간행물
한국폐기물자원순환학회 학술대회자료집
- 발행기관 한국폐기물자원순환학회
- 자료유형 학술대회
- 간기 부정기
- 수록기간 1984 ~ 2018
- 주제분류 공학 > 환경공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 539DDC 628
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2017년 추계학술발표회 논문집 (2017년 11월) 117건
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2017.11
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고도의 산업발달과 그에 따른 경제규모의 팽창은 방대한 양에 달하는 각종 유해물질의 발생을 가져왔으며 결국 이에 대한 처리능력의 한계와 함께 심각한 환경오염문제를 야기하고 있다. 특히, 악취 및 VOC 등은 규제가 강화됨에 따라 좀 더 엄격한 관리가 요구되고 있다. 이중에서 폐기물 매립장, 석유화학공업, 바이오가스정제 시설, 암모니아공업, 하수처리장 등 광범위하고 다양한 곳에서 발생하고 있는 황화수소(H2S)는 달걀 썩는 냄새가 나는 무색의 유독한 악취가스로 인체의 위장이나 폐에 흡수되어 질식, 폐 질환, 중추신경마비 등을 일으키는 위해성이 큰 기체로 분류되고 있어 이의 효율적인 처리방안 모색이 당면한 과제로 부각되고 있다. 한편, 우리나라의 정수처리장에서 발생하는 정수슬러지는 정수장의 증설 및 상수도 보급율의 증가, 고도정수처리시설의 도입 등으로 계속 증가되고 있다. 이들의 처리는 대부분 매립과 해양투기에 의존해 왔으나 기존 매립장의 포화에 따른 새로운 부지확보의 어려움, 침출수배출에 따른 민원발생등의 문제를 안고 있으며, 런던협약에 따라 2007년부터 해양투기가 금지됨에 따라 새로운 정수슬러지처리의 필요성이 고조되면서 친환경적이고 경제성있는 정수슬러지 재활용기술개발이 시급히 요청되고 있다. 본 연구에서는 정수슬러지를 소재로 수열반응 및 약품을 첨가하여 슬러지흡착제를 제조하고, 이에 대한 물성개선과 악취제거 성능을 평가하였다. 물성개선은 화학적인 성분분석과 BET, SEM분석을 토대로 하였으며, 악취제거특성은 시료(황화수소)를 대상으로한 batch식 흡착평형실험을 통해 이뤄졌다. 실험결과, 정수슬러지는 활성처리과정을 통해 기공의 확대와 함께 비표면적이 증가되는 것을 알 수 있었다. 또한, 정수슬러지를 활성처리할 경우 악취(황화수소)에 대한 흡착능이 30∼50% 범위에서 향상되는 것으로 나타났으며, 전체적으로 활성탄대비 비교적 양호한 평형흡착능을 갖는 것으로 밝혀졌다.
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2017.11
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‘전국폐기물 통계조사’는 폐기물 관리법 제 11조에 의거 매 5년 단위로 수행되고 있으며, 폐기물의 종류별 발생 및 처리현황과 폐기물 발생원에 따른 발생 원단위 등의 조사가 이루어진다. 본 통계조사는 폐기물처리시설의 설치 등 폐기물관련 계획수립에 필요한 자료와 관리정책수립에 필요한 기초자료 확보를 목적으로 한다. 통계조사는 크게 생활폐기물과 사업장폐기물로 구분되며, 사업장 폐기물은 배출시설계 폐기물, 지정폐기물, 의료폐기물, 건설폐기물로 나누어져 있다. 본 연구에서는 사업장폐기물에 대한 분석연구를 실시하였다. 