전 세계적으로 지속적인 천연자원의 사용으로 인해 고갈 시점이 다가옴에 따라 신재생에너지 및 신에너지 사용이 불가피한 상황에 이르렀다. 이러한 신재생 에너지 중에서 국내의 경우 약 70% 이상을 차지하는 폐기물에 대한 에너지화 기술 및 처리 기술 연구는 지속적으로 진행되고 있다. 본 연구에서는 ‘전기･전자제품의 재활용 및 자동차의 자원순환에 관한 법률’에 의해 관리되어 지고 있는 전기･전자 제품 중 주로 재활용되지 못하고 전량 위탁 소각되고 있는 폐 우레탄과 펠렛화를 통해 고형 연료로 만들어진 RPF 혼소 시 발생하는 배가스 특성에 대해 파악하고자한다. 혼소 대상 물질인 폐 우레탄과 RPF의 경우, 모두 고발열량 시료로써, 소각에 활용 시 높은 열 회수율을 기대 할 수 있다고 판단된다. 실험 조건의 경우, 고정층 반응기에서 실험을 진행하였으며, 혼소 비율은 각각 우레탄 30%, 50%, 100%로 하였다. 특히, 소각에서 가장 중요한 운전요인중 하나인 공기비는 기존 소각 시설에서 1.5에서 2.0사에서 운전되지만, 본 연구에서는 2.0과 3.0에서 진행하였다. 이것은 반응기 가 실험실 규모의 반응기로 산화제와 대상 시료간의 접촉이 원활히 일어나지 않는 이유에서 기존 소각 시설에서 운전되는 공기비 보다 높게 산정하였다. 배가스 조성의 경우에는 산소(O2), 일산화탄소(CO) 그리고 이산화탄소(CO2)를 실시간 가스 분석기를 사용하여 측정을 실시하였다. 마지막으로 가스상 오염물질은 폐 우레탄의 원소 분석 결과, 질소(N) 함유량이 높아 소각 및 열처리 공정에 적용시 질소화합물 배출이 많이 될 것으로 판단하여 질소화합물인 NOx, NH3, HCN에 대하여 분석을 실시하였다. 위 가스상 오염물질은 대기오염공정시험법을 참고하여 습식법으로 진행되었으며, 샘플링 된 흡수액은 IC(Ion Chromatography) 분석을 통해 농도 계산을 할 수 있었다.

Nitrogen oxide (NOx) is one of air pollutants generated from the combustion of fuels, causing serious environmental problems. A novel externally oscillated staged combustion for RPF syngas was proposed in this work. The staged combustion could reduce NOx by the fuel-rich state combustion, while the external oscillation could achieve complete burn-out by stabilizing the flame. It also improved combustibility with an acceleration of the mass and heat momentum transfer. Parametric studies were achieved for the NOx reduction characteristics on the air staging and fuel staging in each case of with or without external oscillation. For the case of without oscillation, NOx reduction rate for the fuel staging had higher value as 75% than air staging as 67%. However, an application of external oscillation for both cases gives higher NOx reduction rate of 79%. The optimal condition for the oscillated fuel staging was that the air ratio in main burning zone, reburning zone and burnout zone were 1.1, 0.6 and 1.15, respectively, having 200 Hz of external oscillation.

Refuse plastic fuel (RPF) as materials for the recycling processes (Materiel Recycling) present difficulties with the mixing, the demolishing, the molding and the drying steps. While using RDF as a fuel by pyrolysis, accompanying tar and soot causes many problems like clogging, the corrosion and the erosion of the chloride channel. Using the intermittent pyrolysis equipment during the decomposition of the RPF gases H2, CH4, CO and among the by-products of Cl2 and HCl, Tar is produced in a large quantity. With understanding the by-products decomposition system of the Cl2, H2, Tar and the gases H2, CH4, CO we can understand the nature of the generation of the products. The experimental conditions were chosen according to the temperature of the decomposition (300 ~ 900oC), While varying RPF 2 g, pyrolysis temperature 700oC during a holding time of 32 min : the H2 gas 1.71%, CH4 2.54%, CO 4.63%, Cl2 12.86 ppm, HCl 30.2 ppm were composed. Also light tar benzene 18.45 g/m3, naphthalene 0.86 g/m3, anthracene 0.09 g/m3, pyrene 0.04 g/m3, gravimetric tar 31.8 g/m3, and char 0.45 g was formed.

In this study, activation energy of lignite, RPF and a sample mixed both of them was obtained through kinetics characteristics analysis in pyrolysis in order to identify the applicability of RPF as an assistant fuel. TGA (Thermogravimetric analysis) was conducted with follow experimental conditions; in a nitrogen atmosphere, gas flow rate of 20 ml/min, heating rate of 5 ~ 50oC/min, and maximum hottest temperature of 800oC. As a result of TGA, it showed that pyrolysis of samples mixed with 20% and 10% of RPF were more stable than other mixed ratio, and 20% of RPF was the most similar with lignite in activation energy.

