A Study on the Emission Factor of NOx and CO by Burning of Synthetic Biogas

In view of energy supply, biogas can be seen as alternative fuel by substituting considerable amount of fossil fuel and may be utilized for heat and power production or for transport fuel production ($CH_4-enriched$ biogas). The aim of this research is to analyse the emission of $NO_x$ and CO from biogas fired combustion engine for electric power production. The result indicate a significant effect of biogas composition ($CH_4-CO_2$ ratio) and biogas flow rate on the air pollutants emission. The emission factors from this study were compared with those of U.S. EPA. Low $CH_4-CO_2$ ratio condition typically shows the lower $NO_x$ and CO emission than higher $CH_4-CO_2$ ratio condition. At normal $CH_4-CO_2$ ratio (7:3) emission factors of $NO_x$ and CO were 1.29 and 30.43 g/MMBtu, respectively. At low $CH_4-CO_2$, ratio (6:4) emission factors of $NO_x$ and CO were 0.646 and 60.86 g/MMBtu, respectively, It should be emphasized that the actual emission may vary considerably from these results due to operating conditions including torque load and engine speed.

합성 Bio-Gas 연소시 발생되는 질소산화물과 일산화탄소 배출에 관한 연구

본 연구에서는 바이오가스의 연소엔진을 이용한 에너지 전환시에 발생되는 $NO_x$와 CO의 배출특성을 분석하고 나아가 배출계수를 산정하고자 하였다. 바이오가스의 주성분인 메탄을 70%로 한 합성가스를 이용하여 실험한 결과 연소엔진의 표준상태에서 $NO_x$와 CO가 각각 4 ppm과 100 ppm의 배출농도를 나타내었고, 이는 1.29g/MMBtu와 30.86 g/MMBtu의 배출계수 값을 산정할 수 있었다. 바이오가스의 주성분인 메탄을 60%로 한 약간의 과잉공기의 상태에서는 $NO_x$와 CO가 각각 2 ppm과 200 ppm의 배출농도를 나타내었고, 이는 정격 조건에 비해 투입열량이 적어져 연소온도의 저하로 인하여 열적 반응에 의해 생성되는 $NO_x$는 줄고, CO는 증가함을 알 수 있었다. 미국 EPA의 배출계수를 비교하기 위하여 투입된 연료의 열량을 기준으로 비교해 볼 때 본 연구의 결과가 $NO_x$의 경우 근사한 값을 보여 주었고, 이는 국내 바이오 가스 연소시의 오염배출계수로 잘 적용 가능함을 보여 주었다. 본 연구에서 사용한 가스엔진이 오염배출 측면에서 대기 환경보전법상의 배출 허용기준 내에서 가동됨을 알 수 있었고, 가동조건에 따라 연소온도를 증가시킴으로서 CO의 발생을 저감시킬 수 있으리라 사료된다.