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석탄과 슬러지의 혼합연소에 따른 수은 배출 특성

Mercury Emission Characteristics from Co-Combustion of Coal and Sludge

한국대기환경학회지 = Journal of Korean Society for Atmospheric Environment, v.28 no.2, 2012년, pp.182 - 189  

강신욱 (충북대학교 환경공학과) ,  심성훈 (한국기계연구원 환경에너지연구본부) ,  정상현 (한국기계연구원 환경에너지연구본부) ,  정종현 (대구한의대학교 보건학부) ,  이상섭 (충북대학교 환경공학과)

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Co-combustion of sludge with coal is proposed as an alternative option for sludge disposal instead of ocean dumping. Because the combustion of sludge can cause emissions of various air pollutants, it is important to understand the characteristics of sludge combustion flue gases. Especially, very few...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구는 같은 연소조건에서 석탄과 슬러지의 혼합연소에 따른 수은 배출특성을 조사하고자 한 것이므로, 연소정도가 일정하게 유지되는 범위인 석탄과 슬러지의 혼합비 5 : 1, 4 : 1, 3 : 1과 석탄 단일 시료에 대해 실험을 수행하였다. 그리고 탄소성분의 CO2 전환율 및 양론적인 연소계산을 통하여 연소정도를 평가하였을 때, 석탄과 슬러지 혼합시료는 60~70%, 석탄 단일시료는 약 80%의 연소효율을 보였다.
  • 본 연구에서는 슬러지를 보조연료로 사용함에 따른 수은의 배출특성에 대해 조사하고자 한다. 이를 위하여 미분탄과 건조슬러지를 연소시켰을 때 배출 되는 가스의 특성을 살펴볼 수 있도록 실험실 규모의 연소시스템과 배출가스 분석시스템을 구축하였다.
  • 본 연구에서는 하수슬러지를 석탄의 보조연료로 사용하여 에너지화 하였을 때 발생하는 수은의 변화를 살펴보았다. 실험실규모의 연소장치인 Drop tube furnace의 특성상 체류시간이 부족하여 60~80%의 연소효율을 나타내었으나, 연소정도가 시간에 따라 일정하게 유지됨을 확인할 수 있었다.

가설 설정

  • 그 결과 슬러지 단일연소, 석탄과 슬러지 1 : 1, 2 : 1 혼합비의 시료는 고농도 CO 가스를 배출하는 불완전연소를 보였으므로 본 실험의 시료로 사용하기에 어렵다고 판단하였다. 따라서 본 실험에서는 석탄과 슬러지를 5 : 1, 4 : 1, 3 : 1로 혼합하여 실험시료로 사용하였고, 혼합시료의 성상은 원 시료의 성상과 혼합비로부터 계산된 값과 동일한 것으로 가정하였다. 연료의 연소 시 사용하는 공기의 유량은 3 L/min, 과잉공기비는 1.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
적절한 처리를 거치면 공정의 에너지원은 물론 발전 및 난방용 연료로도 전환이 가능한데, 발전소 사용방안은 무엇인가? , 2005). 특히 건조슬러지를 기존의 석탄화력발전소에 보조연료로 사용하면 연소로에서 석탄과 함께 연소되므로 효율적인 에너지 전환을 기대할 수 있고, 하수슬러지의 발생량이 줄더라도 발전소 운전에 거의 영향을 받지 않는 장점이 있다.
하수슬러지의 문제점은 무엇인가? 하수슬러지는 다량의 중금속 및 유해성분을 함유하고 있어, 연소할 경우 중금속 및 가스상 오염물질의 배출에 따른 문제점을 야기할 수 있다. 관련연구로써 Park et al.
하수슬러지의 발생량도 꾸준히 증가하게된 원인이 무엇인가? 쾌적한 도시기반의 조성을 위해 건설된 하폐수처리장의 증가로 하수슬러지의 발생량도 꾸준히 증가하고 있어 또 다른 사회문제로 대두되고 있다(이완구, 2007). 정부에서는 1997년 유기성 슬러지의 직매립 금지를 통하여 육상에서의 처리처분, 자원화를 유도하였지만 재활용 및 소각처리의 비율은 크게 변동이 없었고, 비교적 처리 비용이 낮은 해양배출의 처리가 증가하였다(환경부, 2008).
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참고문헌 (16)

