화석에너지 부존자원이 부족하여 대부분의 연료를 외국에서 수입하는 우리나라는 안정적인 대체 에너지원확보를 위하여 신재생에너지 개발에 박차를 가하여 왔다. 그러나 신재생에너지 중 약 65%가 폐기물에너지로 높은 비중을 차지하고 있고 증가율이 높다. 폐기물 고형연료(SRF)는 재생에너지로 구분되어 생산량과 사용량이 증가하고 있지만 일부 사업장 폐기물을 주로 연소하는 사업장에서 공해물질 대량 배출과 악취 등의 문제로 인해 운전이 중지되거나 갈등이 발생하고 있다. 따라서 고발열량의 사업장 폐기물 기반의 고형연료 연소장치에 대한 저공해 연소기술 개발이 절실하다. 본 연구는 전산유체역학(CFD)을 이용하여 SRF을 연료로 사용하여 중온․중압 스팀으로 발전하는 화격자형 보일러의 2차 공기 주입각도와 공기비 변화에 따른 연소실내 유동흐름, 온도분포, 화염형성의 가시화를 통해 연소로 내 유동현상을 예측하고 최적의 연소조건을 유지할 수 있는 보일러를 설계 및 제작하는데 기초자료로 반영하고 그 유용성을 확인하고자 한다.

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.

가열한 기름 속에서 비등에 의해 수분이 기화하는 유중증발 건조기술은 에너지 소비량이 약 680 kcal/kg-물로 다른 직･간접 접촉에 의한 건조기술과 비교하여 낮고 건조시간도 10분 정도이다. 그러나 건조물질의 높은 발열량이 건조한 물질에 기름 함유율이 25 % 정도인 것이 단점으로 지적되어 보급에 어려움을 겪고 있다. 한편 중금속이 포함된 산업폐수 슬러지는 건조 후 고형연료로 사용시 중금속 배출로 인한 공해문제를 유발하므로 현재는 친환경적인 처리가 어려운 실정이다. 현재까지 알려진 가장 친환경적인 중금속 함유 폐수슬러지 처리는 용융기술이나 다량의 에너지를 소비해야 한다. 따라서 유중건조 기술과 용융기술을 융합하면 각 기술의 단점이 상호 보완되어 시너지 효과를 극대화 할 수 있다. 하수슬러지, 축분 등은 협기성 소화와 더불어 건조 후 고형연료로 활용할 수 있는 다양한 처리방안이 마련되었으나, 산업폐수슬러지는 발생량이 하수슬러지 보다 많고, 특히 일부 폐수슬러지에는 다량의 중금속이 포함되어 있으나, 육상처리 기술은 하수슬러지와 유사하게 함수율을 줄인 후 매립이 허용되어 장기적으로 토양 및 지하수 오염이 우려된다. 본 연구는 용융로에서 유중증발 건조기술로 건조한 중금속을 함유한 고발열량의 폐수슬러지를 일부 보조연료를 활용하여 1,500 ℃ 정도 고온 열분해 용융로에서 용융 슬래그로 배출하여 유리화함으로써 중금속 성분 용출을 방지하고 폐열은 후단의 보일러에서 회수하여 폐수슬러지 건조용 열원으로 이용할 수 있는 기술이다. 실험결과 용융슬래그의 중금속 용출은 골재기준에 모두 만족하였고 폐열 회수도 효과적으로 할 수 있었다.

본 연구에서는 연료, 공기, 냉매, 수증기가 3중관으로 동시에 공급되는 버너를 개발하였다. 냉매 및 수증기가 화염을 방해하지 않으면서 고온 영역에서의 체류시간을 최대한 길게 유지할 수 있는 위치에서 공급하면, 폐 HFCs와 같이 안정된 물질을 고온에서 빠르게 파괴하여 보조연료 소비를 최소화 할 수 있다. 또한 폐HFCs 파괴에 필요한 수증기를 정량 공급하기 위하여 수증기 공급장치를 설치하여 수증기를 버너 팁과 소각로 몸체에 직접 공급하였다. 본 연구에서는 폐HFCs 전용 소각을 위한 소각로에서 폐HFCs 및 수증기 공급위치와 방법을 변경하면서 파괴실험을 수행하였다. 다양한 변수로 실험하여 소각장치 내부 온도측정 및 배기가스 농도측정, 폐HFCs 분해실험을 수행하였다.