소형소각로의 성능향상연구

이용현,임계규,이광원 湖西大學校工業技術硏究所 1995 工業技術硏究所論文集 Vol.14 No.-

폐기물 소각을 위한 공정은 폐기물처리를 위하여 전 세계적으로 널리 사용되고 있는 공정이다. 이러한 소각공정이 오랫동안 개발되고 있지만 폐기물의 예기치 못한 성상변화 때문에 인간생활과 산업활동에서 발생하고 있는 폐기물의 처리에 많은 어려움을 겪고 있다. 본 연구에서는 우선 적은 양의 쓰레기를 효율적으로 처리하기 위한 소각로 개발에 중점을 두고 소각로 설계에 활용될 수 있는 프로그램을 개발하였다. 이 프로그램으로 물질수지와 에너지수지로부터 설계변수로 산정하고, 설계·제작된 소각로의 성능 분석에 활용되게 하였다. 또한 이 프로그램은 소각로의 크기와 폐기물의 조성에 대한 정보를 입력하여야 한다. 본 연구의 프로그램에 의해서 제작된 소각로로부터 얻어진 배출 오염물의 농도분석결과 법적으로 설정된 규정농도 이하의 오염물을 배출하는 결과를 얻었다. 이 프로그램을 좀더 보완·수정 한다면 중형 이상의 복잡한 폐기물 소각로의 설계에 사용될 수 있으리라고 본다. The incineration process is a worldwide technology to solve the wastes disposal problems. Although the incineration process has been developed for long time, our global has been still faced to the waste disposal problems generating from general living activities and industries, because of fluctuation of characteristics of wastes. In this research work, the object was focused on the development of a program to be used in the design of small sized incinerators. This program is based on the material and energy balances to get design parameters and estimates for the performence analysis, which require informations of incinerator capacity and composition of wastes. The pollutants discharge concentrations were well met the discharge levels set-up by law, which were collected from a fabricated incinerator based on the program and anayzed. In the future the program can be used for the higher capacity and more complicated incinerator des-ign after being modified.

함습공기를 이용한 고발열량 도시폐기물 소각로의 효율적 운전을 위한 수치 해석적 연구

신미수(Mi Soo Shin),신나라(Na Ra Shin),장동순(Dong Soon Jang) 大韓環境工學會 2013 대한환경공학회지 Vol.35 No.2

