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석탄과 슬러지의 예혼합연소에 따른 산성가스 배출특성

Characteristics of Acidic Gas Emissions from Combustion with Preblending of Coal and Sludge

대한환경공학회지 = Journal of Korean Society of Environmental Engineers, v.36 no.2, 2014년, pp.103 - 108  

심성훈 (한국기계연구원 환경에너지연구본부) ,  정상현 (한국기계연구원 환경에너지연구본부) ,  민효기 (충북대학교 환경공학과) ,  이상섭 (충북대학교 환경공학과)

초록
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하수슬러지의 해양투기 규제에 따른 처리대안으로 석탄화력발전소 보조연료로서의 활용이 제안되고 있다. 슬러지를 석탄과 혼합하여 사용한다면 연료의 조성변화로 인하여 산성가스의 배출특성이 달라질 것으로 예상된다. 본 연구에서는 국내 하수처리장 7곳에서 발생한 하수슬러지를 수거하여 석탄과 혼합한 뒤 실험실 규모의 연소로에서 연소시킨 후 배출되는 질소산화물($NO_x$), 이산화황($SO_2$), 염화수소(HCl), 염소($Cl_2$) 가스를 분석하였다. $NO_x$는 슬러지 혼합에 따른 배출농도 변화가 가장 작았고, $SO_2$는 슬러지를 혼합하여 연소하였을 때 석탄 연소가스와 비교하여 높은 배출농도 증가를 보였다. HCl + $Cl_2$는 슬러지의 염소함량에 따라 서로 다른 배출농도를 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Using dried sludge as a secondary fuel of a coal-fired power plant is proposed as an alternative option for sludge disposal. Because elemental contents of sludge are different from those of coal, different levels of acidic gas emissions are expected from the co-combustion of sludge with coal. In thi...

주제어

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문제 정의

  • 그러나 기존의 외국문헌이외에 국내에서 발생한 하수슬러지에 대해서는 관련 연구가 거의 진행되지 않고 있다. 따라서 본 연구에서는 국내 하수처리장 7곳에서 발생하는 하수슬러지를 수거하여 석탄과 혼합 연소하였을 때 배출되는 NOx, SO2의 농도분석과 함께 대표적인 산성가스 중 하나인 HCl, 염소(Cl2)가스의 농도분석을 실시하였다. 그리고 사용된 혼합연료의 성상 및 혼합비율에 따라 산성가스들의 배출특성을 평가하였다.
  • 본 단원에서는 SO2의 배출특성을 살펴보고자 한다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
하수슬러지의 특징은 무엇인가? 1) 또한 1997년 매립이 금지된 이후 해양투기에 주로 의존하여 하수슬러지를 처리하여 왔으나, 2012년 하수슬러지의 해양투기를 금지하는 법안인 런던협약이 발효됨에 따라 하수슬러지의 적합한 처리 대안이 요구되고 있다. 하수슬러지는 80% 가량의 높은 수분함량을 가지고 있으나, 적절한 전처리를 통해 건조시키면 3,000~4,500 kcal/kg의 발열량을 가지게 되어, 기존 석탄화력발전소의 보조연료로서 활용이 가능하다.2,3) 건조한 하수슬러지를 보조연료로 활용한다면 하수슬러지의 근본적인 처리뿐만 아니라 하수슬러지를 에너지원으로 활용하는 이점이 있다.
2001년 하수슬러지의 발생량은 얼마인가? 환경부에서 통계된 하수슬러지의 발생량을 살펴보면 2001년에는 1,902,410톤의 하수슬러지가 발생하였으나 매년 꾸준히 증가하여 2010년 하수슬러지의 발생량은 3,080,043톤에 이른다.1) 또한 1997년 매립이 금지된 이후 해양투기에 주로 의존하여 하수슬러지를 처리하여 왔으나, 2012년 하수슬러지의 해양투기를 금지하는 법안인 런던협약이 발효됨에 따라 하수슬러지의 적합한 처리 대안이 요구되고 있다.
석탄의 연소과정에 의해 발생하는 유해가스는 무엇인가? 화력발전소에서 석탄의 연소과정을 거친 후에는 여러 유해가스가 발생한다. 유해가스의 대표적인 예로 이산화황(SO2), 질소산화물(NOx), 염화수소(HCl) 등의 산성가스를 들 수 있는데, SO2와 HCl은 석탄에 존재하는 황(S)과 염소(Cl) 성분이 산소(O2) 및 수소(H)와 각각 반응하여 생성된다. NOx는 석탄에 존재하는 질소(N)가 산화되어 생성되기도 하지만, 고온의 연소과정에서 공기 중의 질소와 산소가 반응하여 발생하기도 한다.
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참고문헌 (14)

  1. Statistics of sewage sludge in Korea 2010, Ministry of Environment(2010). 

  2. Lee, D. G., Lee, J. S., Kwak, H. and Bae, S. Y., "Combustion characteristics of RDF (Refuse Derived Fuel)," J. Kor. Soc. Waste Manage., 22(1), 101-112(2005). 

  3. Bae, S. R., Kim, Y. C., Kong, S. H., Lee, J. S., Seo, S. W. and Lee, K. C., "A study on recycling of sludge," Bullet. Environ. Sci., 18, 31-50(1997). 

  4. Werther, J. and Ogada T., "Sewage sludge combustion," Prog. Energy Combust. Sci., 25(1), 55-116(1999). 

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

  6. Galbreath, K. C., Zygarlicke, C. J., Tibbetts, J. E., Schulz, R. L. and Dunham, G. E., "Effects of $NO_x,\;{\alpha}-Fe_2O_3,\;{\gamma}-Fe_2O_3$ , and HCl on mercury transformations in a 7-kW coal combustion system," Fuel Proc. Technol., 86(4), 429-448(2004). 

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

  8. Spliethoff, H. and Hein, K. R. G., "Effect of co-combustion of biomass on emissions in pulverized fuel furnaces," Fuel Proc. Technol., 54(1-3), 189-195(1998). 

  9. Lee, H. D. and Kim, J. K., "Combustion characteristics of two imported Indonesia coals as a pulverized fuel of thermal power plants," J. Energy Eng., 19(2), 136-142(2010). 

  10. Lee, W. J., "NOx generation characteristics from sludge incinerators," J. Environ. Res. Inst. Yosu Univ., 3, 73-79(2000). 

  11. Nadziakiewicz, J. and Koziol, M., "Co-combustion of sludge with coal," Appl. Energy, 75(3-4), 239-248(2003). 

  12. Park, S. T., "Control technology and behavior of mercury in coal combustion process,"(2009). 

  13. Kang, S. W., Shim, S. H., Jeong, S. H., Jung, J. H. and Lee, S. S., "Mercury emission characteristics from co-combustion of coal and sludge," J. Kor. Soc. Atmos. Environ., 28(2), 182-189(2012). 

  14. Sun, J. Q., Crocker, C. R. and Lillemoen, C. M., "The Effect of Coal Combustion Flue Gas Components on Low-Level Chlorine Speciation Using EPA Method 26A," J. Air Waste Manage. Assoc., 50(6), 936-940(2000). 

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