SRF 잔재물을 이용한 소각여열의 회수에 대한 연구

윤영식,정법묵,박영수,이상엽,서용칠,이병선 한국폐기물자원순환학회 2018 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2018 No.05

생활폐기물을 처리하는 일반적인 기술은 재활용, 소각, 매립이 주로 사용되고 있으나 소각의 경우 환경적 영향과 유해성을 이유로 혐오시설로 인식되어 신규시설의 설치와 내구 년 수가 도래한 설비의 대보수에 있어 주민반대에 의한 어려움을 겪고 있으며 매립의 경우 매립연한의 제한적인 요소와 더불어 2018년 시행된 자원순환기본법으로 인하여 매립양의 감소를 위한 해결방안이 필요한 실정이다. 이러한 문제점의 대안으로 가연성 폐기물을 이용한 고형연료(SRF, Solid Refuse Fuel)제조 기술이 도입되어 전국적으로 확대 시행되고 있으며 가연성 폐기물을 이용한 SRF의 생산은 폐자원의 에너지화와 자원순환적인 측면에서 긍정적인 영향을 미치고 있다. 근래 SRF의 생산을 목표로 하는 기술(MBT, Mechanical Biological Treatment)의 도입은 생물학적 처리(BT)가 제외된 기계적 처리(MT) 시설의 형태로 적용되었다. 이러한 기계적 처리 기술 위주의 적용은 높은 함수율의 폐기물이 SRF 제조시설로 반입될 경우 반입량 대비 30~45%가 잔재물로 배출되는 문제를 발생시킨다. 배출된 잔재물은 대부분 매립장으로 보내지게 되며 SRF 생산 효율의 감소와 운영비의 증가를 초래할 수 있다. 또한 SRF 제조시설에서 발생되는 잔재물의 함수율은 40% 이상으로 매립이나 소각에 의한 방법으로 처리할 경우 환경부하와 잠재적 자원의 손실을 가져올 수 있다. SRF 제조시설에서 배출되는 잔재물은 Bio-drying 및 선별/회수 공정을 거쳐 SRF 품질 기준에 도달하는 연료로 재생될 수 있으며 이렇게 제조된 고형연료에 대한 연소특성 실험에 의한 연구결과를 검토할 필요가 있다고 판단된다. 본 연구에서는 Bio-drying 및 선별/회수 공정을 거쳐 재생된 SRF가 에너지원으로 활용가능한지 검토하기 위하여 S시의 판매용 SRF와 본 연구에서 재생된 SRF의 연소특성 실험을 수행하였으며 연소효율, 보일러의 효율, 회재의 발생량과 강열감량, 대기오염물질의 배출량에 대한 연구결과로 재생된 SRF의 활용 가능성을 판단하였다. 연구결과에서 판매용 SRF와 재생된 SRF의 연소효율은 95% 이상으로 큰 차이를 보이지 않았으며 바닥재의 강열감량도 2~5% 수준으로 분석되었다. 대기오염물질은 배출허용기준 이하로 평가되어 환경적인 영향에도 큰 문제가 없는 것으로 확인되었다.

Estimated CO2 Emissions and Analysis of Solid Recovered Fuel (SRF) as an Alternative Fuel

김상현,Kee-Won Jang,Ji-Hyung Hong,정용원,김형천 한국대기환경학회 2013 Asian Journal of Atmospheric Environment (AJAE) Vol.7 No.1

The purpose of this study was to develop a CO2 emission factor for refuse plastic fuel (RPF) combustion facilities, and calculate the CO2 emissions from these facilities. The CO2 reduction from using these facilities was analyzed by comparing CO2 emission to facilities using fossil fuels. The average CO2 emission factor from RPF combustion facilities was 59.7 Mg CO2/TJ. In addition, fossil fuel and RPF use were compared using net calorific value (NCV). Domestic RPF consumption in 2011 was 240,000 Mg/yr, which was compared to fossil fuels using NCV. B-C oil use, which has the same NCV, was equal to RPF use. In contrast,bituminous and anthracite were estimated at 369,231Mg/yr and 355,556 Mg/yr, respectively. In addition,the reduction in CO2 emissions due to the alternative fuel was analyzed. CO2 emissions were reduced by more than 350 Mg CO2/yr compared to bituminous and anthracite. We confirmed that using RPF, an alternative fuel, can reduce CO2 emissions.

