LNG 이종연료 운전이 상업용 디젤 엔진의 출력 및 배출가스 특성에 미치는 영향

Effect of LNG Dual Fuel Operation on Power and Emission Characteristics of Commercial Diesel Engines

상업용 대형 디젤엔진에 LNG를 추가 공급하기 위해 Dual Fuel system을 설치하고, 환경부고시에 따라 ‘ND-13모드’로 운전하여 엔진 출력 및 배출가스 특성을 연구하였다. 이를 통해 혼소시스템의 개조가 상용화 가능한지 타당성을 검토하고, 상용화가 가능하도록 혼소율 및 출력, 배출가스 저감 방안을 도출하고자 한다. 실험 결과, 엔진 출력과 토크는 기존 엔진 대비 ±5% 이내에 있음을 확인하였고, 법적 개조 범위 내에 있음을 알 수 있었다. 배출가스 특성 부분에서는 부하의 증가에 따른 CO 2 배출량 감소가 뚜렷했으며, 15.3% 감소 됨을 확인하였다. NO X 배출량은 58% 감소하였고, 이는 흡기 가습에 의한 연소온도의 저하로 판단된다. 반면, THC 및 CO는 큰 폭으로 상승하였는데 이는 Bulk Quenching 현상 및 흡기 가습에 따른 천연가스의 연소성 약화와 순정 촉매의 미장착에 기인한 현상으로 판단된다. 향후, 시스템의 연소성능 향상을 위한 맵핑값 수정 및 산화촉매의 설치를 통한 추가 연구가 필요하다.

In order to additionally supply LNG to a heavy-duty commercial diesel engine, a dual fuel system was installed; engine power and exhaust gas emissions while operating in the ‘ND-13 mode’, in accordance with the notice from the Ministry of Environment, were investigated. The feasibility of retrofitting the dual fuel system and plans based on mixture rate, power, and emission reduction to enable commercialization were evaluated. The engine power and torque values were within ±5% of the values for the existing engine; these were within the legal modification range. In case of exhaust gas emissions, the decrease in CO 2 emission due to the increase in load was apparent; it was reduced by 15.3%. NO X emission decreased by 58%; this could be attributed to the decrease in combustion temperature owing to water injection. THC and CO increased significantly, possibly due to the reduced combustibility of natural gas owing to bulk quenching, water injection, and the absence of catalysts. Additional research focused on modification of mapping values and installation of oxidation catalysts to improve the combustion performance of the system, is warranted.