도시폐기물 소각로는 일반적으로 전처리 설비가 필요 없고 대용량에 적합한 스토커타입의 소각로를 많이 사용하고 있다. 그러나 음식물 쓰레기의 직매립 금지 등에 따라 반입폐기물의 가연분이 증가하고 수분함량이 감소되어 폐기물의 발열량이 소각로 설치 초기에 비해 매우 증가하고 있는 실정이다. 이에 소각로 열부하의 증가에 따라 소각량 감소와 가동률 저하 등 소각로 운영에 어려움을 겪고 있다. 본 연구는 D시의 소각로를 대상으로 하여 소각량과 함습공기 양등 중요 변수에 따른 NO 모델을 포함한 난류반응 유동에 대한 일련의 전산해석을 수행하여 기초 자료를 축적하고 그것을 바탕으로 최근 도시 폐기물의 고 발열량화에 따른 문제점 및 해결방안에 대한 연구를 수행하였다. 이에 따라 운전조건 등을 최적화하여 기존의 운전시설의 활용을 극대화 하고자 하였다. 폐기물의 소각량을 저감하지 않고 고발열량화의 문제를 해결할 수 있는 실질적인 방법으로 연소용 공기에 수분의 양을 10%와 20%로 증가시키며 가습공기를 주입하는 방안을 검토하였다. 그 결과 연소공기의 비열 증가와 상변화 등에 의하여 최대 화염온도의 감소가 발생하여 전반적인 소각로 내부의 온도가 낮아지는 것으로 나타났으며 그에 따라 NOx 발생량이 실질적으로 감소되는 것으로 나타났다. 특히 가습공기 20%주입시 기존에 설치되어 있는 SNCR 설비의 환원제 주입구 위치가 대부분 SNCR 반응에 적합한 온도 영역으로 나타나서 현재 고발열량 문제로 전혀 가동하지 못하고 있는 SNCR 설비의 재가동을 고려해 볼 수 있을 것으로 판단된다. Stoker type incinerator is one of the most popular one used as municipal solid waste (MSW) incineration because, in general, it is quite suitable for large capacity and need no preprocessing facility. Nowadays, however, since the combustible portion of incoming MSW increases together with the decrease of the moisture content due to prohibition of directly burying food waste in landfill, the heating value of waste is remarkably increasing in comparison with the early stage of incinerator installation. Consequently, the increased heating value in incinerator operation causes a number of serious problems such as reduction of waste amount to be burned due to the boiler heat capacity together with the significant NO generation in high temperature environment. Therefore, in this study, a series of numerical simulation have been made as parameters of waste amount and the fraction of moisture in air stream in order to investigate optimal operating condition for the resolution of the problems associated with the high heating value of waste mentioned above. In specific, a detailed turbulent reaction flow field calculation with NO model was made for the full scale incinerator of D city. To this end, the injection method of moisturized air as oxidizer was intensively reviewed by the addition of moisture water amount from 10% and 20%. The calculation result, in general, showed that the reduction of maximum flame temperature appears consistently due to the combined effects of the increased specific heat of combustion air and vaporization heat by the addition of water moisture. As a consequence, the generation of NOx concentration was substantially reduced. Further, for the case of 20% moisture amount stream, the afterburner region is quite appropriate in temperature range for the operation of SNCR. This suggests the SNCR facility can be considered for reoperation. which is not in service at all due to the increased heating value of MSW.

소각로 폐열을 이용한 고염폐수 증발결정화 처리공정 개발

김형탁(Hyoungtak Kim),김경호(Kyungho Kim),최경호( Kyeongho Choi),한지혜(Jihye Han),김기훈(Kihoon Kim),오세준(Sejun Oh),윤진한(Jinhan Yun),이정규(Jungkyu Lee),홍원석(Wonseok Hong) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.2

소각로는 허가된 용량만큼의 폐기물을 일정하게 소각하며 그 과정에서 생산량 예측이 가능한 양질의 스팀이 생산된다. 대형 공단 주변 혹은 스팀이 필요한 업체 주변에 위치한 소각로의 경우, 소각스팀을 판매하여 열에너지 활용 및 부가적인 수입을 창출하고 있지만 다수의 소각로는 스팀을 판매하기 어려운 오지에 위치하여 양질의 스팀을 버리고 있는 실정이다. 본 연구는, 오지에 위치하여 양질의 스팀을 폐기하고 있는 소각로에서 발생되는 스팀을 열원으로 이용하는 증발결정화설비를 소각로에 설치하여 자체 발생되는 스크러버 폐수와 같은 고염폐수를 처리함과 동시에 처리단가가 고가인 고염폐수를 위탁처리하여 추가적 인 수익창출이 가능하도록 하는 고염 폐수 증발결정화 처리공정 개발에 그 목적이 있다. 기존의 고염 폐수 증발결정화설비에서 가장 큰 문제가 되는 스케일 발생으로 인한 열전달 효율 저하를 해결하기 위하여 스케일 자동제거 방식 의 Disk Type 증발결정화설비를 적용하였으며 , 폐수 증발 과정에서 발생되는 응축수는 다시 스크러버에 주입하여 공정용수로 재사용이 가능하도록 설계하였 다 Pilot 설비 시운전을 진행하여 연속적인 고염 폐수 증발결정화 처리를 진행하였고. 실제 소각로 설치를 통한 시운전을 준비중이다.