SRF 잔재물을 이용한 소각여열의 회수에 대한 연구

윤영식,정법묵,박영수,이상엽,서용칠,이병선 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

생활폐기물을 처리하는 일반적인 기술은 재활용, 소각, 매립이 주로 사용되고 있으나 소각의 경우 환경적 영 향과 유해성을 이유로 혐오시설로 인식되어 신규시설의 설치와 내구 년 수가 도래한 설비의 대보수에 있어 주민반대에 의한 어려움을 겪고 있으며 매립의 경우 매립연한의 제한적인 요소와 더불어 2018년 시행된 자원순환기본법으로 인하여 매립양의 감소를 위한 해결방안이 필요한 실정이다. 이러한 문제점의 대안으로 가연성 폐기물을 이용한 고형연료(SRF, Solid Refuse Fuel)제조 기술이 도입되어 전국적으로 확대 시행되고 있으며 가연성 폐기물을 이용한 SRF의 생산은 폐자원의 에너지화와 자원순환적인 측면에서 긍정적인 영향을 미치고 있다. 근래 SRF의 생산을 목표로 하는 기술(MBT, Mechanical Biological Treatment)의 도입은 생물학적 처리(BT)가 제외된 기계적 처리(MT) 시설의 형태로 적용되었다. 이러한 기계적 처리 기술 위주의 적용은 높은 함수율의 폐기물이 SRF 제조시설로 반입될 경우 반입량 대비 30~45%가 잔재물로 배출되는 문제를 발생시킨다. 배출된 잔재물은 대부분 매립장으로 보내지게 되며 SRF 생산 효율의 감소와 운영비의 증가를 초래할 수 있다. 또한 SRF 제조시설에서 발생되는 잔재물의 함수율은 40% 이상으로 매립이나 소각에 의한 방법으로 처리할 경우 환경부하와 잠재적 자원의 손실을 가져올 수 있다. SRF 제조시설에서 배출되는 잔재물은 Bio-drying 및 선별/회수 공정을 거쳐 SRF 품질 기준에 도달하는 연료로 재생될 수 있으며 이렇게 제조된 고형연료에 대한 연소특성 실험에 의한 연구결과를 검토할 필요가 있다고 판단된다. 본 연구에서는 Bio-drying 및 선별/회수 공정을 거쳐 재생된 SRF가 에너지원으로 활용가능한지 검토하기 위 하여 S시의 판매용 SRF와 본 연구에서 재생된 SRF의 연소특성 실험을 수행하였으며 연소효율, 보일러의 효율, 회재의 발생량과 강열감량, 대기오염물질의 배출량에 대한 연구결과로 재생된 SRF의 활용 가능성을 판단하였다. 연구결과에서 판매용 SRF와 재생된 SRF의 연소효율은 95% 이상으로 큰 차이를 보이지 않았으며 바닥재의 강열감량도 2~5% 수준으로 분석되었다. 대기오염물질은 배출허용기준 이하로 평가되어 환경적인 영향에도 큰 문제가 없는 것으로 확인되었다.

Estimated CO₂ Emissions and Analysis of Solid Recovered Fuel (SRF) as an Alternative Fuel

Kim, Sang-Kyun,Jang, Kee-Won,Hong, Ji-Hyung,Jung, Yong-Won,Kim, Hyung-Chun Korean Society for Atmospheric Environment 2013 Asian Journal of Atmospheric Environment (AJAE) Vol.7 No.1

The purpose of this study was to develop a $CO_2$ emission factor for refuse plastic fuel (RPF) combustion facilities, and calculate the $CO_2$ emissions from these facilities. The $CO_2$ reduction from using these facilities was analyzed by comparing $CO_2$ emission to facilities using fossil fuels. The average $CO_2$ emission factor from RPF combustion facilities was 59.7 Mg $CO_2$/TJ. In addition, fossil fuel and RPF use were compared using net calorific value (NCV). Domestic RPF consumption in 2011 was 240,000 Mg/yr, which was compared to fossil fuels using NCV. B-C oil use, which has the same NCV, was equal to RPF use. In contrast, bituminous and anthracite were estimated at 369,231 Mg/yr and 355,556 Mg/yr, respectively. In addition, the reduction in $CO_2$ emissions due to the alternative fuel was analyzed. $CO_2$ emissions were reduced by more than 350 Mg $CO_2$/yr compared to bituminous and anthracite. We confirmed that using RPF, an alternative fuel, can reduce $CO_2$ emissions.