폐기물을 이용한 재활용제품은 자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률에 폐목제 고형연료(WCF), 폐플라스틱 고형연료(RPF), 폐타이어 고형연료(TDF), 생활폐기물 고형연료(RDF)로 규정되어 있다. 이중에서 폐플라스틱 고형연료(RDF)의 저위발열량은 6,000 kcal/kg 이상으로 명시되어 있다. 폐플라스틱 고형연료(RDF)의 제조과정에서 발생되는 잔류물은 일부가 공정으로 재투입되기도 하지만 경제성과 공정의 효율적인 운영을 이유로 대부분 폐기처분되고 있다. 이렇게 폐기처분되는 폐플라스틱 고형연료(RDF) 잔류물이 보유하고 있는 물리 화학적 에너지는 생활폐기물과 비교해도 손색이 없을 정도이다. 본 연구에서는 두 종류의 폐플라스틱 고형연료(RDF) 잔류물을 이용하여 운전 조건별로 생산되는 합성가스의 특성을 비교하였다. 실험에 사용된 폐기물 시료의 습윤 저위발열량은 각각 5,228 kcal/kg, 4,454 kcal/kg으로 분석되었다. 운전 조건으로는 폐기물 투입속도, 등가비(Φ), 반응영역의 온도이며 조건별로 Test #1부터 #3까지 구분하였다. 실험 결과 합성가스 조성(CO+H2)은 56.3% ~ 63.1%, 합성가스 유량은 124.2 Nm³/h ~ 138.8 Nm³/h, 냉가스효율은 57.4% ~ 63.9%로 나타났다. 등가비가 증가할수록 합성가스의 조성이 증가하였으며 반응영역의 온도가 감소하는 것으로 분석되었다.

본 연구는 3개소의 소형 고형연료 사용시설의 대기 배출특성을 분석하였다. 고형연료 사용시설은 RPF 사용 시설과 RDF 사용시설로 구분하였으며, 고형연료 품질특성, 입자상물질 배출특성, 가스상물질 배출특성, 다이옥신 배출특성 및 대기오염물질 배출 상관성분석, 배출원단위 특성을 바탕으로 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 고형연료제품의 RPF제품의 30개 시료의 발열량은 6,004kcal/kg ~ 10,153kcal/kg의 큰 편차를 보이며, 평균 7,846kcal/kg으로 조사되었다. RDF제품의 경우 11개 시료에서 3,065kcal/kg ~ 5,694kcal/kg으로 평균 4,526kcal/kg으로 조사되어, 연소조건의 안정을 위해서는 제품생산의 균질화가 필요한 것을 확인할 수 있으며, 대상시설 반입연료의 품질기준은 만족하나 3개시설 반입고형연료제품 발열량 변화폭이 큰 것으로 확인 되어 고형연료(SRF)를 통합할 경우 연소조건 및 대기오염물질 배출 변동 폭은 더 클 것으로 예상된다. 2. 주요 대기오염물질 배출특성을 살펴본 결과, 입자상물질의 경우 발생되는 양이 방지시설 전단 RPF의 A시설 423.61mg/Sm³, B시설 1223.18mg/Sm³, RDF의 C시설 973.4mg/Sm³ 이며, 보일러 출구 온도의 경우 온도가 높을수록 영향을 크게 받는 것을 확인할 수 있었으며, 온도제어가 오염물질 발생량을 줄일수 있는 방안으로 사료되었다. 가스상 물질의 경우 염화수소와 황산화물 농도가 다른 가스상 물질보다 높은 배출경향을 보이며, 특히 RPF사용시설이 RDF사용시설보다 높은 배출농도 특성을 보이는 것으로 확인되었다. 이는 발열량에 기인한 발생가스량과 밀접한 관계를 시사하며, 완전연소가 되도록 온도, 체류시간, 난류, 산소농도(T.T.T.O)가 조절되어야 하나 소형고형연료사용시설의 운전원이 전문적인 관리자가 아니기 때문에 일시에 다량투입 하는 등 불완전연소를 초래하여 일산화탄소 농도가 주기적으로 높게 배출되는 경향을 나타내고 있다. 3. 배출원단위 특성 검토 결과, 먼지를 제외한 황산화물, 질소산화물, 염화수소의 배출원단위가 국내 종규모 산정 적용 배출원단위 보다 높은 값을 보여 유지관리기준 마련에 세밀한 검토가 필요할 것으로 보인다. 주요 대기오염물질 배출 상관성특성 분석 결과, 대기오염물질 사이의 낮은 상관성을 보이는 것으로 나타났다.

Preflex (PF) composite girder is one that the prestressed force are readily applied to the steel beam and concrete is then cast to the steel beam, so that the elastic force of steel girder introduces prestressing effect to the steel-concrete composite girder. The major advantage of PF composite girders is to reduce the height of section. This study proposes a new Represtressed Preflex Composite Girder(RPF) composite girder that minimizes the amount of steel beam utilizing a temporary steel beam. The proposed RPF girder introduces the preflex effect to the full composite action between main steel beam and temporary beam. As a part of this study, finite element model has been developed and parametric studies are conducted to further investigate the characteristics of the proposed girder.

In this study, a gasification process has been investigated systematically by numerical method, in order to obtain design and operational concept for the gasification of RPF. A commercial scale of the facility of up-draft fixed bed gasifier was considered with the ignition by plasma torch. Turbulent reacting flow was calculated with the incorporation of the appropriate flow model for the turbulence in free space and inertial resistance for the porous region of waste loading. Further a detailed thermochemical model was employed for estimating the syngas composition by gasification. This study, focused on the S/C (steam/carbon mole ratio) and ER (Equivalence ratio) to show effective gasification process. Results show that better solution of the combined combustion and gasification process strongly and in a delicate manner depends on both equivalence ratio (ER) and steam and carbon mole ratio (S/C). This optimization of the gasifier is evaluated for the following ER (0.25, 0.35, 0.45), S/C (0.0, 2.2, 3). In this study, the gasification efficiency is the best at ER 0.35 and S/C 2.2.