순산소 순환유동층에서 로내 탈황 및 탈질법 적용에 따른 오염물질 거동특성

최경구(Gyung-Goo Choi),나건수(Geon-Soo Na),신지훈(Ji-Hoon Shin),길상인(Sang-In Keel),이정규(Jung-Kyu Lee),허필우(Pil-Woo Heo),윤진한(Jin-Han Yun) 한국청정기술학회 2018 청정기술 Vol.24 No.3

순산소 연소기술은 화력발전에 적용 가능한 유망한 온실가스 감축 기술로 평가되고 있다. 본 연구는 환경적 관점에서 순환유동층을 활용한 순산소 연소조건에 로 내 탈황 및 탈질법을 적용하여 NO 및 SO₂의 거동을 살펴보는 한편, SO₃, NH₃, 그리고 N2O의 발생 경향도 관측하였다. 이를 위해, 연소로 내 석회석 및 요소수를 투입하였다. 로 내 탈황법은 연소가스 내 SO₂ 농도를 ~403에서 ~41 ppm까지 저감하였다. 또한 SO₃ 형성의 주원료인 SO₂가 저감되면서 연소가스 내 SO₃ 농도도 ~3.9에서~1.4 ppm까지 감소되었다. 그러나 석회석 내 CaCO₃가 NO의 발생을 촉진하는 현상도 관측되었다. 연소가스 내 NO 농도는로 내 탈질법을 적용하여 ~26 - 34 ppm까지 저감되었다. 요소수 투입량 증가에 따라 연소가스 내 NH₃ 농도가 증가하여 최대~1.8 ppm으로 나타났으며, N₂O의 농도도 ~61에서 ~156 ppm까지 증가하였다. N₂O 발생량 증가 현상은 요소수의 열분해 과정에서 생성된 HNCO가 N₂O로 전환되어 나타난다. 본 연구의 결과를 통해 로 내 연소가스 세정법을 적용할 경우 NOx 및 SOx의 저감뿐만 아니라, 다른 오염물질의 발생에 대한 주의가 필요할 것으로 보인다. Oxy-fuel combustion is considered as a promising greenhouse gas reduction technology in power plant. In this study, the behaviors of NO and SO₂ were investigated under the condition that in-furnace deNOx and deSOx methods are applied in oxy-fuel circulating fluidized bed combustion condition. In addition, the generation trends of SO₃, NH₃ and N2O were observed. For the purpose, limestone and urea solution were directly injected into the circulating fluidized bed combustor. The in-furnace deSOx method using limestone could reduce the SO₂ concentration in exhaust gas from ~403 to ~41 ppm. At the same experimental condition, the SO₃ concentration in exhaust gas was also reduced from ~3.9 to ~1.4 ppm. This trend is mainly due to the reduction of SO₂. The SO₂ is the main source of the formation of SO₃. The negative effect of CaCO₃ in limestone, however, was also appeared that it promotes the NO generation. The NO concentration in exhaust gas reduced to ~26 - 34 ppm by appling selective non-catalytic reduction method using urea solution. The NH₃ concentration in exhaust gas was appeared up to ~1.8 ppm during injection of urea solution. At the same time, the N₂O generation also increased with increase of urea solution injection. It seems that the HNCO generated from pyrolysis of urea converted into N₂O in combustion atmosphere. From the results in this study, the generation of other pollutants should be checked as the in-furnace deNOx and deSOx methods are applied.

탄소동위원소법을 활용한 고형연료제품 내 바이오매스 함량 측정방법

최경구(Gyung-Goo Choi),강준구(Jun-Gu Kang),김규연(KyuYeon Kim),권영현(YoungHyun Kwon),유하녕(Ha-Nyoung Yoo),이수영(SuYoung Lee),양원석(WonSeok Yang),이원석(WonSeok Lee),신선경(Sun-Kyoung Shin) 유기성자원학회 2019 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.추계

