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생활폐기물 열분해·고온용융 소각시설의 저위발열량 산정방법에 관한 연구
고영재 ( Young Jae Ko ),박호연 ( Ho Yeun Park ),강준구 ( Jun Gu Kang ),권영현 ( Young Hyun Kwon ),유하녕 ( Ha Nyoung Yoo ),권준화 ( Jun Hwa Kwon ),이영진 ( Young Jin Lee ),전태완 ( Tae Wan Jeon ),이영기 ( Young Kee Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
소각시설에서의 폐기물 저위발열량은 소각로의 연소성능 및 특성 파악 측면에서 핵심적 요소로 작용하는 인자이다. 기존 저위발열량 측정 방법은 시료 채취를 통하여 발열량계 측정, 원소분석법 등을 적용하도록 규정하였으며, 소량의 시료를 바탕으로 함에 따라 폐기물의 불균질성 등을 충분히 반영하지 못하여 결과의 객관성이 부족한 문제점을 야기하여 왔다. 이에 환경부는 저위발열량 산정 관련 지침의 개정을 통하여 산정방법의 객관화를 추진하였다. 그러나 개정된 지침의 생활폐기물 저위발열량 산정식은 일반·고온 소각시설에 적용되는 산정방법이다. 현재 국내에는 17개소의 열분해(가스화)·고온용융 소각시설이 운영되고 있으며 투입 보조연료, 연소로 운전 온도, 잔재물 배출 특성 등 일반소각방식과 달리 열분해·용융 처리방식의 공정 특성을 반영한 산정식의 필요성이 제기되었다. 이에 본 연구에서는 국내 열분해·고온용융 소각시설에서의 열정산을 통하여 열분해·고온용융 처리방식의 특성이 반영된 저위발열량 산정방법의 산정계수와 최종 산정식을 도출하였다. 또한 도출된 산정식을 바탕으로 대상 시설에서의 투입 폐기물에 대한 저위발열량을 산정·평가하였다. 입·출열 특성 분석결과 출열에너지 중 증기흡수열이 약 77.1%로 가장 많은 비율을 차지하였으며, 배출가스 보유열은 약 15.3%, 그 밖의 기타 출열에너지는 약 7.6% 수준으로 나타났다. 이러한 열정산 결과를 바탕으로 저위발열량 산정식의 상수값과 최종 산정식을 도출하였으며, 미연 및 방열손실 계수( )는 1.098, 부가 입열량 계수()는 1.189, 배출가스 열손실 계수()는 0.002의 상수값을 도출하였다. 아울러 도출된 열분해·고온용융 시설 LHVw 산정식을 적용을 적용한 저위발열량 산정 결과 11개호기 평균 약 2,160.8 kcal/kg 수준으로 나타났다. 산정식 도출결과는 현재 운영 중인 시설에서의 실측데이터를 적용한 결과로, 국내 열분해·용융 시설에 적용가능한 객관적이고 정형화된 저위발열량 산정방법일 것으로 사료된다. 또한 본 연구의 결과는 향후 저위발열량 산정방법 개정 등을 위한 소각시설에서의 주요 모니터링 인자 도출 및 관리방안 마련을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
윤영욱 ( Young Wook Yoon ),박호연 ( Ho-yeun Park ),권영현 ( Young-hyun Kwon ),권준화 ( Jun-hwa Kwon ),강준구 ( Jun-gu Kang ),전태완 ( Tae-wan Jeon ),이영기 ( Young-kee Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
