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하수슬러지, 폐목재 혼합연료의 순산소연소와 배가스 재순환
성진호 ( ·mojammal. A. H. M. ),백승기 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2016 No.-
하수슬러지는 런던협약이전 대부분 해양투기가 되었다. 그러나 2012년 이후 런던협약이 발효되었고, 현재는 소각이나 매립을 통해 육상처리를 하고 있다. 일반적으로 하수슬러지의 수분함량은 80%이상을 보이며, 건조과정을 거치면 평균 3000kg/kcal의 발열량을 나타낸다. 이로 인해 저급연료로써 주목을 받고 있으며, 국내 발전시설에서는 10~15% 혼소가 이루어지고 있다. 그러나 건조 하수슬러지를 주연료로 사용하는 에너지화 기술은 아직 연구단계에 있으며, 다양한 기술의 적용이 고려되고 있다. 본 연구는 다양한 연료를 적용하기 용이한 순환유동층을 이용하여 건조 하수슬러지에 폐목재 혼합율을 변화하여 순산소 연소기술을 적용하였다. 순산소 연소는 기존 연소와 달리 공기 대신 고순도 산소와 이산화탄소를 혼합한 기체를 사용한다. 이러한 이유로 과도한 공기비의 적용은 공기분리장치(Air Seperation Unit, ASU) 운영비용이 추가적으로 발생하며, 고순도 CO<sub>2</sub>의 농축을 어렵게 한다. 따라서, 폐목재 혼합비율과 투입되는 산화제조성에 따른 과잉공기비의 변화를 계산하였다. 폐목재의 혼합은 하수 건조 슬러지에 폐목재를 30%, 50%, 70% 혼합하였고, 산화제의 조성은 공기, Oxy-21%, 25%, 30%로 조정하였다. 각각의 조건에서 배가스 조성과 온도, 연소로내 온도구배 등을 통해 연소특성의 차이를 확인하였다. 이 결과를 이용하여, 최적의 연소조건을 도출하였고, 배가스 재순환시스템을 가동하였다. 재순환되는 배가스의 비율을 조정함에 따라 연소특성의 변화를 비교하였다.
성진호,서용칠,장하나,백승기,정법묵,김정훈,정승재,조윤탁 한국폐기물자원순환학회 2014 한국폐기물자원순환학회지 Vol.31 No.6
Fossil fuel combustion generates large amount of green house gas and it was considered major emission source causingglobal warming. For reducing green house gas, renewable energy resources have been emerged as an alternative energy.Among those resources, waste has been considered major resource as one of renewable energy, but it has been not utilizedsufficiently. In Korea, there are lots of efforts to utilize sewage sludge as one of renewable energy resources due to wasteto energy project of government. In this paper, sewage sludge was utilized as main fuel in order to recover heat energysource using oxy-fuel combustion in 30KWth circulating fluidized bed (CFB) pilot plant. Firstly, basic characteristics ofsewage sludge were analyzed and fuel feed rate was calculated by stoichiometry oxygen demand. For producing 30kwthermal energy in pilot plant, the feeding rate of sewage sludge was calculated as 13kg/hr. In oxy-fuel combustion, oxygeninjection rate was ranged from 21% to 40%. Fluidized material was more suitably circulated in which the rate of U/Umfwas calculated as 8 at 800oC. Secondly, Temperature and pressure gradients in circulation fluidized bed were comparedin case of oxy and air combustion. Temperature gradients was more uniformly depicted in case of 25% oxygen injectionwhen the value of excess oxygen was injected as 1.37. Combustion efficiency was greatest at the condition of 25% oxygeninjection rate. Also, the flue gas temperature was the highest at the condition of 25% oxygen injection rate. Lastly,combustion efficiency was presented in case of oxy and air combustion. Combustion efficiency was increased to 99.39%in case of 25% oxygen injection rate. In flue-gas composition from oxy-fuel combustion, nitrogen oxide was ranged from47ppm to 73ppm, and sulfur dioxide was ranged from 460ppm to 645ppm.
Pilot-scale 비성형 고형연료 가스화 공정에서의 미세먼지, 중금속 거동
성진호,서용칠,이장수,백승기,양원석,박세원,이상엽,이은송,구재회,오종혁 한국폐기물자원순환학회 2016 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2016 No.11
신재생에너지원 중 가장 큰 비율을 차지하고 있는 폐기물은 소각, 매립 등으로 폐기되고 있다. 그러나 생활폐기물 에너지화에 대한 연구가 지속적으로 진행됨에 따라, 현재 생활폐기물 처리시설에서는 SRF생산 공정을 도입하고 있는 추세이다. SRF는 평균 3,500 kg/kcal의 발열량을 나타내며, 대체연료로써 주목을 받고 있다. 그러나 SRF는 성형을 위한 추가적인 비용이 필요하기 때문에, 비성형 폐기물의 에너지화 기술에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 폐기물 에너지화 기술 중 가스화는 고형시료를 합성가스로 전환하는 기술로 저급연로를 고 효율화를 기대할 수 있다. 본 연구는 8ton/day 용량 pilot-scale 비성형 고형연료 가스화 공정에서 수행되었으며, 대기오염 방지시설은 사이클론, 열교환기, 탈염/탈질/탈황 장비, 습식 전기집진기, 수분제거장치로 구성되어 있다. 위의 공정에서 최근 문제가 되고 있는 미세먼지를 다단입경분석기를 이용하여 채취하였다. 채취된 시료는 건조 및 무게측정을 통해 대기오염 방지시설 구간별 미세먼지 분포를 살펴보았고, 각 대기오염 방지시설별 제어효율을 도출하였다. 추가적으로 채취된 입도별 미세먼지 시료는 ICP-MS분석을 통해 K, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb에 대한 거동을 살펴보았다.
