선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 또한 건초나 볏짚 등의 섬유상 물질이 함유되어 있어서 직접적으로 구 모양의 소형 펠릿으로 가공하기가 불가능하였다. 따라서 본 실험에서는 우사에서 채취한 우분을 펠릿으로 직접 가공하기에 적합한 수분조건을 설정하기 위한 탈수 실험을 수행하였다. 탈수과정에 의해 수분함량을 75 wt.
- 이런 측면에서 가축분뇨 고체연료의 품질 기준을 설정하기 위한 연구도 이루어진 바 있다(Jin ea al, 2013). 따라서 본 연구는 가축분뇨 고체연료화 기술을 발전시키는 데 필요한 가공기술을 개발하고 이 과정에서 가공된 가축분뇨 고체연료의 활용성을 평가하기 위한 목적으로 수행되었다. 본 실험에서는 고체연료원 축분으로서 우분을 이용하여 연료가공효율을 높일 수 있는 방법을 설정하고 실험과정에서 가공된 펠릿의 특성을 분석하였다.
- 우분중의 수분을 감소하기 위한 실험을 수행하였다. 아래의 Fig.
제안 방법
- 탈수과정에 의해 수분함량을 75 wt.%내외로 감소시킨 우분을 균질화 시킨 후 구 모양의 펠릿으로 가공하는 펠릿가공 효과를 분석하였다. 이어서 상기 실험과정을 통해 펠릿으로 가공된 우분의 고체연료적 특성을 분석하였다.
- 가공된 우분 펠릿의 특성을 분석하였다. 우분 펠릿의 성분분석은 한국화학융합시험연구원에 분석을 의뢰하였다.
- 균질화장치는 원통형 실린더 내에 설치된 직경 100mm의 스크루를 20 rpm의 속도로 회전시켜서 원료우분을 믹싱하면서 이송한 다음 스크루의 이송압력으로 압출기와 분쇄장치를 통과시키는 형태로 제작하였다. 균질화한 우분을 펠릿화하기 위하여 회전 원통방식 펠릿화 장치를 제작하였다.
- 균질화장치는 원통형 실린더 내에 설치된 직경 100mm의 스크루를 20 rpm의 속도로 회전시켜서 원료우분을 믹싱하면서 이송한 다음 스크루의 이송압력으로 압출기와 분쇄장치를 통과시키는 형태로 제작하였다. 균질화한 우분을 펠릿화하기 위하여 회전 원통방식 펠릿화 장치를 제작하였다. 본 실험을 수행하기 위하여 제작한 회전 원통형 펠릿화장치의 구성은 Fig.
- 또한 같은 법에서 가축분 고체연료의 성분도 규정하고 있으므로 이 규정에도 합당하여야 한다. 따라서 본 실험에서 가공된 우분 펠릿을 대상으로 하여 성분분석을 실시하였다. Table 7은 가축분 고체 연료 품질기준에서 정한 수분함량 20% 수준으로 건조한우분 펠릿의 성분 분석 결과를 나타낸 것이다.
- 가공원리는 회전하는 원통 내에 균질화된 우분을 투입하면 투입된 우분이 원통 내부의 표면을 구르는 과정에서 구 형태로 가공되는 방식이다. 본 실험과정에서는 투입된 우 분이 약 2분 정도 가공장치 내에 체류한 후 펠릿 상태로 배출되도록 조건을 설정하여 운영하였다. 실험에서 사용한 원통형 펠릿 가공장치의 실제 내경이 500 mm이고 회전속도를 25 rpm으로 설정하였음을 감안했을 때 투입된 우분은 2분 동안에 약 78.
- 본 실험에서 가공한 우분 펠릿을 대상으로 하여 가축분뇨 고체연료 품질기준에서 정하는 성분을 분석하였다 또한 우분 고체연료를 가열하였을 때 나타나는 특성을 분석하기 위하여 우분을 대상으로 하여 열분해 특성분석을 실시하였다.
- , 2008). 본 실험에서는 N2와 CO2를 분당 60 mL 수준으로 흘려주면서 우분 시료의 열분해 특성을 분석하였다. Fig.
- 따라서 본 연구는 가축분뇨 고체연료화 기술을 발전시키는 데 필요한 가공기술을 개발하고 이 과정에서 가공된 가축분뇨 고체연료의 활용성을 평가하기 위한 목적으로 수행되었다. 본 실험에서는 고체연료원 축분으로서 우분을 이용하여 연료가공효율을 높일 수 있는 방법을 설정하고 실험과정에서 가공된 펠릿의 특성을 분석하였다.
- 실험 과정에서 발견된 회전 원통형 펠릿화 방식의 문제점은 가공된 고체연료의 크기가 고르지 않고 입자 크기가 큰 덩어리가 형성되는 것이었다. 본 실험에서는 이 문제를 해소하는 방책으로서 원통 내부에 회전형 로타리 방식의 펠릿 파쇄 장치를 장착하였다. Fig.