폐기물에너지는 폐기물을 변환시켜 연료 및 에너지를 생산하는 기술이며 고형연료제품이 이에 해당한다. 고 형연료제품은 가연성 생활폐기물, 폐플라스틱, 폐타이어, 폐목재 등의 고체폐기물을 파쇄, 분리, 건조, 성형 등의 공정을 거쳐 제조한다. 고형연료제품 사용은 폐기물 발생을 최소화할 수 있고 폐기물 중 가용 자원의 재활용을 극대화 할 수 있는 장점이 있다. 하지만 고형연료제품은 소각을 통해 열에너지를 회수하므로 그 과정에서 오염물질이 발생하는 단점이 있다. 따라서 오염물질 발생을 줄이기 위해 고형연료제품의 품질기준에 적합한 제품을 사용해야 할 것이다. 고형연료제품의 품질기준 시험은 환경부고시 제 2014-135호 『고형연료제품 품질 시험·분석방법』을 기준으로 수행한다. 따라서 품질기준 적합성 여부를 판단하기 위해서는 고형연료제품 품질시험방법의 정확성이 요구된다. 하지만 현행 고형연료제품 품질시험방법은 국외 고형연료제품 품질시험방법과 폐기물공정시험기준을 참고 하여 번역·제정하였고, 그 과정에서 국내 실정에 맞지 않거나 용어, 문장의 오류가 다수 발견되었다. 그러므로 현행 시험방법을 개선하고 오류를 수정하여 고형연료제품 품질시험방법을 개정해야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 품질시험방법의 개정을 위해 고형연료제품 품질표시 시험기관의 의견을 수렴하였고 개정의견 의 타당성은 전문가 회의, 적용성 시험을 통해 검토하였다. 적용성 시험은 고형연료제품 시료 운반 온도에 따른 성분 변화 분석, 회분시험 시료량의 변화에 따른 회분함량 분석, 마이크로파 전력 및 반응시간에 따른 고형연료제품의 중금속 함량 변화 분석을 수행하였다.
혐기성 소화시설 바이오가스를 이용하는 발전시설의 에너지수지 분석 연구
이동진 ( Dong-jin Lee ),문희성 ( Hee-sung Moon ),배지수 ( Ji-su Bae ),박호연 ( Ho-yeun Park ),전태완 ( Tae-wan Jeon ),이영기 ( Younggi Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
우리나라는 인구의 증가 및 도시의 산업화, 소비에 따른 축산업의 발달로 인해 하수처리 및 음식물류와 가축 분뇨폐기물인 유기성폐자원의 처리규모와 발생량이 매년 증가하는 추세이다. 유기성폐기물의 육상처리와 신재생 에너지원으로서 효과적 활용에 대한 정책 추진과 연구가 진행되어왔다. 매립, 소각을 포함한 육상처리 방법 중, 바이오가스화는 혐기소화 과정에서 신재생 에너지원인 메탄가스를 생산하는 시설로 현 상황에 대응하는 새로운 방안으로 각광받고 있다. 본 연구에서는 다양한 유기성폐자원의 원료유입에서 기원하는 유입에너지와 바이오가스화 설비 운전을 위한 전력 소비에너지를 설정하고, 혐기소화를 통한 바이오메탄의 잔재에너지와 미분해 유기물의 잠재에너지를 유출에너지로 산정하여 에너지수지를 분석하고자 한다. 음식물/음폐수 혐기소화시설 5개소와 가축분뇨 병합처리 혐기소화시설 2개소, 하수 단독 및 병합처리 혐기소화시설 4개소를 대상시설로 선정하고, 삼성분과 유기물분해율(VS기준)등을 분석하여 이론적 메탄생성율을 산출하고, 바이오가스 성상 조사를 위한 측정 지점은 혐기소화조 후단, 탈황 및 제습 전처리 후단으로 선정하였다. 유기성폐자원 바이오가스화 8개의 시설에 대해서 에너지수지를 분석하고자 하였고, 투입에너지원과 최종 배출에너지원을 조사하여 분석하였다. 유기성폐자원 바이오가스화 시설의 에너지수지 분석은 에너지전환 효율과 시설의 효율을 평가할 수 있는 중요한 수단으로 활용 가능하나, 바이오가스 생산량의 과다 측정된 CJ시설과 같은 오류를 줄이기 위해서 유입원료의 성상분석 및 생산된 바이오가스의 유량계측의 표준화가 요구된다. 사사: 이 논문은 환경부의 재원으로 국립환경과학원의 지원을 받아 수행하였습니다(NIER-RP2017-290).
