Journal of the Korean Institute of Gas (한국가스학회지)

The Korean Institute of GAS (한국가스학회)
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Effect of CNG Heating Value Variations on Emissions Characteristics in a Diesel-CNG Dual-Fuel Engine

CNG 발열량 변화가 Diesel-천연가스 혼소엔진 배기 특성에 미치는 영향

  • Received : 2016.07.04
  • Accepted : 2016.11.25
  • Published : 2016.12.31
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Abstract

In this paper, purpose of study is emissions characteristics according to effects of heating value variations of CNG fuel in a dual-fuel engine fueled by diesel and natural gas. For heating value variation of CNG fuel, nitrogen gas was mixed with pure CNG fuel. So the higher heating value was changed from $10,400kcal/Nm^3$ to $9,400kcal/Nm^3$. Under one condition of CNG substitution rate was fixed at 80%, diesel fuel was injected at a fixed injection timing of 16 CAD BTDC and fuel pressure was also fixed at 110 MPa. The condition of tested engine was 1800 rpm and 500Nm. Emissions were sampled in exhaust pipe was located at downstream turbocharger. As a result, emissions characteristics were checked in heating value variations of CNG fuel with mixed nitrogen gas THC, $CH_4$ and CO emissions decreased and NOx and $CO_2$ increased.

전 세계적인 천연가스 저열량화 추세에 따라 우리나라 천연가스 열량 기준이 기존의 표준 열량제에서 보다 유연한 열량범위제로 개선되었다. 이 같은 변화는 가정이나 산업체 전반에 걸쳐 가스기기 성능에 직접적인 영향을 미치기 때문에 이를 규명하고자 하는 연구가 필요하다. 특히 열병합 발전용 엔진으로 사용되는 디젤-CNG 혼소엔진의 경우 도시가스를 주 연료로 사용하기 때문에 발열량 변화는 발전 사업자의 수익성 확보와 연관되는 중요한 사안이다. 따라서 본 연구에서는 열량범위제 내에서 허용하는 CNG 발열량 변화가 디젤-CNG 혼소엔진의 배기특성에 주는 영향에 대해 조사하였다. 도시가스 발열량 변화를 모사하기 위해 열량 범위 상한선인 $10,400kcal/Nm^3$의 CNG 연료에 질소를 희석시켜 발열량을 $10,400kcal/Nm^3$에서 $9,400kcal/Nm^3$까지 변경하였다. 혼소율 80% 조건에서 디젤 연료 분사 시기는 16 CAD BTDC, 분사압력은 110 MPa로 고정하고 엔진회전수 및 토크는 1800 rpm/500 Nm으로 설정하여 시험을 수행하였다. 엔진시험 결과 발열량이 감소할수록 불완전연소가 증가하여 THC, $CH_4$ 및 CO 배출량은 증가하는 반면 NOx 배출량은 감소함을 확인하였다. 그리고 이 같은 결과를 바탕으로 배기 특성 변화에 대해 대응할 수 있는 방안에 대해 고찰하였다.

Keywords

References

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