소각로 폐열을 이용한 요소수 주입 공정 개발

김기훈(Kihoon Kim),김경호(Kyungho Kim),김형탁(Hyoungtak Kim),이주성(Jusung Lee),신민철(Mincheol Shin),김창원(Changwon Kim),윤진한(Jinhan Yun),이정규(Jungkyu Lee),홍원석(Wonseok Hong) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.1

선택 적 비촉매 환원법 (Selective Non-Catalytic Reduction)은 소각로의 연소실 내부로 환원제를 주입하여 연소과정에서 발생하는 질소산화물을 제거하는 기술이다. 대부분의 소각시설에서는 환원제로 요소수를 사용하고 있으며, 이류체 노즐을 통하여 분사된 요소수는 연소가스 중 질소산화물을 질소와 수증기로 환원시킨다. 이러한 선택적 비촉매 환원법의 경우에 초기 투자비 및 유지비가 적다는 장점이 있으나 요소수가 액상으로 주입되기 때문에 질소산화물과의 반웅 효율이 낮아 일부 미반응된 요소수가 대기 중으로 배출되는 암모니아 슬립 발생에 대한 문제점이 있다. 또한 계속해서 강화되는 대기오염물질 배출허용기준과 미세먼지 관리 종합대책의 후속 조치로 질소산화물 배출 부과금제가 시행됨에 따라 기존의 소각시설들은 질소산화물의 관리를 강화할 수 있는 현실적인 대책이 필요한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 요소수를 기화시킨 후 소각로 내부로 주입하여 암모니아 슬립 발생은 줄이면서 질소산화물의 저감 효율은 극대화하고자 하였으며, 추가적인 가열설비의 구축 없이 소각로에서 발생되는 폐열을 활용하여 이를 구현하고자 하였다. 요소수의 기화 및 주입을 위하여 소각로 잉여 열원의 현황을 파악하고 운영조건을 사전에 검토하였으며, 온도와 압력에 따른 요소수의 기화 특성을 실험적으로 확인하여 설비 제작을 위한 설계 인자를 도출하였다.

물 가스 개질 고속선회 소각로에 관한 융합연구

한두희 한국융합학회 2020 한국융합학회논문지 Vol.11 No.10

물 개질반응 고속선회 소각로 시험 설비를 제작하였다. 개질 반응실과 연소실은 직접 연결이 되게 하였다. 소각 로와 집진 장치는 일체형으로 만들어 2중 격벽식 공기 냉각 구조로 만들었다. 송풍기를 집진장치 내부에 내장하여 공간 적으로 효율성을 향상시켰다. 집진부의 옆에 부착된 다수의 집진통을 이용하여 분진을 수거하여 백필터가 별도로 필요 없는 축류 유동형 다단식 집진장치를 적용하였다. 배출되는 가스 중 다이옥신을 측정한 결과 기준치 이하의 결과를 얻었 다. 배출가스와 중금속을 측정한 결과 환경기준치 이하의 결과를 얻었다. A water reforming reaction high-speed turning incinerator test facility was prepared. The reforming reaction chamber and the combustion chamber were directly connected. The incinerator and dust collecting device were integrated and made into a double bulkhead type air cooling structure. The blower is built into the dust collector to improve spatial efficiency. An axial flow type multi-stage dust collector was applied by collecting dust by using a plurality of dust collecting bins attached to the side of the dust collecting part. As a result of measuring dioxin among the exhausted gases, results below the standard value were obtained. As a result of measuring exhaust gas and heavy metals, results were obtained below the environmental standard.

MSW소각로의 산소(O2)농도 저감을 위한 2차송풍량 효율 특성

김명호,송현석 한국폐기물자원순환학회 2013 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2013 No.2

