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생활폐기물 소각시설 발전효율 및 온실가스 감축량 산정 연구
배지수(Jisu Bae),윤영삼(Youngsam Yoon),권은혜(Eunhye Kwon),전태완(Taewan Jeon),이영기(Younggi Lee) 한국신재생에너지학회 2018 신재생에너지 Vol.14 No.3
One of the concepts of energy recovery, waste energy has attracted attention as a technology that contributes considerably to the replacement of fossil fuels which are becoming depleted and to the dissemination of renewable energy for Intended Nationally Determined Contributions (INDC). In this study, the long-term operation data of domestic municipal solids waste (MSW) incineration facilities were evaluated for the steam power generation efficiency when applying the elemental technologies. In addition, the energy savings and GHG reductions were calculated by the power generation efficiency increment. In terms of enhancing the capability of waste heat recovery, the power generation efficiency was examined based on the assumption that the low calorific power of 2,000~3,000 kcal/kg, 5,000~7,000 ㎥/ton exhaust gas, boiler outlet temperature of 190~300℃ and the combustion air ratio of 1.0~2.0. When applying elemental technologies to the incineration procedure, the power generation efficiencies were 0.74~0.85%. Energy savings per ton of MSW were estimated to be 79.2 MWh/ton in low temperature economizer (LTE) and 68.8 MWh/ton in low air ratio combustion (LARC). The estimated GHG reductions were 206,072 ton-CO₂/yr in LTE and 178,892 ton-CO₂/yr in LARC. This is expected to reduce operation costs by 4,328 million and 3,757 million KRW by conversion to economic benefits.
폐기물소각시설의 에너지회수효율 및 유효이용에너지 분포 분석
배지수(Jisu Bae),김규연(Kyuyeon Kim),이수영(Suyoung Lee),문희성(Heesung Moon),이영진(Youngjin Lee),강준구(Jungu Kang),전테완(Taewan Jeon) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.1
에너지 에너지회수효율 산정방법(환경부고시 제 2015-200호)은 폐기물 소각 시 발생되는 열원 즉, 생산된 에너지를 기준으로 회수효율을 산정하여 4R 정책(발생 억 제 (Reduce), 재이용(Reuse), 재 활용(Recycle), 회 수(Recovery)) 흐름에 부합하는 기준을 따라왔다. 그러나 2017년 「에너지회수효율 측정 • 산정방법 및 절차 등에 관한 고시」 를 제정하며, 열원으로 국한되었던 소각열에너지를 증기, 전기, 온수등으로 확대하고 에너지의 회수 · 이용에 초점을 맞추어 다양한 형태의 소각열에너지로 활용될 수 있는 정책적 기반을 마련하였다. 본 연구는 정책 시행 이후, 생활 및 사업장폐기물 소각시설의 에너지회수효율 산정결과를 비교하고, 소각열 회수 · 이용 분포를 분석하였다. 폐기물처분부담금 기준, 에너지회수효율 50% 이상인 시설(처분부담금 감면 대상) 비율은 정책 반영 이후로 83.8% 에서 86.5%로 연도별 증가하는 경향을 보였다. 소각열에너지의 유효이용에너지 분포의 경우, 생활폐기물 소각시설은 외부 판매에 주력된 경향을 보였으며, 그 중 증기 41.8%, 온수 42.7% 의 공급 비율을 보였다. 사업장폐기물 소각시설은 생활폐기물 소각시설과는 달리 증기의 내부 활용이 91.8%로, 부지 내 제조공정 둥으로 대부분의 소각열을 자체 소모하고 있는 것으로 분석되었다.