- 본 실험에서는 탈수방식으로서 피스톤을 사용한 압착방식을 적용하여 물리적으로 탈수하는 처리방식을 적용하였다. 탈수방법 적용에 따른 우분의 고체연료화 관련 특성 분석 결과를 Table 3에 수록하였다.
- 실험용 입상화장치에 의해 가공된 우분 펠릿시료는 채취 즉시 실험실로 이송하여 분석하였다.
- 우분 펠릿의 성분분석은 한국화학융합시험연구원에 분석을 의뢰하였다. 열적 특성분석은 열 분석기를 이용하여 우분에 대한 열분석 실험을 하였다. Table 2는 우분펠릿의 열분석 실험을 수행하기 위한 실험조건을 나타낸 것이다.
- 우분 펠릿의 성분분석은 한국화학융합시험연구원에 분석을 의뢰하였다. 열적 특성분석은 열 분석기를 이용하여 우분에 대한 열분석 실험을 하였다. Table 2는 우분펠릿의 열분석 실험을 수행하기 위한 실험조건을 나타낸 것이다.
- 가공된 우분 펠릿의 특성을 분석하였다. 우분 펠릿의 성분분석은 한국화학융합시험연구원에 분석을 의뢰하였다. 열적 특성분석은 열 분석기를 이용하여 우분에 대한 열분석 실험을 하였다.
- 우분을 입상화하는데 있어 우분에 혼합되어 있는 볏짚이나 건초 그리고 톱밥 등에 의해 펠릿화 효율이 저조하였다 따라서 원료 우분의 특성을 개선하여 펠릿화가 이루어질 수 있도록 균질화장치를 제작하여 우분을 처리하였다. 본 실험에서 제작한 균질화장치의 개략도는 Fig.
- 실험용 수분 감소장치는 직경 150 mm 규격의 원판형 압착용 유압실린더를 적용하였고 유압실린더에 부착된 압착판의 행정거리는 500mm로 설계하였다. 유압식 압착판과 탈수판의 사이에서 압축된 우분이 물리적 압착에 의해 수분이 감소되는 형태로 탈수실험을 진행하였다.
- %내외로 감소시킨 우분을 균질화 시킨 후 구 모양의 펠릿으로 가공하는 펠릿가공 효과를 분석하였다. 이어서 상기 실험과정을 통해 펠릿으로 가공된 우분의 고체연료적 특성을 분석하였다.
- 본 실험을 위해 제작, 적용한 원통형 회전 가공방식은 아직까지 국내에서 가축분 고체연료 가공 방법으로 적용된 적이 없는 기술이다. 전 처리 된 우분을대상으로 하여 구(공) 모양의 우분 펠릿을 가공하였다. 가공된 우분 펠릿의 외관은 Fig.
- 탈수와 균질화과정을 거친 우분을 실험용 회전 원통식 펠릿화장치에 투입하여 가동하였을 때의 우분 입상화 효과를 분석하였다. 본 실험을 위해 제작, 적용한 원통형 회전 가공방식은 아직까지 국내에서 가축분 고체연료 가공 방법으로 적용된 적이 없는 기술이다.
- 회전 원통식 가공장치는 균질화 과정을 거친 우분을 회전 원통형 가공장치의 투입부에 투입하면 원통의 회전에 의해 우분이 원통 내면을 구르면서 이동하는 과정에서 구 형태로 가공되도록 설계, 제작하였다. 실험장치의 원통 길이는 1,500 mm이고 직경은 550 mm 크기로 제작하였으며 원통의 회전속도는 25 rpm으로 가동하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용한 우분은 국내 J시에 위치한 우사에서 채취하여 사용하였다. 실험에 사용된 우분의 고형물 특성은 Table 1과 같다.
- 1은 본 실험을 수행하기 위해 제작한 연속식 수분감소 장치의 개략 구조도이다. 실험용 수분 감소장치는 직경 150 mm 규격의 원판형 압착용 유압실린더를 적용하였고 유압실린더에 부착된 압착판의 행정거리는 500mm로 설계하였다. 유압식 압착판과 탈수판의 사이에서 압축된 우분이 물리적 압착에 의해 수분이 감소되는 형태로 탈수실험을 진행하였다.
- 회전 원통식 가공장치는 균질화 과정을 거친 우분을 회전 원통형 가공장치의 투입부에 투입하면 원통의 회전에 의해 우분이 원통 내면을 구르면서 이동하는 과정에서 구 형태로 가공되도록 설계, 제작하였다. 실험장치의 원통 길이는 1,500 mm이고 직경은 550 mm 크기로 제작하였으며 원통의 회전속도는 25 rpm으로 가동하였다. 원료 우분의 수분함량이 75 wt.
