하수처리장 바이오가스를 이용한 발전시 가스엔진의 고장원인 분석

Abstract

본 연구에서는 실제 난지 하수처리장에서 바이오가스를 연료로 사용하여 발전할 때, 가스엔진에서 발생하는 고장 사례에 대한 조사와 분석을 통해 바이오가스 플랜트의 주요 고장원인을 분석하고, 그 대책을 제시하였다. 바이오 가스엔진에 유입되는 바이오 가스 속의 황화수소와 수분 제거설비의 간헐적인 오작동으로 인한 수분이 바이오 가스엔진의 인터쿨러 부식을 초래하였다. 또한 바이오가스 속의 실록산이 이산화규소와 규산염 화합물을 형성하여 피스톤 표면 및 실린더라이너 내벽의 긁힘과 마모 등의 손상을 유발하였다. 연소실과 배기가스 설비에 부착된 물질들은 황화수소와 다른 불순물질이 결합한 것으로 분석되었다. 이러한 원인으로는 바이오 가스 속의 고함량(50ppm이상)의 황화수소가 탈황설비에 장기간 공급되었고, 탈황설비내 활성탄의 파과점 도달에 따른 제거효율 저하 때문에 황화수소가 엔진으로 유입됨으로써 발생한 것으로 사료된다. 또한, 황화수소는 흡착탑의 실록산 제거용 활성탄 기능을 저하시킴으로써 제거되지 않은 실록산 화합물이 엔진으로 유입되어 다양한 형태의 엔진고장을 유발한 것으로 판단된다. 따라서, 황화수소와 실록산, 수분은 바이오 가스엔진 고장의 주요 원인으로 볼 수 있으며, 이 중 황화수소는 고장을 일으키는 다른 물질과 반응하며, 전처리 공정에 중대한 영향을 미치는 물질로 볼 수 있다. 결과적으로, <TEX>$H_2S$</TEX> 제거방법의 최적화가 안정적인 바이오 가스엔진 운영을 위한 필수적인 대책으로 사료된다. In this study, we analyzed the causes of major faults in the biogas plant through the case of gas engine failure when cogenerating electricity and heat using biogas as a fuel in the actual sewage treatment plant and suggested countermeasures. Hydrogen sulfide in the biogas entering the biogas engine and water caused by intermittent malfunction of the water removal system caused intercooler corrosion in the biogas engine. In addition, the siloxane in the biogas forms a silicate compound with silicon dioxide, which causes scratches and wear of the piston surface and the inner wall of the cylinder liner. The substances attached to the combustion chamber and the exhaust system were analyzed to be combined with hydrogen sulfide and other impurities. It is believed that hydrogen sulfide was supplied to the desulfurization plant for a long period of time because of the high content of hydrogen sulfide (more than 50ppm) in the biogas and the hydrogen sulfide was introduced into the engine due to the decrease of the removal efficiency due to the breakthrough point of the activated carbon in the desulfurization plant. In addition, the hydrogen sulfide degrades the function of the activated carbon for siloxane removal of the adsorption column, which is considered to be caused by the introduction of unremoved siloxane waste into the engine, resulting in various types of engine failure. Therefore, hydrogen sulfide, siloxane, and water can be regarded as the main causes of the failure of the biogas engine. Among them, hydrogen sulfide reacts with other materials causing failure and can be regarded as a substance having a great influence on the pretreatment process. As a result, optimization of <TEX>$H_2S$</TEX> removal method seems to be an essential measure for stable operation of the biogas engine.