통계조사는 현재 4차 조사까지 완료되었고, 5차 조사가 진행 중에 있으며, 1차, 2차, 4차(3차는 발생원단위를 산정하지 않아 제외)조사를 비교 분석하여 개선사항을 도출하였고 5차 조사에 반영하였다. 조사방법을 보면, 1차와 2차는 우편을 통한 표본조사 방식이고, 4차와 5차는 ‘한국환경공단’에서 운영하는 “올바로시스템”을 통해 실적보고 자료를 전수조사하고 경제데이터는 별도의 팝업창을 통해 임의수집 하는 방식이다. 경제데이터가 의무가 아닌 임의적으로 확보가 되었기 때문에 확보된 사업체 데이터를 표본으로 하여 모수를 추정하는 추가적인 통계적 작업이 필요하다고 판단하였고, 무응답 조정 가중치 등 통계적 객관성을 높이는 작업을 하도록 제시하였다. 또한 변동계수(CV)와 관측치를 산출표에 별도로 표기하여 사용자들이 데이터의 신뢰도를 판단, 선택적으로 사용할 수 있도록 하였다. 산업단지 관련, 환경영향평가서를 작성하는 실제 이용자들로부터 4차 조사의 배출시설계폐기물 발생원단위가 과대평가되었다는 의견이 있었다. 따라서 배출시설계 폐기물의 경우 산업단지와 일반 사업체를 구분하여 원단위를 산정하여야 하고 규모별 원단위를 구해 환경영향평가 등에 활용됨에 있어 오류를 최소화시킬 필요가 있다고 판단된다. 건설폐기물의 경우 다년도 공사와 단 년도 공사를 구분하고, 현재 건설폐기물 원단위 이용 시 가장 보편적으로 사용되는 건설표준품셈의 폐기물 분류기준을 적용한다면 보다 좀 더 활용도 높은 원단위 산정이 가능해질 것으로 보인다. 현재 실적보고를 통해 배출량은 의무적으로 전체 사업체가 제출하고 있지만 종사자 수, 면적 등의 경제데이터는 의무사항이 아니기 때문에 원단위 값의 객관성을 높이기 위한 데이터 추가확보가 필요하다. 무엇보다도 실적보고 제출 시 종사자 수, 면적 등을 의무적으로 기입하도록 법이 개선되는 것이 가장 바람직하다고 사료된다.
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2017.11
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현재 우리나라 환경부에서 발간하는 ‘전국 폐기물 발생 및 처리현황’에 의하면 소각재의 구분은 ‘소각재’, ‘연소재’로 구분되어 있으며 ‘사업장배출시설계폐기물’ 항목으로 집계되고 있다. 소각재 및 연소재의 발생 현황을 살펴보면 연소재의 경우 최근 5년간의 발생량은 큰 변화 없이 약 8,000천톤 내외로 일정한 양을 보였지만, 소각재는 매년 증가경향을 보였으며 2010년 약 1,667천톤에서 2014년 약 3,054천톤으로 두 배정도가 증가하였다. 또한, 2014년 기준 소각재의 발생비율은 소각재 및 연소재의 총 발생량(11,410.3천톤) 중 26.8%를 차지하고 있다. 발생하고 있는 소각재의 재활용은 폐기물종류 및 업종에 따라 다르지만, 일반적으로 비산재는 중금속의 유해특성이 높아 재활용이 극히 제한적이고, 바닥재는 상대적으로 유해성이 낮아 재활용 가능성이 높아 다양한 용도로 재활용이 가능하다. 본 연구는 최근 자원순환법 제정, 폐기물관리법 개정 등 환경부의 재활용활성화 정책을 적극 추진하고 있고, 바닥재가 경량골재, 재활용 벽돌, 아스팔트 채움제 등으로 다양하게 재활용되고 있는 상황을 고려하여 중금속 용출기준을 중심으로 바닥재에 대한 재활용의 용도 및 방법을 다양화시키기 위한 목적이 있다. 따라서 본 연구에서는 중금속 용출기준으로 제지소각 바닥재를 고경량골재, 재활용 벽돌, 아스팔트 채움제로서 재활용시 유해성의 여부를 검토하였다.