K시의 소각장은 2000년 5월 시험가동으로 2기(스토거방식) 처리시설로 400ton/day의 생활쓰레기를 처리하면, 계통도는 쓰레기 반입, 쓰레기크레인, 소각로, 페열보일러, 반건식반응탐, 백필터, 탈질설비, 증기터빈발전기, 연돌소각처리 등으로 처리 하며, 소각과정에서 생성되는 폐열을 회수, 증기를 발생시켜 이 증기를 이용해서 장내 열원 및 소비전력을 보충하는 설비시설을 갖추고 있다. 그러나 그림 1과같이 사용 후 4 ~ 5년 후 부터는 산소농도가 증가하여 최근 3년간 급격히 상승해지고 있는 추세이며 2호기의 산소농도가 1호기 보다 높아지고 있어 배기가스 중 CO, SOx, HCl, NOx의 농도는 증가 하는 것으로 나타나고 있다. 본 연구는 소각로의 적정공기량을 투입하여 산소농도를 낮추어 대기배출 농도를 저감하기 위한 연구이다. 산소농도가 너무 높거나 너무 낮아도 문제가 되며 산소농도가 너무 높을 경우 모든 측정항목에 영향을 줌으로서 세심한 관심이 필요하다. 산소농도만 제어를 잘하면 CO는 물론 다른 항목의 제어 관리도 빨리 대처를 할 수 있다. 운전 중 가장 안정적인 범위는 이론상으로는 7 ~ 9%이나, K시의 소각설비는 10년 이상 운영으로 그동안에 많은 변화가 있어 산소농도는 약 9 ~ 13%로 높게 분석되었다. 1차 연소공기는 연소과정에는 직접적으로 영향을 주지만 연소실 내부의 유동장에는 큰 영향을 주지 않는 것으로 알려져 있고, 반면에 2차 연소공기는 불완전 연소물질의 2차 연소실에서의 연소를 촉진시키는 역할뿐만 아니라 연소실 내부의 유동형태를 크게 변화시키므로 미분입자의 이원방지, 화염높이의 적정유지, 연소가스 농도의 균일화 등 연소실내부의 연소상황을 제어하는 역할을 수행한다는 연구 문헌을 중심으로 본 연구 내용은 2차송풍량을 산소농도에 비례하여 송풍량이 자동으로 조절되어 소각로 내에 과잉송풍량이 들어가지 않고 산소농도에 맞게 송풍량을 주입하는 방법으로 DCS프로그램을 보완하였다. 그 결과 그림 2와 같이 대기배출 가스의 농도가 전년도에 비해 감소하였으며 약품사용량도 감소한 것으로 나타났다.

C-16 : MSW소각로의 산소(O2)농도 저감을 위한 2차송풍량 효율 특성

김명호,송현석 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-

K시의 소각장은 2000년 5월 시험가동으로 2기(스토거방식) 처리시설로 400ton/day의 생활쓰레기를 처리하면, 계통도는 쓰레기 반입, 쓰레기크레인, 소각로, 페열보일러, 반건식반응탐, 백필터, 탈질설비, 증기터빈발전기, 연돌소각처리 등으로 처리 하며, 소각과정에서 생성되는 폐열을 회수, 증기를 발생시켜 이 증기를 이용해서 장내 열원 및 소비전력을 보충하는 설비시설을 갖추고 있다. 그러나 그림 1과같이 사용 후 4 ~ 5년 후 부터는 산소농도가 증가하여 최근 3년간 급격히 상승해지고 있는 추세이며 2호기의 산소농도가 1호기 보다 높아지고 있어 배기가스 중 CO, SOx, HCl, NOx의 농도는 증가 하는 것으로 나타나고 있다. 본 연구는 소각로의 적정공기량을 투입하여 산소농도를 낮추어 대기배출 농도를 저감하기 위한 연구이다. 산소농도가 너무 높거나 너무 낮아도 문제가 되며 산소농도가 너무 높을 경우 모든 측정항목에 영향을 줌으로서 세심한 관심이 필요하다. 산소농도만 제어를 잘하면 CO는 물론 다른 항목의 제어 관리도 빨리 대처를 할 수 있다. 운전 중 가장 안정적인 범위는 이론상으로는 7 ~ 9%이나, K시의 소각설비는 10년 이상 운영으로 그 동안에 많은 변화가 있어 산소농도는 약 9 ~ 13%로 높게 분석되었다. 1차 연소공기는 연소과정에는 직접적으로 영향을 주지만 연소실 내부의 유동장에는 큰 영향을 주지 않는 것으로 알려져 있고, 반면에 2차 연소공기는 불완전 연소물질의 2차 연소실에서의 연소를 촉진시키는 역할뿐만 아니라 연소실 내부의 유동형태를 크게 변화시키므로 미분입자의 이원방지, 화염높이의 적정유지, 연소가스 농도의 균일화 등 연소실내부의 연소상황을 제어하는 역할을 수행한다는 연구 문헌을 중심으로 본 연구 내용은 2차송풍량을 산소농도에 비례하여 송풍량이 자동으로 조절되어 소각로 내에 과잉송풍량이 들어가지 않고 산소농도에 맞게 송풍량을 주입하는 방법으로 DCS 프로그램을 보완하였다. 그 결과 그림 2와 같이 대기배출 가스의 농도가 전년도에 비해 감소하였으며 약품사용량도 감소한 것으로 나타났다.