플라스틱 고형 연료의 가스화 특성

전영남(Young Nam Chun),임문섭(Mun Sup Lim),조대영(Dae Young Jo) 大韓環境工學會 2015 대한환경공학회지 Vol.37 No.11

폐기물을 고체재생연료(SRF: Solid Refuse Fuel) 에너지로 전환하는 것은 화석에너지의 대체효과는 물론 온실가스 저감에도 기여한다. 그러나 플라스틱이 많이 함유한 SRF의 직접연소의 경우 검뎅(soot), 다이옥신 등의 생성문제가 있으므로 열분해/가스화 처리의 적용이 효과적이다. 본 연구에서는 플라스틱이 다량 함유된 SRF를 열분해 가스화의 특성을 파악하여 새로운 형태의 열분해 가스화 처리장치 개발을 위한 열적 기본자료을 제공하고자 한다. 이를 위해 새로이 벤치규모의 장치 를 설계ㆍ제작하여, 설정된 일정 온도에서 공기비 변화에 대한 가스, 타르, 촤 생성특성에 대해 규명하였다. SRF 샘플 2 g, 가 스화 공기비 0.691, 홀딩시간(Holding time) 32분일 때, 생성가스는 H₂ 1.36%, CH₄ 2.18%, CO 1.88%, Cl₂ 15.9 ppm, HCl 26.4 ppm로 생성되었으며, 중량타르(Gravimetric tar) 18 g/Nm3와 경질타르는 Benzene 4.03 g/m3, Naphthalene 0.39 g/m3, Anthracene 0.11 g/m3, Pyrene 0.06 g/m3 그리고 촤는 0.29 g 생성되었다. Waste energy conversion to SRF (Solid Refuse Fuel) has the effects not alternative fossil fuel usage but also the reduction of greenhouse gas. But the direct burning of the SRF including a plastic waste generates air pollution problem like soot, dioxin, etc. so that an application of pyrolysis and gasification treatment should be needed. The purpose of this study is to supply a basic thermal data of the pyrolysis gasification characteristics in the plastic-rich SRF which are needed for developing the novel pyrolyser or gasifier. To do so, a bench-scale test rig was newly engineered, and then experiments were achieved for the production characteristics of gas, tar, and char. While SRF sample, gasification air ratio, holding time changed as 2 g, 0.691, 32 min respectively, the H₂ 1.36%, CH₄ 2.18%, CO 1.88%, Cl₂ 15.9 ppm, HCl 6.4 ppm were composed. Also light tar benzene 4.03 g/m3, naphthalene 0.39 g/m3, anthracene 0.11 g/m3, pyrene 0.06 g/m3, gravimetric tar 18 g/m3, and char 0.29 g was formed.

Bio-drying 공법을 이용한 음식물류 폐기물 분해 특성 평가 및 고형연료로서의 가치 평가

정철진(Cheol jin Jeong),박세용(Se yong Park),오두영(Doo young Oh),장은석(Eun Suk Jang),송형운(Hyoung woon Song) 유기성자원학회 2017 유기물자원화 Vol.25 No.1