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2017.11
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화석연료의 고갈 및 환경오염 문제가 대두됨에 따라 전 세계적으로 지속가능한 에너지자원의 확보에 대한 필요성과 관심이 높아지고 있다. 바이오매스 및 폐기물을 에너지원으로 하여 에너지를 생산하는 바이오 에너지분야는 최근 각광받는 신･재생 에너지 분야 중 하나이다. 바이오매스로부터 전환된 바이오 에너지를 사용할 때 발생되는 이산화탄소가 바이오매스의 성장에 다시 쓰이게 되므로 탄소 중립적이며 바이오매스의 경작, 재배를 통하여 지속적으로 생산 할 수 있다는 장점을 가진다. 바이오매스는 증기 또는 산소를 산화제로 가스화하여 공기에 비해 높은 발열량을 가지는 합성가스(syn-gas) 생산이 가능하고 적절한 정제 및 조성제어 공정을 거쳐 합성천연가스, FT 디젤, 메탄올, 수소 등의 고부가 합성 연료 생산에 활용할 수 있다. 그러나 바이오매스의 에너지 밀도가 낮기 때문에 가스화 플랜트와 바이오매스 생산지역이 원거리일 경우 높은 운송비용으로 경제성이 떨어지는 단점을 지닌다. 이러한 단점 극복을 위하여 바이오매스 생산지에 급속열분해 플랜트를 건설하여 에너지밀도가 높은 바이오오일을 생산하고 가스화 플랜트로 이송하여 가스화하는 방법이 대안으로 제시되고 있다. 또한 바이오오일 가스화가 바이오매스 직접 가스화에 비하여 TCI(total capital investment)가 낮아 경제적으로 유리하며 합성가스 내 타르 농도가 낮고 수소 및 일산화탄소의 수율이 높아 고품질 합성가스의 생산이 가능하다. 따라서 본 연구에서는 국산재 유래 바이오오일 가스화를 위한 기초실험으로 바이오오일의 가스화 kinetics에 관한 연구를 진행하였다. 바이오오일 시료의 무게감량을 승온 속도에 따라 측정하여 kinetics 인자들(평균반응속도, 활성화에너지)을 도출하였으며, 이를 이용하여 반응차수를 계산하였다.
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2017.11
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지속 가능한 신재생 에너지에 대한 수요는 전 세계적으로 증가하는 반면 공급은 제한적인 상황이다. 본 논문에서는 대전광역시 내에서 발생하는 가연성 생활폐기물로부터 생산되는 고형연료(SRF)를 전용 소각로에서 소각하여, 생산된 스팀을 터빈 발전기를 이용하여 전기를 생산하고 잉여스팀을 대덕산업단지에 공급하고, 음식물류폐기물 및 음식물 쓰레기 침출수의 혐기성 소화로 인해 발생기는 바이오가스를 대전열병합발전(주)에 공급하는 방안에 대한 경제적 타당성을 분석하였다. 잉여 바이오가스 공급의 경우 음식물류폐기물 및 음식물 침출수 재활용 과정에서 발생하는 바이오가스 26,300m³/day 가운데 23,200m³/day를 대전열병합발전(주)에 공급하도록 하고 잉여스팀 공급의 경우 2023년에 약 204,000ton/yr까지 수요가 꾸준히 증가할 것으로 예상되므로 25.7ton/hr의 증기를 155day/yr 기준으로 공급할 것으로 예상된다. 대덕산업단지의 추가 증기 수요는 연간 101,537ton으로 추정된다. 바이오가스 구매 비용은 생산 단가의 30%로 계획하고 잉여 바이오가스의 예상 공급량은 23,200m³/day로 대전열병합발전(주)의 기존 소비량인 18,627m³/day보다 많으나, 대덕산업단지에 공급되는 잉여스팀의 연간 예상 공급량은 96,000ton/yr로 대덕산업단지의 추가 증기 수요인 101,537ton/yr보다 적다. 이것은 잉여 자원의 순환이 대전의 에너지 수요의 균형을 이룰 수 있는 가능성을 나타낸다. 이를 통해, 잉여스팀 활용 측면에서 대전광역시는 50%의 매출 발생, 대전열병합발전(주)은 40%의 부가적 이윤 창출, 대덕산업단지와 인근 지역사회는 10% 비용 절감 효과를 기대할 수 있으며, 잉여 바이오가스 활용 측면에서 대전광역시는 30%의 매출 발생, 대전열병합발전(주)은 60%의 부가적 이윤 창출, 대덕산업단지와 인근 지역 사회는 10%의 비용 절감 효과를 기대할 수 있다. 또한 화석연료 사용 절감을 통하여 그에 대한 에너지 의존도를 줄이고 온실가스 감축 효과로 인한 국가 환경에너지 정책에 기여하여 환경적인 측면으로 우수한 성과를 얻을 수 있으며, 지역 기업의 경쟁력 강화를 도모하고 에너지 자금 사용에 따른 법인세 감면 및 온실가스 감축 사업을 통한 수익창출을 기대할 수 있다. 본 연구는 지역난방을 지역 사회에 공급하고 스팀을 에너지원으로 대덕산업단지에 공급하기 위한 에너지 네트워크를 구축하기 위해 수행되었다. 잉여스팀 및 바이오가스의 사용과 관련된 초기 투자비용, 운영 및 유지 보수비용이 계산되었고 NPV 및 IRR 분석 결과 경제적으로 실현 가능함이 밝혀졌다.