생활쓰레기 유동상(流動床) 소각로(燒却爐) 불연물(不燃物)의 재활용에 관한 연구(硏究)

최우진,박은규,강승균,Choi, Woo-Zin,Park, Eun-Kyu,Kang, Seung-Kyun 한국자원리싸이클링학회 2008 資源 리싸이클링 Vol.17 No.4

국내의 경우 2006년 유동상 소각로에서 발생한 소각재는 약 13,952톤에 달하고 있으며, 대부분 자력선별 후 매립처리 되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 유동상 소각로에서 발생한 불연물로부터 분리 회수한 무기물 시료와 점토를 일정비율로 배합하여 소결체를 제작하였으며, 물성평가를 통하여 세라믹스(요업)원료로서의 재활용 가능성을 검토하였다. 체가름 및 자력선별 후 회수된 불연물 시료에 대한 중금속 함량 분석결과 Pb 등 일부 중금속의 농도는 여전히 높게 나타났으나 $Cr^{6+}$의 경우는 0.4ppm이하로 낮게 나타났으며, 용출실험결과는 모두 KSLP 기준치 이하로 조사되었다. 최종 회수한 불연물 시료의 XRF 분석결과 금속산화물이 선별공정에서 효율적으로 제거된 것으로 조사되었다. 회수된 불연물 시료를 점토와 일정비율로 배합하여 제조된 소결체의 물성조사 결과 $1,000^{\circ}C$ 및 $1,050^{\circ}C$에서 소성한 제품의 경우 불연물을 첨가하면 융제로서의 역할이 가능하여 소성온도를 약 $50^{\circ}C$정도 낮출 수 있다. 또한, 불연물의 첨가량이 증가할수록 소성수축률 및 흡수율이 낮아져서 소결체의 압축강도가 개선되었다. The total amount of fluidized bed incinerator ash, i.e. incombustion materials generated from the municipal solid waste incineration(MSWI) in Korea was approximately 14,000 tons in 2006. Most of the ash after ferrous metal separation is finally discard to the landfill sites. In the present work, possibility for recycling of the ash is studied to utilize the ash as raw materials for ceramic products. Incombustion materials obtained from the two different incinerators were used to recover the raw materials by applying the magnetic separation and screening process to remove metallic particles. The raw materials show relatively low heavy metals content obtained from the KSLP leaching tests. The ceramic products were prepared by mixing the clay with the various amounts of the raw material. The physical properties, i.e. shrinkage rate, absorbancy and compressive strength of the ceramic products sintered at $1,000^{\circ}C$ and $1,050^{\circ}C$, respectively were improved by increasing the addition amounts of the incinerator ash. Based on the leaching tests the ceramic products also be satisfied with the standard limits on the leachability of heavy metals because most of the metallic materials are effectively removed from the incombustion materials by appling the separation processes.