고형연료제품이란 가연성 고형폐기물을 사용하여 품질기준에 적합하게 제조한 연료 용도의 재활용제품을 의미한다. 고형연료제품의 품질기준은 자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률 시행규칙 별표 8(고형연료제품의 품질기준)에 의해 규정된다. 품질기준은 일반 고형연료제품과 바이오 고형연료제품으로 구분하여 제시하고 있다. 과거 고형연료제품의 바이오매스 함량은 바이오 고형연료제품에 한하여 측정하였다. 그러나 2019년 10월 1일부터 신재생에너지법에 의해 폐기물에너지가 생물기원 폐기물로부터 발생한 에너지로 한정됨에 따라 일반 고형연료제품도 바이오매스 함량을 측정하게 되었다. 그동안 고형연료제품 내 바이오매스 함량은 환경부고시 제 2014-135호에 따라 육안선별법과 용해선별법으로 측정하고 있었다. 육안선별법은 물질 특성 분류표에 따라 고형연료제품의 원료를 바이오매스와 비 바이오매스로 구분하고 바이오매스 함량을 결정하는 방법이다. 용해선별법은 황산 및 과산화수소에 고형연료제품 내 바이오매스를 용해시켜 그 양을 산정하는 방법이다. 그러나 육안선별법은 분석자의 주관이 결과에 영향을 줄 수 있는 여지가 있고, 용해선별법은 황산 및 과산화수소에 비 바이오매스 성분이 용해되어 바이오매스 함량이 과다 평가되는 한계가 있다. 때문에 국외의 경우에는 탄소동위원소법을 추가로 제시하여 분석의 정확도를 향상시키고 있다. 탄소동위원소법은 연료의 연소로 발생되는 이산화탄소 중 탄소동위원소를 분석 및 추적하여 연료 내바이오매스 함량을 산정하는 방법이다. 본 연구는 탄소동위원소법과 용해선별법을 이용하여 고형연료제품 내 바이오매스 함량을 측정하여 비교하였다. 이를 통해 보다 정확한 고형연료제품 내 바이오매스함량 분석 방법을 제시하고 탄소동위원소법의 국내 도입방안을 마련하고자 하였다.

요소수를 이용하는 SNCR과 SCR의 탈질 특성 비교 연구

최경구(Gyung-Goo Choi),길상인(Sang-In Keel),이정규(Jung-Kyu Lee),허필우(Pil-Woo Heo),윤진한(Jin-Han Yun) 한국에너지기후변화학회 2018 에너지기후변화학회지 Vol.13 No.2

This research examined the reduction of NO by applying SCR(selective catalytic reduction) and SNCR(selective non-catalytic reduction) methods in oxy-fuel circulating fluidized bed combustion. The SO₂ reduction was also investigated by applying the FGC(flue gas condenser) for the dry flue gas recirculation. Especially, the effects of furnace (~803–951°C) and SCR reactor (~250–351°C) temperatures on the NO reduction were observed. The SNCR method could reduce the NO concentration in flue gas from ~168–172 to ~18–51 ppm, and the optimal combustion temperature was ~854°C. As the combustion temperature was ~803°C, the NH₃ slip was occured to the SCR reactor and further reduction of NO in SCR reactor was appeared. Through this phenomenon, the possibility was confirmed that the induced NH₃ slip at SNCR method can be used in SCR reactor for NO reduction. So, the simultaneous application of the SNCR and SCR method can accomplish the reduction agent saving for NO<SUB>x</SUB> reduction. On the other hand, the FGC using only water showed excellent performance for SO₂ reduction. It could reduce the SO₂ concentration in flue gas from ~253–276 to ~0 ppm. The SCR method was able to reduce the NO concentration in flue gas from ~169–174 to ~25–38 ppm and the optimal SCR reactor temperature was ~302°C. The SCR method achived better NO reduction performance than SNCR method. At the condition that urea solution injected as NH₃/NO ratio of ~2, NO reduction effieicy of SCR method was calculated to ~20% better than SNCR method.

소각시설 반입 건설폐기물의 적정관리방안 연구

양원석 ( Won-seok Yang ),최경구 ( Gyung-goo Choi ),이수영 ( Su-young Lee ),김규연 ( Kyu-yeon Kim ),이원석 ( Won-seok Lee ),신선경 ( Sun-kyoung Shin ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

「폐기물관리법」시행규칙 별표8에 따라 중간처분(소각)의 경우 반입폐기물의 재위탁이 금지되어 있고, 「건설폐기물의 재활용촉진에 관한 법률」 시행규칙 별표1의2에 따라 재활용하지 아니하는 소각 가능한 폐기물은 소각해야 된다. 또한 폐기물 종류별·성상별 분리배출은 배출자 의무로 소각시설 반입되는 폐기물 내 불연물이 존재하여도 부득이하게 투입되는 현실이다. 이러한 불연물의 포함된 폐기물을 소각할 경우 법정기준인 130% 처리량, 연소온도 850 ℃ 이상 준수가 불가능해 초과 투입이 불가피한 상황이다. 불연물의 경우 열량이 거의 없어 소각열에너지 회수 및 적절한 발열량 유지 애로, 소각재로 40% 이상 배출 등 소각시설의 운영에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 불연물을 다량 포함된 건설폐기물을 대상으로 반입현황 및 처리현황에 대한 실태조사후 재위탁 대상폐기물의 범위, 재위탁 허용의 타당성, 중간·최종처분 적합성을 검토하였다. 2018년 기준으로 반입폐기물 중 건설폐기물은 16~20%(사업장 일반폐기물 기준) 차지하였고, 건설폐기물 중 85~90%가 폐토사, 건설폐재류 등 불연물로 구성되었다. 재위탁을 위한 건설폐기물의 선별은 디스크스크린 및 트롬멜을 이용하였고, 입도에 따라 강열감량 및 이물질 함량을 분석한 결과 최소 30 mm 이하의 입도로 분리·선별의 필요성이 제기되었다.