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2017.11
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A coating system derived from the combination of a sodium and a potassium water glass was developed to apply for steel in oxidizing and humidity environments at elevated temperature. Parameters such as filler volume, viscosity or coating thickness were varied to optimize the coatings. The coated specimens were investigated by TGA, SEM/EDS, and XRD to clarify the microstructure morphology and anti-oxidation behavior. Finally, oxidation tests, adhesion tests, thermal shock resistance tests and humidity resistance tests were performed to evaluate the performance of developed coating.
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2017.11
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생활폐기물 고형연료(Solid refuse fuel, SRF)는 생활폐기물에서 재활용 가능한 자원을 회수하고, 가연물을 이용하여 연료화한 친환경에너지이다. 2014년 기준 국내 발생 생활폐기물의 15.7%가 매립되었으며, 25.3%가 소각처리 되었다. 폐기물 관리에 있어서 발생억제, 재이용, 재활용, 에너지생산, 처분의 순으로 우선순위를 적용하여 관련 정책이 발전되어왔다. 생활폐기물을 연료화하여 발전용으로 사용하면 매립되는 폐기물의 양을 줄이고, 화석연료의 사용을 저감하는 효과가 있다. 이를 장려하기 위하여 폐기물관리법, 자원재활용촉진법, 산림조성관리법 등의 법령을 준수하여 제조 및 유통되는 경우 신재생에너지 연료로써 인정하고 있다. 순환유동층 연소보일러는 저품질의 연료를 효과적으로 활용할 수 있기 때문에 열병합 발전 및 중소 규모의 발전용으로 많이 보급되어 왔다. 하지만 폐기물을 연료로 투입하는 경우 일반적으로 응집현상이 발생하고 공정의 효율이 저하된다. 연료 중 알칼리 성분, 주로 칼륨과 나트륨이 응집작용의 원인으로 작용하며, 이에 원료 중 알칼리계 저비점 금속이 존재하는 경우 보일러 내 응집현상이 발생한다. 이러한 응집현상은 슬래깅과 파울링 현상을 유도하여 보일러의 열전달 효율을 감소시키며, 유동층 내 알칼리금속에 의한 응집이 발생한 후 주기적인 정비를 진행하지 않으면, 최종적으로 비유동화가 발생하고 운전이 중단되는 현상이 발생한다. 본 연구에서는 국내 생활폐기물 연료화 발전시설의 순환유동층 보일러에서 발생한 클링커의 생성원인을 규명하여, 향후 방지대책을 수립하는데 활용하고자 한다.
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2017.11
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보일러 시스템에서의 부식 현상은 다양한 산업 분야에서 중대한 문제 중 하나로 인식되어왔다. 부식에 주된 원인으로는 높은 온도와 염소 가스와 같은 부식을 촉진시키는 특정한 가스인자들을 꼽을 수 있다. 많은 연구자들은 부식 현상을 억제하기 위한 재료 개발과 방법들에 대해 주목해서 연구해왔지만 각각의 내부식방법들을 비교 분석한 연구 사례는 흔치 않다. 이번 연구에서 우리는 보일러 시스템 고유의 온도 및 가스 조건을 구현할 수 있는 장치를 고안하여 각각의 내부식 방법들을 평가해보았다. 대부분의 보일러 시스템에서는 보일러 관의 외부(~800℃)와 내부(~500℃)가 내부의 스팀생성으로 인해 온도가 다르게 구현되는 독특한 특징이 있다. 우리가 새롭게 고안된 장치를 이용하면 내부식 방법들(ceramic coating, silica taping, plasma coating, high velocity oxygen fuel coating and overlay Inconel welding)에 대한 평가뿐만 아니라 부식을 유발시키는 염소 가스에 대한 영향도 구분해서 분석할 수 있다. 본 연구를 통해 보일러 튜브 표면에서 발생하는 고온 부식의 메커니즘에 대한 분석 및 고찰을 비롯해 각각의 내부식 방법들에 대한 보일러 튜브의 수명연장효과(잔여 수명 분석)을 FE-SEM, EDS, 무게감량법들을 통해 비교･평가할 수 있었다.