생활폐기물 소각시설 유형별 에너지 회수 열수지 분석 연구
배지수(Jisu Bae),이수영(Suyoung Lee),김규연(Kyuyeon Kim),이태우(Taewoo Lee),강준구(Jun-gu Kang),전태완(Taewan Jeon) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.1
국내 소각시설에서 발생된 소각열에너지는 폐기물의 순환이용 촉진을 위해 폐기물처분부담금의 감면 혜택의 수단으로 생산·이용 촉진되어왔다. 본 연구에서는 생활폐기물 소각시설을 대상으로 에너지 물질수지를 분석하여 소각열 회수 시 로(盧) 특성에 따른 입·출열 특성을 파악하고자 하였다. 열역학 제 1 법칙에 따른 열정산법 (Heat balance) 을 적용하여 각 시설별 입·출열 에너지량을 산정하였다. 열정산 도출을 위한 시스템 경계 범위는 폐기물 투입구부터 대기오염 방지설비 전단까지 한정하였다. 입열 항목의 경우 일반·고온 소각시설은 반입 폐기물 보유 열량이 총 입열 중 96.6% 로 열분해·고온용융 대비 높은 결과를 보였댜 열분해고온용융 소각시설은 보조연료 투입열량이 총 입열 중 15.6 %를 차지하였으며, 이는 열분해로 및 용융로의 운전온도 (1,200°C) 유지를 위한 결과로 보여진다. 보일러 급수의 일부가 증기 에너지로 변환되기 위해 홉수한 열량은 전체 출열 항목 중 열분해·고온용융 (78.9%), 일반·고온 (78.8% )으로 나타났으며, 이는 국내 생활폐기물 소각시설의 폐열보일러 효율이 80% 에 근접한다는 것을 의미한다. 출열 항목(배출가스 보유열, 방열손실, 소각재 배출열 등) 중 소각 유형별 두드러지게 나타나는 특징은 다음과 같다. 일반·고온 소각로는 배출가스로 인한 손실열량이 16.5%로 타 유형 대비 높게 나타났다. 열분해·고온용융의 경우로 운전 특성에 의해 소각로 및 폐열보일러 표면의 방열손실이 3.37%로 비교적 높은 결과를 보였다.
열정산법에 따른 생활폐기물 소각시설의 물질수지 분석 및 저위발열량 산정식 도출 연구
배지수(Jisu Bae),이수영(Suyoung Lee),김규연(Kyuyeon Kim),이태우(Taewoo Lee),강준구(Jun-gu Kang),전태완(Taewan Jeon) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.2
폐자원 에너지화 독려 및 순환경제사회 구축을 목표로 ‘18년 자원순환기본법 폐기물처분부담금 제도 에 따라 정부에서 소각시설을 대상으로 소각세를 징수하고 있다. 소각시설에서 처리되는 폐기물 톤당 부과되는 처분부담금은 소각열에너지를 일정 기준 회수 이용함에 따라 감면 혜택 을 제공하고 있다. 폐기물처분부담금의 감면 기준인 에너지회수효율온 폐기물 보유 열량 대비 유효하게 사용되는 소각열에너지 (증기, 온수, 전기 등)의 비율을 의미한다. 현행 법령에 따르면 에너지회수효율은 소각시설의 열정산 경계를 기준으로 외부 에너지(외부 수전, 화석연료 둥) 이외에 폐기물로부터 기원된 소각열에너지의 회수에 초점이 맞춰져 있다. 따라서 폐기물이 보유한 에너지는 에너지회수효율 산정 시 주요인자(key point)로 작용하며, 그만큼 대표성의 확보가 중요하다. 저 위발열량은 폐기물 보유 에너지(Ew)를 산출하는 기초 단위로써 그 값의 정확성에 따라 에너지회수효율 산정 결과의 신뢰도가 좌우된다. 본 연구에서는 국내 생활폐기물 소각시설 18개소를 대 상으로 소각형태별(열분해 고온용융, 일반 고온) 열정산 경계 기준 물질수지를 분석하고 폐기물저위발열량 산정식의 주요 인자인 열손실 보정계수 산출을 위한 계측자료 수집과 현장 측정을 수행하였다.