사업장폐기물 소각시설의 반입폐기물 조성 및 특성 분석

이수영 ( Suyoung Lee ),양원석 ( Won-seok Yang ),최경구 ( Gyung-goo Choi ),김규연 ( Kyuyeon Kim ),이원석 ( Won-seok Lee ),신선경 ( Sunkyoung Shin ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

소각시설에 반입폐기물 투입 전 소각 불가능한 폐토사 등 불연물을 선별하여 최종처분시설에 재위탁할 수 있는 방안 마련을 통한 소각처분 혼입불연물의 적정관리에 따른 소각 효율 및 시설운영 개선이 필요하다. 사업장폐기물 소각시설의 경우 반입되는 폐기물에 불연성분이 다량 함유되어 소각로 내화물, 재처리 설비 등의 수명을 단축시키며, 불연성 잔재물의 배출증가, 불완전 연소 등 운영상에 문제가 발생되고 있다. 또한 가연성폐기물의 재활용 우선정책으로 소각장 반입폐기물 투입열량의 저감으로 공정운영 및 에너지회수에 부정적 영향을 초래하게 된다. 이에 따라 본 연구에서는 올바로시스템 통계자료를 활용하여 사업장폐기물 소각시설의 불연성 잔재물 배출현황을 조사하고 대상시설 5개소를 선정하여 현장조사 및 시료채취를 진행하였다. 올바로시스템 통계자료에 따라 2015년∼2017년 사업장폐기물 소각시설 56개소의 폐기물 처리량 대비 평균 소각 잔재물 발생비율은 약 40 %로 나타났다. 소각시설 현장조사 및 시료채취는 반입폐기물 저장고의 폐기물을 혼합·채취 후 수선별을 통하여 조성별 구성 비율을 파악하였으며 폐기물 조성별 특성 분석을 수행하였다. 조성분석 결과 가연성폐기물이 76 %, 그중 폐목재류가 13 %로 가장 높은 비율을 차지하는 것으로 나타났고 반입폐기물의 조성별 발열량 분석결과 약 3,500 kcal/kg으로 분석되었다.

소각시설 반입폐기물의 혼입불연물에 관한 연구

양원석(Won-Seok Yang),김규연(Kyu-Yeon Kim),최경구(Gyung-Goo Choi),이수영(Su-Young Lee),이원석(Won-Seok Lee),신선경(Sun-Kyoung Shin) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.-

폐기물의 삼성분분석방법 제정에 관한 연구

김기헌 ( Ki-heon Kim ),양원석 ( Won-seok Yang ),권영현 ( Young-hyun Kwon ),최경구 ( Gyung-goo Choi ),이원석 ( Won-seok Lee ),이은송 ( Eun-song Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

폐기물의 성상을 평가하는 방법으로 다양한 분석법이 이용되지만, 가장 중요한 것으로는 삼성분 분석을 들을수 있다. 삼성분 분석은 수분(moisture), 회분(ash)을 정량하고 아울러 가연분(combustible matter)을 산출하는 것을 말한다. 폐기물 내 수분량이 많게 되면 발열량이 낮아지며, 점화 효율이 나빠지는 경향을 나타낸다. 회분은 폐기물 내 존재하는 불연물질로 토양 및 금속류 등으로 구성된다. 회분이 많이 포함되면 발열량이 낮게 될 뿐만 아니라, 열분해 및 연소 후 배출되는 재의 양이 많아진다. 본 연구에서는 지금까지의 연구를 바탕으로 먼저 용어의 정의를 분명히 하고 삼성분에 대한 원리의 설명과 폐기물특성 분석의 문제점을 지적하는 것이다. 국내에서 발생하는 폐기물을 대상으로 한국 산업 규격(Korea Industrial Standard, KS), 미국 재료 시험 협회(America Society for Testing and Matierial, ASTM), 일본 공업규격(Japanese Indusrial Standard, JIS)의 공업분석 시험법을 기초로 하여 TGA을 이용하여 삼성분 분석의 적정 실험조건을 도출하여 폐기물 삼성분 분석 기준(안)을 제시하고자 하였다.

