizing a biogas calorific value for a microturbine according to an embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 마이크로터빈용 바이오가스 발열량 안정화 방법을 보인 흐름도이다.4 is a flowchart showing a method for stabilizing a biogas calorific value for a microturbine according to another embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
110 : (압축기를 포함한 마이크로터빈용의) 바이오가스 전처리부110: biogas pretreatment unit (for microturbine including compressor)
120 : (도시가스 또는 메탄가스의) 가스 압축기120: gas compressor (of city gas or methane gas)
130 : 압력 레귤레이터130: pressure regulator
140 : 자동화 밸브140: automation valve
150 : 가스 성분 측정부150: gas component measuring unit
160 : (메탄 함량 입력 및 자동화 밸브 제어용의) 컴퓨터 장비160: Computer equipment (for methane content input and automated valve control)
170 : (바이오가스 및 도시가스(또는 메탄가스) 혼합을 위한) 가스 챔버170: gas chamber (for mixing biogas and city gas (or methane gas))
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20080047170A KR100979486B1 (en) | 2008-05-21 | 2008-05-21 | System and method for biogas heating value stabilization of microturbine |
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| KR20080047170A KR100979486B1 (en) | 2008-05-21 | 2008-05-21 | System and method for biogas heating value stabilization of microturbine |
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|---|---|
| KR20090121060A KR20090121060A (en) | 2009-11-25 |
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ID=41604210
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| KR20080047170A KR100979486B1 (en) | 2008-05-21 | 2008-05-21 | System and method for biogas heating value stabilization of microturbine |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010112168A (en) * | 2001-11-12 | 2001-12-20 | 김강권 | Energy Recovery System with Cogeneration device using biogas |
-
2008
- 2008-05-21 KR KR20080047170A patent/KR100979486B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010112168A (en) * | 2001-11-12 | 2001-12-20 | 김강권 | Energy Recovery System with Cogeneration device using biogas |
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