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2017.11
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국제사회의 움직임 아래서 우리나라가 목표로 설정한 온실가스 감축량을 달성하기 위해서는 주요 온실가스의 발생량 감축뿐만 아니라 적절한 처리 방법에 대한 연구가 수행되어야 할 것이다. 특히 6대 온실가스에 속하는 HFCs는 이산화탄소나 메탄 등에 비하여 발생량은 많지 않으나 GWP(Global Warming Potential)가 높고 대기 중 체류시간이 길며 주로 공조기기, 냉장고, 에어컨디셔너, 냉동설비 등에 사용되고 있다. 또한 이러한 가전제품이나 설비에는 주로 냉매 중 HFC-134a(CH2FCF3)가 사용되는 것으로 알려져 있으므로 이러한 물질의 처리 대한 자세한 연구가 이루어질 필요성이 있을 것이다. 폐냉매 회수 재생 방법이 파괴 방법에 비해 에너지소모와 온실가스 배출이 확연이 적기 때문에 폐냉매를 회수/정제하여 재이용하는 기술을 우선 적용하며, 정제 후 기술적/경제적인 한계 등으로 재활용 하는 것이 불가능한 경우 열적으로 파괴하여 HFCs의 대기 배출을 방지하는 것이 바람직한 방법이다. HFCs계열의 폐 냉매의 파괴기술로는 열분해법, 촉매산화법, 플라즈마분해법 등이 있는 것으로 알려져 있으며, 본 연구에서는 열적 파괴 기술 중 LNG-Burning 기술을 이용하여 폐냉매를 처리하고자 한다. C사에서 개발한 에너지 저소비형 이중구조 선회류 방식 전용 연소기는 원통형으로 연소기 하부에 폐냉매와 보조연료를 공급하는 버너가 설치되어 있고 원통형 연소기의 측벽은 내벽과 외벽의 이중구조로 이루어져 있다. 연소용 공기는 이중 구조 노벽을 통해 접선 방향으로 주입되어 연소실 내벽을 냉각하여 고온의 연소열로부터 연소기를 보호하는 내화물을 대체함과 동시에 연소공기를 예열하는 효과를 가진다. 그리고 연소기 하부에서 폐냉매와 보조연료(LNG)를 강한 선회류를 주면서 주입하여 연소실 중심에 강력한 나선를 형성하고 고온 고속으로 완전연소 시킨다. 이때 이중구조로 공급되어 연소용 공기도 연소실 내벽을 따라 회전 후 화염에 합류하고 폐냉매 연소과정에서 생성되는 산성가스가 연소기에 접촉하는 것을 원천적으로 억제하여 부식을 방지하는 효과를 가진다. 본 연구에서는 HFC를 감축하는 CDM 사업중 LNG를 연료로 사용하는 프로젝트에 적용된 기술과 비교하여 동일한 연소 조건에서 연소하여 C사가 개발한 장치의 효율 상승을 검토해 분석하였다.
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2017.11
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Annex A and Annex B of the Stockholm Convention define POPs as unintentional releases to Annex C, as well as organochlorine pesticides, polychlorinated biphenyls and hexachlorobenzen which are intentionally produced and used. These pesticides are very stable in the atmosphere due to insecticides, fungicides, herbicides, etc., and are likely to accumulate in living organisms due to residues in crops. There are 15 substances listed in POPs. These materials are widely used due to their high chemical stability, low solubility in water, high volatility, strong insecticidal effect and relatively low production costs. Aldrin-containing pesticides are known to have a combustion method for incineration in a chemical incinerator equipped with a reheat-burner device and a gas scrubber, and a solidification isolation method for solidifying and filling with cement mixed with a combustible material in waste treatment. In the case of solid-phase pesticides, HCB was 421.8 ng/g, Endosolfan-2 73.044 ng/g, PeCB 53.972 ng/g and Endosolfan-1 43.649 ng/g. In the case of liquid pesticides, HCB concentration was the highest at 167.489 ng/g similar to that of the solid phase, followed by PeCB at 23.462 ng/g. B-HCH, g-HCH, d-HCH and the like were detected as a small amount of other substances. It is judged that it is not necessary to set separate operating conditions or preventive facility standards since the material is decomposed sufficiently at 850℃ or more. However, considering the possibility of dioxin or unintentional persistent organic pollutants, it is considered appropriate to operate at above 1,100℃.