문희성(HeeSung Moon),배지수(Jisu Bae),박호연(Hoyeun Park),전태완(Taewan Jeon),이영기(Younggi Lee),이동진(Dongjin Lee) 유기성자원학회 2018 유기물자원화 Vol.26 No.1
본 연구는 유기성폐자원(가축분뇨, 음식물류폐기물, 음식물류폐수 등)의 바이오가스 이용에 대한 적정 설계 및 운전 기술지침서 마련하고자 현장조사와 정밀모니터링 등을 실시하였다. 정부의 중장기 바이오가스화 정책에 따라 폐자원의 자원화 시설 확충이 활발히 추진되고 있다. 하지만 생산된 바이오가스를 이용하여 발전 및 스팀으로 활용하는 시설은 효율이 아직은 저조하고 잦은 고장이 발생되고 있다. 전국 11개소 유기성폐자원 바이오가스화 시설을 대상으로 정밀모니터링을 실시하였다. 사계절 평균으로 정밀모니터링 결과를 정리하였을 때, 유기성폐자원 별 효율성 분석에서 유기성분해율은 VS기준 음식물/음폐수는 68.2 %, 가축분뇨는 66.8 %, 하수슬러지의 경우 46.2 %로 전체 평균 58.8 %로 분석되었다. 전처리 전후 바이오가스 성상을 분석한 결과 철염 및 탈황(건식, 습식)을 이용하여 전체 시설의 H2S 평균은 560 ppm으로 측정되었으며, 저감효율이 90% 이상인 경우 약 40 ppm 까지 감소할 수 있는 것을 확인하였다. 특히 소화조 내에 철염을 투입하면 처리효율 약 93 %이며, 평균 150 ppm까지 감소하는 것을 확인하였다. 제습의 경우 노점온도를 적용한 절대습도와 가스온도에 따른 상대습도를 분석하였으며, 제습설비가 유지보수가 잘되어 가동 중인 시설의 노점온도는 14℃, 절대습도는 12.6 g/m³이며, 상대습도는 35 %로 측정되었다. 따라서 유기성폐자원의 바이오가스화 시설의 단점을 보완하고 바이오가스 이용 최적화 방안을 마련하기 위하여 정밀모니터링을 실시하였다. According to the in social aspects such as population growth, urbanization and industrialization, development of livestock industry by meat consumption, amount of organic wastes (containing sewage sludge and food waste, animal manure, etc) has been increased annually in South Korea. Precise monitoring of 11 organic wastes biogas facilities were conducted. The organic decomposition rate of organic wastewater was 68.2 % for food wastes, 66.8 % for animal manure and 46.2 % for sewage sludge and 58.8 % for total organic wastes. As a result of analyzing the biogas characteristics before and after the pretreatment, the total average of the whole facility was measured to be 560 ppm using iron salts and desulfurization, and decreased to 40 ppm when the reduction efficiency was above 90 %. Particularly, when iron salt is injected into the digester, the treatment efficiency is about 93 %, and the average is reduced to 150 ppm. In the case of dehumidification, the absolute humidity and the relative humidity were analyzed. The dew point temperature of the facility where the dehumidification facility was well maintained as 14℃, the absolute humidity was 12.6 g/m3, and the relative humidity was 35 %. Therefore, it is necessary to compensate for the disadvantages of biogasification facilities of organic waste resources and optimize utilization of biogas and improve operation of facilities. This study was conducted to optimize biogas utilization of type of organic waste(containing sewage sludge and food waste, animal manure) through precision monitoring.
사업장폐기물 소각시설의 열손실 보정계수에 따른 저위발열량 산정
이수영(Suyoung Lee),배지수(Jisu Bae),김규연(Kyuyeon Kim),이태우(Taewoo Lee),강준구(Jungu Kang),전태완(Taewan Jeon) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.2
폐기물 소각 시 발생한 소각열에너지의 50% 이상 회수 이용하는 경우 소각열에너지 순환 이용에 따라 폐기물처분부담금(소각처분부담금) 감면 규정을 법제화하여 소각열 에너지 회수효율 극대화 및 회수방안 확대를 유도하고 있다. 에너지회수효율의 산정은 실제 폐기물로부터 생산되어 외부로 공급되는 에너지의 양을 회수효율로 산정하고 있으며 산정 기간 동안 처리된 폐기물의 총 보유 에너지는 폐기물 저위발열량Lower Heating Value)을 이용하여 산정한다. 2022년 기준 생활폐기물 소각시설의 약 18.4%, 사업장폐기물 소각 시설의 약 2. 7%가 에너지회수효율 검증 제도에 참여하여 소각처분부담금 감면을 적용 받고 있으며 사업장폐기물 소각시설의 경우 현행 제도의 참여율이 저조한 실정이다. 따라서 사업장폐기물 소각시설까지 제도를 확대하기 위해 저위발열량 산정방법의 간소화 방안 마련이 필요하다. 본 연구에서는 사업장폐기물 소각시설 8개소(8기)의 에너지회수효율 산정에 필요한 저위 발열량 산정식의 개선을 위하여 입 출열 항목에 따른 현장 측정을 실시하고 열손실 보정계수( , , )를 도출하였다. 폐열보일러 후단 산소농도 및 수분함량 분석 결과 각각 평균 산소농도 7.77 %, 수분함량 18.09%으로 분석되었으며 소각잔재물의 강열감량 및 수분함량은 평균 2.12 %, 8.32 %로 나타났다. 소각로 방열손실은 평균 1,936.22 Gcal/yr, 폐열보일러 방열손실은 1386.01 Gcal/yr로 분석되었다. 이를 바탕으로 대상시설의 평균 열손실 보정계수 산정결과 는 1.076, 는 1.068, 는 0.002 이며, 배출가스 열손실 보정 계수( / ) 2.178, 기타 열손실 보정계수( / ) 1.0 18로 산출되었다.