Numerical Analysis and Demonstration Test on the Performance of a Static Mixer for mixing Biogas and Town Gas for the 5MW Biogas Turbine

본 연구에서는 바이오가스의 공급이 부족한 환경에서 5MW급 바이오 가스터빈을 운전하기 위한 바이오가스와 도시가스의 혼합용 혼합챔버의 성능에 대한 수치해석 및 실증 시험을 수행한 것이다. 혼합챔버의 성능에 대한 수치해석으로 혼합챔버 출구부분에서의 불균일도와 압력강하를 계산하였다. 그 결과, 불균일도는 최소 0.05%에서 최대 0.16%로 이는 99%이상 바이오가스와 도시가스가 혼합되는 것을 의미한다. 압력강하는 입구압력 5bar대비 최소 0.07%에서 0.17%로 0.2%미만으로 나타났다. 이를 통해 현장에서 실증 시험을 수행한 결과 외기온도 $15^{\circ}C$조건에서 바이오가스를 $20.0Nm^3/min$, 도시가스를 $12.0Nm^3/min$ 공급할 경우 5MW급 바이오 가스터빈의 정상적인 운전이 가능함을 확인하였다. The purpose of this study is to verify the performance of a static mixer for mixing of biogas and town gas by numerical analysis and demonstration test. The reason for designing a static mixer is that there is a need to mix town gas with biogas when there is less production of biogas in biogas sites. Non-uniformity in the outlet section was calculated for investigating the performance of a static mixer. Non-uniformity was based on the mole fraction of methane in a mixture of biogas and town gas. Low non-uniformity means that biogas and town gas are mixed well through this static mixer. Also, pressure drop at the outlet section of a static mixer was calculated. The pressure drop is less than 0.2% in this static mixer. This static mixer is suitable for applying to a 5MW bio-gas turbine through the demonstration test in the field.