적외선 열화상 카메라를 이용한 사업장 폐기물 소각시설의 소각로 방열손실 측정 연구

강준구,민지수,윤영삼,이수영,김기헌,신선경 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2015 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2015 No.-

적외선 열화상 카메라는 피사체의 실물을 보여주는 것이 아닌 피사체의 표면으로부터 복사(방사)되는 전자파의 일종인 적외선 파장 형태의 에너지(열)을 검출, 피사체 표면 복사열의 강도를 측정하여 강도의 양에 따라 각각의 다른 색상(false or pseudo color)으로 표현하여 주는 카메라이다. 이는 대상물체 또는 임의의 범위에 존재하는 열의 차이(온도)를 비접촉 방식으로 측정이 가능하다. 현재 방열손실의 온도 측정은 KS법에 의한 지점별 온도측정을 하고 있으나, 이는 접촉하는 지점마다 온도가 달라 평균적인 온도를 구하는 데는 문제점이 있다. 이를 개선하기 위해 공정별 표면온도를 고분해능 검지기를 이용한 적외선열화상카메라로 방열손실률을 측정 분석하고자 한다. 본 연구에서는 적외선 열화상 카메라 Laser Marker(-60℃ ~ 760℃)를 이용하여 Laser의 표면온도를 측정할 수 있는 미국제조회사인 FLIR社의 T650sc 모델을 이용하여 사업장 폐기물 소각시설의 소각로의 벽면의 온도를 측정하였다. 측정된 온도를 이용하여 복사 열 전달률을 구하기 위한 Stefan-Boltzmann법칙과 대류 열 전달율을 구하기 위한 Newton의 냉각 법칙과 소각로의 면적을 이용하여 로벽의 방열되는 손실을 계산해 보고자한다. 국내의 사업장 폐기물 소각시설 78개 호기 중 소각 방법별(일반소각, 고온소각), 소각로 타입별(Stoker, R/K + Stoker, R/K)로 나누어 대상 시설을 선정하여 현장실측을 진행하였다. 계산 시 사용되는 데이터는 1년간 자료를 이용하여 설문조사된 데이터를 바탕으로 계산되었으며 이를 이용하여 방열손실 계산에 적용하여 분석하였다.

적외선 열화상 카메라를 이용한 사업장 폐기물 소각시설의 소각로 방열손실 측정 연구

강준구,민지수,윤영삼,이수영,김기헌,신선경 한국폐기물자원순환학회 2015 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2015 No.11

적외선 열화상 카메라는 피사체의 실물을 보여주는 것이 아닌 피사체의 표면으로부터 복사(방사)되는 전자파의 일종인 적외선 파장 형태의 에너지(열)을 검출, 피사체 표면 복사열의 강도를 측정하여 강도의 양에 따라 각각의 다른 색상(false or pseudo color)으로 표현하여 주는 카메라이다. 이는 대상물체 또는 임의의 범위에 존재하는 열의 차이(온도)를 비접촉 방식으로 측정이 가능하다. 현재 방열손실의 온도 측정은 KS법에 의한 지점별 온도측정을 하고 있으나, 이는 접촉하는 지점마다 온도가 달라 평균적인 온도를 구하는 데는 문제점이 있다. 이를 개선하기 위해 공정별 표면온도를 고분해능 검지기를 이용한 적외선열화상카메라로 방열손실률을 측정 분석하고자 한다. 본 연구에서는 적외선 열화상 카메라 Laser Marker(-60℃ ~ 760℃)를 이용하여 Laser의 표면온도를 측정할 수 있는 미국제조회사인 FLIR社의 T650sc 모델을 이용하여 사업장 폐기물 소각시설의 소각로의 벽면의 온도를 측정하였다. 측정된 온도를 이용하여 복사 열 전달률을 구하기 위한 Stefan-Boltzmann법칙과 대류 열 전달율을 구하기 위한 Newton의 냉각 법칙과 소각로의 면적을 이용하여 로벽의 방열되는 손실을 계산해 보고자한다. 국내의 사업장 폐기물 소각시설 78개 호기 중 소각 방법별(일반소각, 고온소각), 소각로 타입별(Stoker, R/K + Stoker, R/K)로 나누어 대상 시설을 선정하여 현장실측을 진행하였다. 계산 시 사용되는 데이터는 1년간 자료를 이용하여 설문조사된 데이터를 바탕으로 계산되었으며 이를 이용하여 방열손실 계산에 적용하여 분석하였다.