이동진(Dong-Jin Lee ),문희성(Hee-Sung Moon),권준화(Jun-hwa Kwon),박호연(Ho-Yeun Park),전태완(Tae-wan Jeon) 유기성자원학회 2019 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.춘계
바이오가스화는 유기성폐기물을 처리하는 동시에 메탄이 함유된 가스를 생산하는 신재생에너지로서 전세계의 관심을 받고 있다. 또한 바이오가스를 고품질화(upgrading) 정제하여 순수메탄(97%이상)으로 전환시킨 바이오메탄(biomethane)은 수송용연료와천연가스 배관망으로 주입하는 등 점차 활성화되고 있다. 고품질화 기술은 크게 흡수법(Water Scrubbing), 화학흡수법(Chemical Scrubbing), 흡착법 (Pressed Swing Absorption), 막분리법_멤브레인 (Membrane)으로 구분되어지며, 국내에서 운영되는고품질화 설비는 멤브레인(MEM) 4개소, 흡착법(PSA) 2개소, 흡수법(WAS) 1개소이며, CJ시설의 경우 MEM과 PSA를 같이 보유하고 운영중이다. 국내에서 운영 중인 바이오가스 고품질화 시설은 총 7개소이며, 고품질화를 통해 수송용 연료 및 도시가스 등 고부가가치 이용의 초기단계이다. 현재 도시가스 배관망 주입으로 4개소, 수송용연료로 제조하는곳이 3개소로 조사되었다. 바이오메탄 이용활성화를 위한 현장 및 관련법규를 조사한 결과, 고품질화 설비 운영의 미숙한 점과 도시가스 배관망 주입 기준 만족을 위한 열량 및 부취제 등의 노력이요구되는 것을 확인하였다.…
발전용 바이오가스 이용을 위한 전처리 및 발전기 운전조건 설정 연구
문희성 ( Hee-sung Moon ),이동진 ( Dong-jin Lee ),배지수 ( Ji-su Bae ),박호연 ( Ho-yeun Park ),전태완 ( Tae-wan Jeon ),이영기 ( Younggi Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
정부의 중장기 바이오가스화 정책에 따라 폐자원의 자원화 시설 확충이 활발히 추진되고 있다. 따라서 유기성폐자원의 바이오가스화 시설의 단점을 보완하고 바이오가스 생산·이용 최적화 방안을 마련과 혐기성소화조 및 시설 운전 효율 개선 및 안정적인 운영을 도모해야한다. 본 연구에서는 유기성폐자원의 바이오가스 생산 및 이용을 최적화를 위해 바이오가스화 시설의 전처리시설 및 발전기 등의 설계 및 운전 가이드라인을 제시하고자 한다. 하수슬러지와 음식물류폐기물 (또는 음폐수), 가축분뇨를 단독 또는 병합처리하는 바이오가스화 시설에 대한 기초자료 수집 및 운전현황을 파악하기 위하여 현장조사를 실시하였다. 현장조사 대상 시설 중 11개소를 선정하여 기술지침서(안) 마련을 위한 기초분석(삼성분, 휘발성지방산(VFA) 등)과, 바이오가스 분석을 실시하였다. 음식물/음폐수 단독처리 시설 5개소, 가축분뇨 병합처리 시설 2개소, 하수슬러지 단독 및 병합처리 시설 4개소를 대상으로 시설의 특성을 반영한 소화조 유입, 유출 등의 사계절 샘플링을 진행하였다. 바이오가스 이용 가이드라인 수치를 제시하기 위해 메탄가스 발생량과 가스성분 함량과 수분함량을 조사하였다. 바이오가스 이용 최적화를 위해 탈황 및 제습 전처리시설 가이드라인으로 H2S 농도는 철염으로 처리가능 한 150 ppm으로 설정하고, 제습은 발전기 운전 적정수분 값이며 EU회원국에서 바이오가스 활용 시 적용하는 상대습도 60 %로 설정하였다. 바이오가스 적정 이용량으로는 전체 가스 발생량의 90 % 이상을 이용해야하며, 발전기 시설의 용량은 여유율을 10∼30 %로 설정해야 한다. 발전기에 유입가스의 압력을 균등화하기 위해서는 가스 균등조(buffer tank)를 설치하며, 발전실 평균온도는 45 ℃이하로 유지한다. 소화조에서 일정한 메탄농도로 가스가 생성되지 않아 효율이 저하되므로 메탄농도에 변화에 따른 공기연료비 제어시스템을 설치가 요구된다. 사사: 이 논문은 환경부의 재원으로 국립환경과학원의 지원을 받아 수행하였습니다(NIER-RP2017-290).