C-37 : 슬러지 및 혼합연료의 에너지화를 위한 순산소 순환 유동층 연소
성진호,서용칠,백승기,장하나,정법묵,조윤탁 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-
신재생에너지원 중 가장 큰 부분을 차지하고 있는 폐기물의 경우, 매립 등으로 폐기되고 있다. 특히 슬러지와 같은 저급연료는 에너지원으로 활용되지 못하고 70%이상 해양 투기되고 있으나 런던협약 이후 해양투기 금지로 인해 육상처리방안의 마련이 시급한 실정이다. 또한, 현재 유일한 온실가스 감축기술인 CCS(Carbon Capture and Storage)의 경우 연소공정의 후단에서 배출가스 내에 질산화물 등 다양한 오염물질의 혼입으로 회수되는 CO2 등의 순도가 낮아져 경제성의 확보가 어려운 실정이다. 따라서 연소공정에 투입되는 과잉공기 대신 순산소 연소(Oxy-fuel Combustion)를 시행하여 열원을 최대로 회수함과 동시에, FGR(Flue Gas Recirculation)을 통해 배출가스를 연소로 내로 재순환함으로 높은 농도의 CO2흐름을 만들어 대기로 배출되는 CO2를 분리하거나 고순도 저장이 가능한 CCS ready기술을 개발하여 국제적인 온실가스 감축의무화에 대비하기 위한 공정기술을 개발하고자 하였다. 본 연구에서는 연료로 적용할 슬러지와 혼합연료의 기초특성분석을 실시하였으며, Cold bed과 이론적인 계산을 통해 순환유동층을 형성하기 위한 유량을 도출하였고 이에 따른 연료 투입량을 산정하였다. Cold bed 실험을 통해서 최소유동화속도를 도출하였고, 유량과 유체의 성상 (Air, Oxy21%, Oxy25%, Oxy30%, Oxy40%) 따른 외부고체 순환률과 압력구배를 비교하였다. Hot bed를 통해서는 유체성상에 따른 온도구배를 비교하였고, 슬러지와 혼합연료 (30%, 50%, 70%)에 따른 온도구배와 주요 배가스 (CO2, CO, O2, NOx, SOx)를 비교하였다. 또한 FGR 운영을 통해 주요 배가스의 변화를 확인하였다. 하수슬러지의 기초특성분석결과 발열량은 약 3,000kcal/kg, 원소분석은 탄소 28.64%, 수소 4.82%, 산소 18.94%, 질소 4.51%, 황 0.44%, 공업분석은 수분 7.32%, 휘발분 45.11%, 고정탄소 12.25%, 회분 35.32% 함량을 보였다. 펠렛의 기초특성분석결과 발열량은 약 4,200kcal/kg, 원소분석은 탄소 48.59%, 수소 6.08%, 산소 42.03%, 공업분석은 수분 8.68%, 휘발분 74.16%, 고정탄소 16.83%, 회분 0.29% 함량을 보였다. 유속에 따른 Riser 층내 압력강하는 0.104 m/s에서 최소 유동화속도를 관측하였으며, 1.9 m/s 이상의 공탑속도에서 고속유동층으로 전이되는 것을 확인하였고, 2.4 m/s 이상의 공탑 속도로 운전하는 것으로 판단하였다. 순환유동층 전이에 필요한 유량의 연료투입량은 13 kg이고, 연소 유체 성상에 따른 온도구배는 Oxy 비율이 높아질수록 배가스의 온도가 높게 유지되었다. 각 조건별 배가스 분석결과 고농도 CO2 농축가능성을 확인하였다.
폐 메탈할라이드 램프의 수은 무해화처리를 위한 단계적 파쇄
성진호,김정훈,백승기,이은송,이주찬,문경림,박용준,서용칠 한국폐기물자원순환학회 2017 한국폐기물자원순환학회지 Vol.34 No.7
A metal halide lamp was developed to improve the performance of high pressure mercury lamps. In South Korea, these are used in street lamps, fishing lamps, and automobile headlights; however, these are not specified in Annex A part 1 of the MINAMATA convention. In this study, valuable materials were investigated in automobile headlights and street lights and were minimized to contaminate mercury via staged crushing. The staged crushing prevents mercury emissions in the crushing process. Thus, the mercury concentration in glass-type byproducts from waste HID lamps was increased from 260.29 mg-Hg/kg to 2,907.16 mg-Hg/kg. In addition, glass from waste street lamps was increased from 1,083.71 mg-Hg/kg to 14,101.95 mg-Hg/kg. In the case of street light crushing, mercury-containing glass waste decreased by 67%. The specific wastes from staged crushing were mainly glass type. In this material, mercury species vaporize at over 800°C. The elemental mercury was estimated to oxidize during its use and crushing. Therefore, to ensure the harmless treatment of specific wastes from staged crushing, treatment at over 800°C is recommended.