  1. 곽연호(2008) 유동층 소각로에서 하수슬러지와 RDF의 혼합연소 및 가스 배출 특성, 창원대학교 박사학위논문. 

  2. 이완구(2007) 하수슬러지 탄화물의 바이오매스 연료로서의 유효이용에 관한 기초연구, 한양대학교 석사학위논문. 

  3. 이주형(2006) 인위적 배출원 및 실험용 Furnace에서의 수은 화합물 배출거동연구, 연세대학교 석사학위논문. 

  4. 환경부(2008) 하수슬러지 통계. 

  5. Amand, L.-E. and B. Leckner (2004) Metal emissions from cocombustion of sewage sludge and coal/wood in fluidized bed, Fuel, 83(13), 1803-1821. 

  6. Duan, Y., C. Zhao, Y. Wang, and C. Wu (2010) Mercury Emission from Co-combustion of Coal and Sludge in a Circulating Fluidized-Bed Incinerator, Energy Fuels 2010, 24(1), 220-224. 

  7. Ha, S.A. (2009) A Study on the Characteristics of Combustion and Manufacturing Process on Refuse-derived Fuel by Mixing Different Ratios with Organic and Combustible Wastes, J. of KOWREC, 17(1), 27-38.(in Korean with English abstract) 

  8. Jung, J.S. and S.G. Shim (2009) Mercury Research and Management in Korea, J. KOSAE, 25(2), 99-107. (in Korean with English abstract) 

  9. Kilgroe, J.D., C.B. Sedman, R.K. Srivastava, J.V. Ryan, C.W. Lee, and S.A. Thorneloe (2001) Control of mercury emissions from coal-fired electric utility boilers: interim report, U.S. Environmental Protection Agency, National Risk Management Research Laboratory. 

  10. Kim, K.S., Y.N. Park, and J.C. Chung (1999) Recycling of Sewage Sludge and Study of a Policy Plan, J. of KOWREC, 7(1), 79-91. (in Korean with English abstract) 

  11. Lee, D.G., H.Y. Shin, H. Kwak, and S.Y. Bae (2005) Co-combustion Characteristics of Sewage Sludge and RDF (Refuse Derived Fuel), J of KSWM, 22(6), 533-540. (in Korean with English abstract) 

  12. Park, J.M., S.B. Lee, M.J. Kim, J.P. Kim, J.C. Kim, S.J. Lee, and S.H. Lee (2009) Study on the Emission Characteristics of Heavy metals in sewage sludge Incinerator, J. of ESE, 24(3), 19-27. (in Korean with English abstract) 

  13. Park, K.S., J.H. Lee, J.H. Kim, S.H. Lee, and Y.C. Seo (2008) A Study on Emission Characteristics of Mercury from Coal Combustion at a Lab-scale Furnace, J. KOSAE, 24(2), 238-248. (in Korean with English abstract) 

  14. Sim, D.H. (2002) Results of recent field program in atmospheric diffusion, J. of KOWREC, 10(3), 17-20. 

  15. Wang, Y., Y. Duan, L. Yang, C. Zhao, X. Shen, M. Zhang, Y. Zhuo, and C. Chen (2009) Experimental study on mercury transformation and removal in coal-fired boiler flue gases, Fuel Processing Technology, 90(5), 643-651. 

  16. Werther, J. and T. Ogada (1999) Sewage sludge combustion, Progress in Energy and Combustion Science, 25(1), 55-116. 

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