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2017.11
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Persistent organic pollutants are highly toxic, stay in the environment for a long time, accumulate in the body according to the food chain, and cause damage not only to the area where they occur but also to other areas beyond the border. Parties to the Convention, as well as Korea, are obliged to carry out various efforts to control, reduce or eliminate sources of POPs in accordance with the national implementation plan. In addition, national efforts to limit the production, distribution and use of persistent organic pollutants and the current state of domestic pollution and emissions should be submitted every five years. A flame retardant is a polymeric material with a property that is easy to burn, and it lowers the ignition point by adding a compound having a large flame retarding effect such as halogen, phosphorus, and a nitrogen metal compound. Among them, chlorine-based flame retardants classified as halogen-based are used for suppressing ignition of combustible organic materials including plastics, furniture, textiles, clothing, and electronic products. It is also used as an alternative to brominated flame retardants, causing mutations in carcinogenic substances, hormone destruction, and nervous system damage. In the case of waste containing chlorine-based flame retardants in Korea, the methods and standards for disposal of waste are not specified. The highest SCCP values were 4,253.09 mg/kg for polyurethane foam, 628.29 mg/kg for mobile phone case and 341.91 mg/kg for flame retardant rubber sheet. In the case of car seats no SCCPs were detected, and TCEP was detected at 512. 66 mg/kg, exceeding the EU limit of 5 mg/kg. However, other chlorinated flame retardants TDCP and TDCPP were not detected in all samples.
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2017.11
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Even if the amount of exhaust gas is the same, it is possible to reduce the exhaust gas exit heat at the outlet of the boiler facility by lowering the outlet temperature of the economizer, so that it is possible to increase the heat quantity recovered from the boiler facility. There are many cases where the existing facility adopts 220~250℃ as the design value of the exhaust gas temperature at the exit of the economizer. However, in recent years, there has been a case of cooling and recovering heat to 200℃ or less from the viewpoint of active heat recovery. The amount of combustion exhaust gas is reduced by reducing the amount of combustion air supplied to the incinerator, and the amount of heat exhausted from the boiler facility is reduced, thereby improving the boiler efficiency. The holding energy of the combustion exhaust gas is the product of the exhaust gas amount and the specific heat and the temperature. In order to recover more heat from the combustion exhaust gas, not only the heat loss in the boiler facility is reduced, but also the heat radiated from the boiler facility is reduced. It is effective to reduce the exhaust gas temperature at the outlet of the heat recovery equipment and reduce the amount of exhaust gas in order to reduce the amount of exhaust heat of the exhaust gas. Even if the exhaust gas temperature at the outlet of the economizer is the same, the amount of exhaust gas discharged at the boiler facility outlet is reduced by reducing the amount of exhaust gas, and an increase in the recovered heat quantity at the boiler is expected.
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2017.11
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전 세계적으로 전자･전기 제품의 개발 속도가 빨라짐에 따라 집에서 사용하는 가전제품의 교체 주기가 점차 빨라지고 있는 추세이며, 사용이 완료된 가전제품은 재사용되기도 하지만 대부분이 폐기 처리되고 있는 실정이다. 특히, 가전제품 중 냉장고 등에 포함되어 있는 폴리우레탄(Polyurethane)의 경우 단열성 및 경량화가 가능한 장점들을 가지고 있어 다양한 가전제품에 사용되고 있다. 하지만 폴리우레탄의 경우 고분자 폐기물로써 자연적으로 분해되는데 걸리는 시간이 상당히 소요된다. 따라서 본 연구에서는 낮은 밀도를 가지는 폐 우레탄의 단점을 보완하고자 고형연료화 기술을 적용시켜 펠렛화 하였으며 이를 통해 합성가스를 생산하고자 가스화 공정에 적용하였다. TG 분석 및 기초특성분석을 통해 실험 조건을 설정하였으며 그 중 equivalent ratio (ER)를 변화시킴에 따라 최적 조건을 도출하고자하였다. 특히, 가스화로의 경우 유동층에 비하여 비교적 운전이 용이한 고정층 가스화로를 적용하였다. 가스화 공정 적용 후 배출되는 합성가스에 대해서 Micro-GC를 통한 정성 분석, dry gas meter (DGM)를 통한 가스의 정량 분석 및 가스상 오염물질 중 질소 화합물인 NH3, HCN에 대하여 분석을 진행하였다. 그 결과 가스화 공정 운영에 있어 비교적 안정적인 운영이 가능하였으며 가스화 성능 지표인 냉가스 효율(CGE, cold gas efficiency)과 탄소 전환율 (CCE, carbon conversion efficiency) 결과 각각 약 60%, 50% 값을 보였다. 또한, 가스상 오염물질의 경우 HCN 약 150 ppm, NH3 약 50 ppm으로 이를 제어하기 위한 부가적인 제어시설이 필요하다고 판단된다.