본 연구에서는, 높은 함수율을 가진 음식물류 폐기물을 Bio-dying 공법을 이용하여 처리하였을 때 수분과 유기물의 변화정도를 분석하였으며 음식물류 폐기물 처리 시 온도와 염도가 Bio-dying 공법의 운전특성에 미치는 영향을 평가하였다. 또한, Bio-drying 후 분해산물의 SRF(Solid Refuse Fuel)로서의 가치 평가를 위한 펠렛 제조의 최적조건 도출 및 SRF의 발열량 분석을 통한 고형연료로서의 가치를 평가하였다. 그 결과, 1일 투입량에 따른 온도, CO2 농도, 유기물 제거율과 무게 감소율 값을 분석하였다. 유기물 제거율과 무게 감소율은 투입량 2.4 kg/day에서 각각 86%, 68%로 최대값을 나타내었다. 이를 통해 최적 음식물류 폐기물 투입량은 2.4kg/day라 판단되었다. 펠렛 성형 결과, 원료 함수율이 10~25% 이내에서 펠렛 제조가 가능하고, 외형유지와 강도면에서 가장 좋은 품질결과를 보여준 함수율 25%가 가장 적합하다고 판단되었다. Bio-drying 후 분해산물의 SRF 고위발열량은 3,500 kcal/kg 이상의 값을 나타내었다. In this study, water and organic treatment efficiency and operating characteristics (temperature, salinity effect) were evaluated when food waste with high water content was treated by Bio-dying method. In addition, the optimum conditions for producing pellets for evaluating the decomposition products as SRF(Solid Refuse Fuel) after Bio-drying and evaluating the use value of SRF as a solid fuel were analyzed. As a result, the temperature, CO2 concentration, organic matter removal rate and weight reduction rate according to the daily dose were about 86% and 68% at the input of 2.4 kg/day. The optimal food waste input was estimated to be 2.4 kg/day. As a result of the pellet molding and produce, Pellets can be produced within 10~25% of raw material water content. It was judged that the water content of 25%, which showed the best quality results in terms of external shape maintenance and strength. The high calorific value of SRF of decomposition products after Bio-drying was more than 3,500 kcal/kg.

A Study on the Estimation Model of Syngas Composition in Solid Refuse Fuel Gasification by the Data Mining Techniques

( Yeong-su Park ),( Su-nam Park ),( Jae-hoi Gu ),( Yong-taek Lim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 ISSE 초록집 Vol.2019 No.-

A number of gasification technologies of waste are proposed as an alternative technology to conventional Waste-to-Energy plants. Waste-to-Energy plants based on gasification are high efficiency power plants. The waste gasification process converts waste to a usable synthesis gas, or syngas which contains carbon monoxide, hydrogen and methane. The syngas can be turned into heat, electricity, chemicals, and even transportation fuels. The composition and performance of syngas formed during solid refuse fuel(SRF) gasification depend on the type of SRF, equivalence ratio(ER), operating temperature, operating pressure, the type of oxidants and waste residence time. Recently, many studies have been conducted to predict process variables and performance using data mining techniques in industrial plant system. The present study aimed to develop estimation model of syngas composition. This preliminary study investigated data mining-based methods to assess and predict the concentrations of hydrogen and carbon monoxide in syngas of SRF gasification in a downdraft gasifier with a two-stage air supply. The effect of operating temperature is a key to syngas composition during SRF gasification. Then, the operating temperature was used as variable of the syngas composition estimation model. As a result, the case of hydrogen was shown more reasonable estimation results than carbon monoxide.

상업용 SRF와 SRF 생산공정의 잔재물을 이용한 연소특성의 비교에 관한 이론적 연구

윤영식,김동주,박영수,양원석,이상엽,서용칠,이병선 한국폐기물자원순환학회 2017 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2017 No.05

