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.

This study has focused on identifying the cause of agglomeration that occurred in a domestic commercial-scale circulating fluidized bed boiler. Solid refuse fuel (SRF) was fed into the target facility to produce electricity. Agglomeration occurred in the combustor and cyclone during commercial operation. The bed material, clinkers produced in the combustor and cyclone, and boiler ash were collected, and components that are known to cause agglomeration were analyzed. Additionally, the possibility of slagging and fouling formation was predicted using components obtained by XRF analysis. The melting temperature of the bed material was decreased by complex reactions of low-boiling-point metal, alkaline metal and sulfur, and chlorine components. Then, agglomeration was generated because the bed material and ash were melted and combined. Basicity (B/A), which can lead to slagging, was estimated to be above 1.0 (reference 0.5 < B/A < 1.0). The boiler ash had a basicity of 1.83. The slag viscosity index (SVI) was estimated to be between 18.83 and 49.78 (reference 65 < SVI < 72). The boiler ash and combustor clinker had 3.30 and 4.40 total alkali (TA) values, respectively (reference 0.3 < TA < 0.4). This condition determined that slagging and fouling formation easily progressed. This result is expected to be utilized as data for preventing agglomeration formation and clinker generation.

전세계적으로 자원고갈 및 기후변화에 대응하기 위하여 신재생에너지 분야에 많은 관심을 기울이고 있으며, 특히 폐기물을 에너지화하기 위한 연료화(MBT) 사업이 주목을 받고 있다. 국내에서는 부산광역시(900톤/일), 수도권매립지(200톤/일) 등 약 20여 곳의 생활폐기물 고형연료(SRF, Solid Refuse Fuels) 제조시설이 가동 및 공사 중에 있다. 국내의 폐기물 연료화 시설은 최종 제품인 고형연료(SRF)의 함수율을 25%이하로 달성하기 위해서 건조설비를 설치 운영하고 있다. 건조설비의 형태는 드럼형, 유동상형 등 다양하며, 사용되는 에너지원에 따라 열풍건조, 스팀, 태양열, 초음파, 마이크로웨이브, 적외선 건조기 등 다양한 방법이 있다. 하지만, 현재 국내의 폐기물 연료화 시설에 설치된 대부분의 건조설비는 화석연료를 직접 연소시켜 건조열원으로 사용하는 열풍건조 방식을 채택하고 있어, 이를 운영하기 위해서 많은 에너지가 투입되어야 하기 때문에 전체 폐기물 연료화 공정의 경제성을 악화시키고 있는 실정이다. 본 연구에서는 폐기물 연료화 공정에서 발생되는 함수율 25%이상의 건조 대상 시료(중간물)의 특성 분석과 화석연료를 사용하지 않는 습도차 건조 공법을 이용한 건조 전･후의 고형연료(SRF) 특성을 비교 평가하고, 조건별 원단위 소요 풍량 등 설계인자를 확보하여 상용화 설비를 설계하기 위한 자료를 확보하고자 한다.