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2017.11
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국내 전력난 해소 및 다양한 에너지공급 및 저장기술 포트폴리오를 구성하기 위해서는 차세대 에너지저장기술 개발이 필요하며, 기존의 화석연료를 사용하지 않고 전기-에너지원을 다양화 할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 또한 다양한 신재생에너지원을 융합한 열 및 전기 생산 기술과 이를 이용하여 수소 생산 후 필요시 전기로 재공급할 수 있는 미래형 에너지저장 기술의 기저 에너지원으로 폐기물 자원을 활용할 신기술이 필요하다. 기존의 생활폐기물과 일부 가연성 산업폐기물을 소각하여 얻은 스팀은 대부분 180~250℃, 7~20bar로 발전효율이 10% 내외로 경제적으로 활용하는데 어려움이 있어 최근에서는 SRF 연소보일러를 개발하여 400℃, 40 bar 스팀을 생산하여 발전효율을 향상하는 연구가 수행되고 있다. 이와 같이 낮은 온도의 스팀은 소각로에서 생산한 후 2차적인 승온장치를 이용하여 초고온인 700℃ 이상의 스팀을 생산하여 양방향 수전해장치에서 수소-전기전환이 가능한 스팀으로 사용하고자 한다. 따라서 본 연구에서는 소각로에서 생산한 낮은 온도, 압력의 스팀을 초고온으로 승온할 수 있는 연소장치를 설계 및 제작하여 실험하고자 한다.
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2017.11
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Energy can be reduced by reducing the exhaust gas temperature at the catalyst inlet and reducing or not using the amount of steam to reheat the exhaust gas. At this time, it is a method to improve the power generation efficiency by using the saved energy for power generation. When the exhaust gas temperature at the inlet of the catalytic reaction tower is operated at about 210℃, it is necessary to increase the temperature of the flue gas downstream of the bag filter at 165℃ to 45℃ to 210℃ required for the catalytic reaction. In the case of low temperature catalyst application, the temperature required for the catalytic reaction tower may be 185℃ and the temperature may be raised only 20℃. Therefore, the amount of steam for heating can be reduced. If the exhaust gas temperature of the bag filter inlet can be increased to 190℃, it can be combined with the low-temperature catalyst to reduce the energy consumed by removing exhaust gas ash. On the other hand, since the high-pressure steam is used as the heat source for reheating the exhaust gas, the reheating temperature is limited. According to such conditions, the exhaust gas temperature at the inlet of the catalytic reaction tower is often designed at about 200 to 220℃.
56.
2017.11
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Depending on the steam pressure and temperature balance, it is possible to increase the power generation efficiency of the steam turbine by increasing the heat loss of the turbine by increasing the temperature and pressure. As the high temperature and high pressure increase, the boiler main steam amount is reduced by about 10%, but the increase rate of the heat drop is larger than the decrease rate of the steam flow rate, leading to improvement of power generation efficiency. Utilizing the US Department of Energy Steam Turbine Calculator, we calculated the electricity produced by steam temperature and pressure changes. In this study, the steam temperature was increased from 50℃ to 500℃ at the steam temperature of 20 kg/cm²×300℃, and increased by 10 kg/cm² at the pressure of 20 kg/cm² at the pressure of 60 kg/cm² to investigate the changes in electricity production. Electricity production increased with increasing temperature and pressure. The electricity production was increased by 40.11% at 40 kg/cm²×400℃ and 75.56% at 60 kg/cm²×500℃ compared to the standard condition of 20 kg/cm²×300℃ for comparison.
57.
