전 세계적으로 에너지 소비가 급속하고 늘고 있는 추세이며, 화학연료를 이용한 전기 생산은 기후변화를 야기시키므로 새로운 형태의 친환경적인 발전 시스템의 개발이 매우 중요한 현안으로 떠오르고 있다. 전력수급의 많은 부분을 원자력과 화력발전에 의존하고 있는 우리나라의 경우 증가하는 전력 수요를 가스터빈을 이용한 복합발전이나 열병합 발전이 분담을 해야 하므로 가스터빈 관련 연구 개발은 매우 중요하다고 할 수 있다. 최근에는 분산발전에 대한 관심이 고조되면서 이에 적합한 동력원으로 고려되고 있는 마이크로 터빈 및 이에 대한 응용시스템 연구개발이 국내외에서 활발히 수행되고 있다. 마이크로 가스터빈은 중대형 가스터빈에 비해 개발기간이 짧고 개발비 규모가 작아 세계시장에서도 경쟁력있는 상품이 될수 있을 것으로 판단된다. 본 연구는 60KW 출력의 마이크로 가스터빈을 대상으로 메탄/수소, 메탄/산소-수소 혼합기체를 혼합한 연료에 대한 연소 특성 및 내부 열유동을 수치해석적 연구를 통하여 검토하였다. 수소 및 산소-수소 혼합연료의 체적분율을 변화시켜 변수연구를 수행하였다. 연구 결과를 살펴보면 연료 중 수소 및 산소/수소 기체의 체적분율을 높일수록 연소기 내부의 primary zone의 화염온도가 현저히 상승하며 연소기 내부의 고온영역이 넓게 분포되는 것을 볼 수 있다.이는 수소나 산소-수소 기체로 대체했을 때 수소의 빠른 연소속도에 의해 단시간에 화염온도의 상승을 이룰수 있고 수소의 강한 반응성과 높은 열확산성으로 인하여 순신간에 가스터빈 내부의 연료와 공기의 난류혼합을 활발하게 하여 가스 터빈의 효율 향상에 일조한다는 것이다. 수소비율에 따라 가스터빈의 연소성능과 관련이 있는 primary zone의 평균온도, 출구의 평균온도, 출구에서의 온도의 편차비(pattern factor)와 같은 결과를 검토하여 의미있는 결과를 도출하였다. 향후 최적 운전을 위한 적절한 연료의 혼합비율은 가스터빈의 형상 및 규모 등 다양한 변수를 고려하여 도출하는 것이 필요할 것으로 판단된다.

전 세계적으로 자원의 고갈과 온실가스로 인한 기후변화가 지구의 환경을 위협하는 요인으로 작용하고 있다. 이에 국내에서는 폐기물의 재활용을 촉진하고, 더 높은 부가가치를 부여하기 위한 기술･정책적 노력들이 이루어지고 있다. 그 중 하나로 생활폐기물을 기계적 선별공정과 생물학적 처리 공정이 결합된 MBT(Mechanical Biological Treatment) 시설이 도입되었다. 국내에서 발생되는 폐기물은 가연분 함량이 높아 SRF(Solid Refuse Fuel)로 생산할 경우 에너지 자원의 대체제로 사용 가능성이 크다고 판단된다. 이에 본 연구에서는 국내에서 생산되는 SRF에 대하여 기초특성분석을 실시하고 효율적인 열에너지 회수를 위해 연소실험을 진행하였다. 시료의 기초특성분석결과, 수분, 회분함량이 낮고 탄소성분과 발열량이 높게 나타났다. 연소 특성 및 오염 물질의 발생 특성을 파악하기 위하여 고정층 반응기에서 공기비 1.8~2.6 범위에서 실험을 진행하였다. 뿐만 아니라 각 공기비에서의 배가스 성분을 연소가스측정기(MK9000)를 이용해 그 특성을 알아보았으며 가스상 오염물질 배출특성을 알아보기 위하여 오염물질인 HCN, HCl 에 대해 분석을 실시하였다. 배가스 특성에서 CO의 농도가 거의 0%로 나타난 것으로 보아 완전연소가 잘 일어나고 있음을 판단 할 수 있었다. 또한 배출된 가스상 오염물질의 경우 배출 허용기준(HCl 15ppm, HCN 5ppm)을 모두 만족하는 것으로 나타났지만 NOx의 경우, 배출 허용 기준(80ppm)에 비해 약간 높은 값을 보였다. 모든 조건을 고려하였을 때 연소 반응이 활발히 일어나는 것을 알 수 있었지만 SRF를 연소공정에 적용시 추가적인 NOx 제어 시설이 필수적으로 설치되어야 할 것으로 판단된다.

산업화에 의하여 화학원료를 다량으로 사용함에 따라 여러 종류의 휘발성 유기화합물 (Volatile organic compounds, VOCs)이 배출되고 있다. VOCs 물질은 그 자체로 발암이나 악취를 유발함으로서 직접적인 피해를 주기도 하지만, 대기 중에서 NOx 및 자외선과 만나 광화학 반응을 통해 오존을 생성하여 2차적인 오염을 유발한다. 이러한 피해를 주는 VOCs는 주로 도색공정이나 유기용제의 사용, 세탁소 그리고 자동차 운행시 다량 배출되고 있다. 따라서 VOCs 물질을 저감하기 위해 VOCs 종류나 농도에 따라 다양한 처리 공법이 적용되고 있는 바, 효율적인 VOCs를 제어를 위한 고효율 처리장치가 필요하다. 본 연구에서는 플라즈마와 덤프 연소기술이 접목된 플라즈마 덤프 연소기를 설계・제작하여 톨루엔 고효율 분해 특성을 파악하였다. 실험 변수로는 톨루엔 공급 유량 변화, 전력 공급량 변화, 톨루엔 주입 농도 변화, 톨루엔 덤프 주입구 위치 변화, 배출구 열교환기에 대해 변수별 연구를 진행하였다. Fig. 1은 그림 1은 플라즈마 버너의 톨루엔 공급 유량 변화에 따른 실험 결과이다. 플라즈마 덤프 연소기에서 플라즈마 버너는 1차 톨루엔 분해 메카니즘을 가지기 때문에, 최적의 공급 유량 파악이 필요하다. 실험 범위인 톨루엔 공급 유량 100∼300 L/min 구간에서 플라즈마 덤프 연소기 내부의 온도는 안정적으로 유지되었다. 톨루엔 유량이 증가하더라고 플라즈마 버너의 화염은 영향을 받지 않음을 알 수 있다. 실험 범위 안에서 톨루엔 분해율은 94∼99%를 유지되었다. 이는 보조연료로 공급된 CH4이 플라즈마에 의해 높은 밀도로 활성화된 라디칼 입자들에 형성시켜 톨루엔 높은 분해율을 나타낼 수 있다. 톨루엔 유량이 증가할수록 에너지 효율은 증가하였으며, 일산화탄소는 증가하는 경향을 보였다.