지속가능발전을 위한 자원순환형 사회 구축은 1992년 리우협약 이후 국제사회가 추구해야할 목표로 제시되었으며, 2015년 9월에 개최된 유엔총회에서 리우협약의 논의를 이어받아 「지속가능개발목표(SDGs)」를 통해 환경과 개발의 조화를 강조하고 있다. 우리나라에서는 이러한 동향에 대응하여 2016년에 제3차 지속가능발전 기본계획을 수립하여 폐기물 발생억제, 재사용 및 재활용, 에너지화, 환경적으로 안전한 처리를 위한 폐기물 관리시스템을 구축과 같은 온실가스배출량의 저감과 자원순환형 사회 구축을 위한 노력을 기울이고 있다. 또한 2015년 파리 기후변화협약을 통해 2030년까지 국가온실가스 배출량의 37%(BAU 대비)를 감축한다는 목표를 수립하였으며, 온실가스 감축 중심의 정책에서 시장과 기술 중심의 새로운 패러다임으로 전환되고 있다. 폐기물을 이용한 SRF(고형연료, Solid Refuse Fuel)의 생산 및 활용기술은 국제적 동향의 흐름에 대응하기 위한 기술로써 지속가능발전에서 명시하고 있는 자원순환형 사회 구축과 신재생에너지공급 목표의 달성이라는 두 가지의 정책적 흐름을 반영할 수 있는 효율성을 갖고 있다. 우리나라에서는 2020년 1차 에너지 기준 5.0%를 신재생에너지로 충당하는 것을 목표로 상용기술의 개발을 추진하고 있으며 2012년 기준 폐기물의 비중은 전체 신재생에너지 중 68.4%, 2020년에는 49.8%를 차지할 것으로 예측하고 있어 폐기물을 이용한 자원화와 에너지화에 대한 기술개발이 매우 중요해 질 것으로 판단된다. 본 연구에서는 이러한 국내·외 정책의 흐름에 편승하여 폐기물을 이용한 SRF의 제조설비에서 생산되는 상업용 SRF와 생산과정에서 발생되는 부산물을 가공한 SRF를 이용한 모델링을 수행하였다. 연구의 주요 내용은 연소온도별 배기가스의 조성과 가스상 오염물질의 발생량에 대한 CEA code를 이용한 정적모사이며 각각의 시료에 대한 정적모사를 통해 향후 전용보일러와 같은 SRF 활용 기술의 기초데이터를 확보하기 위해 수행되었다.

효율적인 열에너지 회수를 위한 비성형 고형 연료의 연소 특성 연구

이상엽 ( Sang-yeop Lee ),서용칠 ( Yong-chil Seo ),이장수 ( Jang-soo Lee ),양원석 ( Won-seok Yang ),박세원 ( Se-won Park ),정연욱 ( Yeon-ouk Jeong ),한건호 ( Gun-ho Han ),한상국 ( Sang-guk Han ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2017 No.-

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.

비성형 고형연료를 이용한 Pilot 급 가스화 시스템의 가스상 오염물질 배출 특성 연구

박세원,이장수,서용칠,양원석,이상엽,정연욱,한건호,송동현 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2017 No.-

최근 들어 화석연료 고갈 및 환경오염 등 다양한 이유로 인해 신재생 에너지 자원에 대한 관심이 증대되고 있으며 관련 연구의 분야도 다양해지고 있다. 국내 신재생 에너지 시장은 점차 증대될 전망이며, 이러한 신재생 에너지는 바이오매스, 폐기물, 태양광, 수력 등 다양한 에너지 자원을 지칭하며 본 연구에서는 폐기물을 이용하여 신재생 에너지 자원 활용을 하고자 한다. 폐기물은 다양한 기술을 통해 활용이 가능하며 국내 폐기물의 경우 종량제 실시 등 법적 제도 덕분에 타 국가에 비하여 재활용률이 높으며 이러한 특성은 폐기물이 신재생 에너지 자원으로 사용되는데 큰 장점으로 나타난다. 최근 들어 주목받고 있는 기술인 Solid Refuse Fuel (SRF) 기술은 파쇄, 선별, 건조 공정을 거쳐 가연분함량을 높여 열처리 시설에 연료로 사용할 수 있게끔 하는 기술로 이전에는 성형 SRF가 이송 및 투입의 이점에 의해 주목 받았으나 최근 들어 경제적 측면을 고려하여 비성형 SRF가 각광받고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 이러한 비성형 SRF를 시료로 하여 8 ton/day 규모의 pilot급 가스화 시스템에 적용하였으며, 가스화 공정 중 발생하는 다양한 가스상 오염 물질에 대한 배출 특성을 파악하고자 하였다. 이 뿐만 아니라 일반적인 가스화 특성 지표로 알려진 냉가스 효율, 탄소 전환율, 합성가스 조성 파악 등에 대하여 결과 값을 정리하였다. 가스상 오염물질은 질소 화합물(HCN, NH₃), 염소 화합물(HCl), 황 화합물(H₂S)을 선정하여 분석을 진행하였으며, 습식 정제 시스템인 스크러버 및 습식 전기 집진기를 통과한 후 배출 허용기준을 만족하는 것으로 나타났다.