2017.11
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국내 폐기물 소각시설의 에너지 회수효율 관련 규정으로는 ｢폐기물관리법 시행규칙｣ 제3조(에너지 회수 기준 등)에 명시되어 있으며, 에너지 회수효율 기준으로는 75 % 이상(생산량 기준) 회수된 열에너지를 스스로 이용하거나 다른 사람에게 공급할 것으로 규정하고 있다. 또한, 2016년 5월 제정된 ｢자원순환기본법｣ 내 제21조에서는 폐기물을 순환이용할 수 있음에도 불구하고 소각･매립방법으로 처분하는 경우 폐기물처분부담금을 부과하도록 명시하였으며, 동법 제24조에 따르면 소각열에너지를 50 % 이상 회수하여 이용하는 경우 폐기물처분부담금을 감면할 수 있도록 규정하고 있다. 그러나 현행 에너지 회수효율 기준은 생산에너지를 기준으로 산정하고 있어 실제 유효하게 이용된 에너지의 평가가 곤란하며, 에너지원으로는 전력에너지가 반영되지 못하여 에너지 회수효율 증진을 위한 유인방안이 부족한 실정이다. 국내의 폐기물 소각시설의 저위발열량 산정방법으로는 원소분석법(Dulong, Steuer 등), 단열 열량계(Bomb Calorimeter)를 이용하여 측정･분석하고 있으나 소량의 시료 채취를 통하여 폐기물의 대표성을 확보하기에는 많은 어려움이 따른다. 또한, 소각로에 투입되는 폐기물의 특성(성상의 다양성, 계절적 영향 등) 및 시설의 특성 등을 반영하지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 지역적 특성 및 소각로･보일러의 형태(stoker, Rotary Kiln, FBC )등을 고려하여 현재 운영 중인 폐기물 소각시설(생활, 사업장) 11개소(17호기)를 대상시설로 선정하여 계측기 측정데이터 및 현장측정(배출가스 조성, 바닥재 배출온도 및 강열감량, 소각로 및 보일러 방열손실)을 통하여 해당 시설의 저위발열량 및 에너지 회수효율을 산정하였다. 이와 같은 산정결과를 바탕으로 향후 에너지 회수효율 향상 제고를 위한 기초자료로 활용하고자 한다.
58.
2017.11
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산업의 발달과 생활수준이 높아짐에 따라 에너지의 사용량이 증가되고 있는데 이중 대부분은 화석연료에 의해 충족되고 있다. 하지만 화석연료의 한계성과 온실가스 발생 등의 환경문제로 인해 새로운 대체 에너지 연구개발에 대한 관심이 크다. 바이오매스는 탄소중립이 가능한 친환경적 재생에너지 이다. 특히, 하수처리장에서 발생량이 지속적으로 증가되고 처리의 어려움을 가지고 있는 하수 슬러지 폐기물은 청정에너지와 자원으로 전환이 가능한 바이오매스이다. 이러한 바이오매스 폐기물의 전환기술 중 현재 관심을 가지고 연구가 진행되고 있는 것은 하수 슬러지를 열분해 또는 가스화 해서 바이오 가스, 바이오 오일, 슬러지 촤(sludge char)의 에너지를 생산하는 방법이다. 최근에는 마이크로 웨이브 가열방식에 의한 바이오매스 열적처리 방식에 대한 연구가 진행되고 있다. 마이크로웨이브 방식은 기존의 외부 열풍가열 방식과 달리 마이크로파가 직접 바이오 셀 내부로 침투해 물질분자와 원자 등을 진동시켜 직접 열을 발생시키는 유전체 가열이 진행된다. 이로 인해 기존의 가열방식에 비해 가열효율(heating efficiency)과 가열 율(heating rate)이 높고 이로 인해 가열시간이 단축되는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 슬러지 폐기물을 바이오매스-CCS 기술(biomass-CCS technology)적용을 위한 새로운 형태의 마이크로웨이브 열적처리 기술을 개발하고자 한다. 이를 위해 마이크로웨이브 유전체가열 특성을 활용하여 탈수 슬러지를 건조-가스화 연속 일체형으로 진행하는 에너지 전환 특성을 파악하였다. 가스화 실험의 경우는 연소 전 포집 기술의 이산화탄소 분리공정에서 포집된 것을 활용하는 측면에서 이산화탄소 가스화에 대한 연구를 수행하였다. 이산화탄소 가스화 시 생성물은 가스, 촤, 타르인데 그 중 가스가 가장 많이 생성되고 잔류 탄화물인 슬러지 촤(sludge char) 그리고 중질 탄화수소인 타르의 순으로 생성되었다. 가연성 생성가스(producer gas)는 주로 수소와 일산화탄소가 생성되었고 일부 메탄과 탄화수소(THCs: C2H4,C2H6,C3H8)포함되었다.
59.
2017.11
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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.
60.
2017.11
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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.