음폐수 처리를 위한 사업장폐기물 소각시설에서의 질소산화물 저감 특성 분석
권영현 ( Young-hyun Kwon ),이영진 ( Young-jin Lee ),박호연 ( Ho-yeun Park ),강준구 ( Jun-gu Kang ),이원석 ( Won-seok Lee ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2020 No.-
음폐수는 일반적으로 음식물류 폐기물의 폐수(음폐수), 음식물 침출수 및 탈리액 등으로 불리며, 음식물류 폐기물의 재활용 과정에서 염분제거를 위한 세척수와 음식물류 폐기물에 함유되어 있는 수분 등에 의해 발생되고 있다. 음폐수를 효율적으로 처리하기 위해서는 기본적으로 자원화시설 내 폐수처리 시설을 갖추고 적정부하 이하로 처리하여 하수종말 처리장 등으로 연계 처리하는 것이 바람직하다. 그러나 국내 소득수준 향상, 외식 및 음식 소비 문화의 변화에 따라 음폐수의 발생량은 지속적으로 증가하고 있으며, 이를 처리하기 위한높은 오염도에 따른 수질오염, 공공 처리시설의 용량한계 등 다양한 문제점이 대두되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 사업장폐기물 소각시설(3개소)에서 질소산화물 제거를 위하여 사용되는 약품(요소수, 암모니아수)을 음폐수로 대체함으로써 투입량 변화에 따른 질소산화물 제거효율 및 재활용 가능성을 평가하였다. 음폐수 투입에 따른 질소산화물 저감 특성 분석결과, 대상시설 모두 음폐수 투입량(0.25 ton/hr ~ 2.0 ton/hr)을 증가시킴에 따라 질소산화물 제거효율이 증가하였으며, 최대 투입량 조건에서 최대 효율을 나타내는 것으로 분석되었다. A 시설은 최대 투입량 조건(1 ton/hr)에서 약 35.1 %의 제거효율을 나타냈으나, 배출농도는 질소산화물 배출기준(70 ppm)을 초과하였다. B 시설은 최대 투입량 조건(2 ton/hr)에서 약 56.1 %의 제거효율, 배출농도 48.8 ppm으로써 배출기준(70 ppm)을 만족하는 것으로 나타났으나, ’20년 이후 배출기준(50 ppm) 강화를 고려하였을 때 다소 불안정한 수준인 것으로 분석되었다. 반면, C 시설은 최대 투입량 조건(1 ton/hr)에서 제거효율 약 55.5 %, 배출농도 31.6ppm으로 ’20년 이후 배출기준(50ppm)을 안정적으로 만족하는 것으로 분석되었다. 이에 본 연구에서는 폐기물 소각시설에서 음폐수 소각처리 시 질소산화물의 제거가 가능한 것으로 분석되었으나 각 시설의 특성을 고려하여 대기배출허용기준 및 연소실 출구온도 기준, 바닥재 강열감량 등 정확한 시설검사를 통해 “적정 투입량” 평가가 필요할 것으로 판단된다.