폐기물의 강열감량분석방법 검토연구

김기헌 ( Ki-heon Kim ),양원석 ( Won-seok Yang ),최경구 ( Gyung-goo Choi ),남궁훤 ( Hueon Namkung ),이원석 ( Won-seok Lee ),이은송 ( Eun-song Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

소각시설의 완전연소여부를 판단하는 지표의 하나로 폐기물을 소각하고 남은 잔재물인 소각재(바닥재)의 강열감량으로 나타난다. 폐기물의 강열감량 및 유기물 함량을 측정하는 방법으로, 시료를 질산암모늄 용액(25 %)을 넣고 가열하여 탄화시킨 다음, (600 ± 25) ℃의 전기로 안에서 3시간 강열하고 데시케이터에서 식힌 후 무게를 달아 증발접시의 무게 차이로부터 강열감량 및 유기물 함량(%)을 구한다. 분석화학에서 시료의 일정량을 1,000∼1,200℃로 가열하여 시료 속의 휘발성 성분과 열분해 될 수 있는 성분이 제거되고 불연분만 남아 질량이 일정한 값이 될 때까지의 감량을 시료에 대한 백분율로 나타낸 양이다. 강열감량은 물·이산화탄소·이산화황·암모늄염·할로젠화알칼리 등의 합계량을 나타낸다. 암석이나 토양분석에서는 조성의 일부로 취급된다. 그러나 철·망간·황화물 등은 산화물로 변함으로써 도리어 증량(增量)한다. 이들 증감이 상쇄된 결과가 강열감량으로서 나타나는 것인데 그 내용은 복잡하다. 본 연구에서는 폐기물을 대상으로 TGA을 이용하여 강열감량 시험방법을 검토하였다.

폐기물의 삼성분분석방법 제정에 관한 연구

양원석 ( Won-seok Yang ),권영현 ( Young-hyun Kwon ),최경구 ( Gyung-goo Choi ),이원석 ( Won-seok Lee ),이은송 ( Eun-song Lee ),김기헌 ( Ki-heon Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회지 Vol.36 No.7

A general waste composition analysis, consisting of a proximate analysis, has been presented. The definition and usage of terms were clarified, and all terms should be combined with their respective units. In this study, a proximate analysis method was applied to bottom ash, rubbers, automobile shredder residue, plastics, sewage sludge, and waste water sludge in considering the characteristics of individual waste. It has been observed that this proximate analysis method, based on the characteristics of individual waste, required drying the waste for more than 6 hr, until the moisture contents reached between 105 to 110℃ and a constant weight. It has been suggested that 2 hr of ignition at a maximum 850℃ for ash is recommended.

국내 고형연료제품 사용시설의 저위발열량 및 에너지 회수효율 산정

유하녕 ( Ha Nyoung Yoo ),강준구 ( Jun Gu Kang ),권영현 ( Young Hyun Kwon ),고영재 ( Young Jae Ko ),이영진 ( Young Jin Lee ),최경구 ( Gyung Goo Choi ),이원석 ( Won Seok Lee ),신선경 ( Sun Kyoung Shin ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

고형연료제품은 폐기물의 선별, 파쇄 등의 전처리를 통해 연료로서의 가치를 유도하고 있으며, 이로 인해 일반폐기물에 비하여 높은 발열량을 가지고 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 「에너지 회수효율 측정·산정방법 및 절차 등에 관한 고시(환경부 고시 2017-205호)」에 따라 고형연료제품 사용시설(2개소)의 저위발열량 및 에너지 회수효율을 산정하였으며, 산정결과로부터 고형연료의 에너지로서의 가치를 정량적으로 평가하였다. 고형연료제품 사용시설의 저위발열량 및 에너지 회수효율 산정을 위해 각 시설의 고형연료 투입량, 보조연료 사용량, 증기 생산량 및 공급량 등 계측 데이터를 약 5개월간 수집하였다. 수집된 기초 데이터를 바탕으로 입·출열 에너지를 규명하여 고형연료제품의 저위발열량을 산정하였으며, 또한, 에너지 회수효율 산정인자(Ew, Ef, Ei, Ep)를 도출하여 에너지 회수효율을 산정하였다. 저위발열량 산정결과 평균 저위발열량은 3,211.5 kcal/kg으로 산정되었으며, 에너지 회수효율은 평균 약 61.8 %로 산정되었다. 반면, 총 에너지 생산량을 기준으로 에너지 회수효율을 산정할 경우 평균 103.7 %였으며, 가용 잠재량은 약 42.0 %로 파악되었다.