이론/모형
- 실험 과정에서 채취한 분석용 시료는 냉장상태로 실험실로 이송한 후 표준분석법에 준하여 화학성분 분석을 실시하였다(Rice et al, 2005, APHA., William and George, 2007, AOAC)
성능/효과
- 64 wt.%로 증가하였고 TS중에 함유된 VS(Volatile Solids, 휘발성 고형물) 함량도 역시 증가하는 효과가 나타났다.이 결과는 우분을 압착함에 따라 고체연료의 열원이 되는 고형물 함량이 늘어나고 구 모양의 펠릿형태로 가공하기에 적합한 수분조건이 된다는 긍정적 효과를 얻을 수 있는 것으로 판단된다.
- 반면에 수분함량이 80 wt.%를 넘게 되면 펠릿화 되지 않고 커다란 덩어리로 뭉쳐지는 현상이 나타났으며 파쇄장치를 적용하여도 효과를 보지 못하는 결과를 나타냈다. 박 등(Park et al.
- 01 wt.%수준으로서 본 실험에서 사용할 펠릿 가공 시험기에 투입하기에는 너무 높았다.
- 1) 우분을 압착함에 따라 고체연료의 열원이 되는 고형물 함량이 늘어나고 구 모양의 펠릿형태로 가공하기에 적합한 수분조건이 된다는 긍정적 효과를 얻을 수 있었다.
- 2) 우분을 균질화 함에 따라 2.38 mm 이하의 입경을 가진 입자의 분포비율이 원분에 비해 약 43.05%가 증가한 반면에 5 mm 이상의 직경을 가진 입자의 분포비율은 57.96% 감소하였다. 입경이 큰 입자분포도가 높게 되면 펠릿 형성에 방해가 되므로 우분을 구 모양의 소형 펠릿 형태로 가공함에 있어 균질화는 중요한 공정이 될 것으로 판단된다.
- 3) 우분펠릿 가공효과에 가장 큰 영향을 주는 요인은 원료우분의 수분 함량인 것으로 나타났다. 결착제나 다른 첨가제 없이 우분만을 단독으로 한 원료의 수분함량이 50wt.
- 4) 우분 펠릿의 저위 발열량을 분석한 결과 3,782kcal/kg 수준으로서 가축분뇨 고체연료 품질기준을 충족하는 것으로 나타났다. 또한 본 실험에서 가공한 우분펠릿의 성분들을 분석한 결과 모든 항목에서 가축분뇨 고체연료 품질기준에서 정하는 안전기준 내의 농도를 가진 것으로 나타났다.
- 5) 우분 열분해 실험결과 20~130°C까지의 우분시료의 질량변화는 시료 전체무게의 15%에 해당한 것으로 나타났으며 그 양은 우분에 포함된 수분인 것으로 보이며 온도 20°C부터 280°C까지는 우분시료의 질량에 변화가 없었으며 이 결과는 우분은 280°C까지 열적으로 안정하므로 우분 고체연료를 연소할 경우에 우분의 표면온도가 280°C에 이르기 전까지는 연소가 불가한 것으로 판단된다.
- 입경이 큰 입자의 분포도가 높게 되면 펠릿 형성에 방해가 되므로 우분을 구 모양의 소형 펠릿형태로 가공함에 있어서 균질화는 매우 중요한 공정이 될 것으로 판단된다. 균질화 과정에서 우분의 열량가나 성분변화가 발생하지 않는 것으로 나타났다. 이는 균질화중에는 우분이 단순한 물리적 분쇄과정만 거치게 되므로 이 과정에서 화학적 성분변화는 나타나지 않는 것으로 판단된다.
- 우분 펠릿의 저위 발열량을 분석한 결과 3,782 kcal/kg수준으로서 가축분뇨 고체연료 품질기준을 충족하는 것으로 나타났다. 또한 본 실험에서 가공한 우분펠릿의 성분 들을 분석한 결과 모든 항목에서 가축분뇨 고체연료 품질 기준에서 정하는 안전기준 내의 농도를 가진 것으로 분석되었다.
- 4) 우분 펠릿의 저위 발열량을 분석한 결과 3,782kcal/kg 수준으로서 가축분뇨 고체연료 품질기준을 충족하는 것으로 나타났다. 또한 본 실험에서 가공한 우분펠릿의 성분들을 분석한 결과 모든 항목에서 가축분뇨 고체연료 품질기준에서 정하는 안전기준 내의 농도를 가진 것으로 나타났다.
- 본 실험에서 사용한 우분을 균질화 함에 따라 2.38mm 이하의 입경을 가진 입자의 분포비율이 원분에 비해약 43.05%가 증가한 반면에 5 mm 이상의 직경을 가진 입자의 분포비율은 57.96% 감소하였다. 입경이 큰 입자의 분포도가 높게 되면 펠릿 형성에 방해가 되므로 우분을 구 모양의 소형 펠릿형태로 가공함에 있어서 균질화는 매우 중요한 공정이 될 것으로 판단된다.
- 본 실험에서 파쇄장치를 장착하여 가동한 결과 직경 5 mm~20 mm 크기를 가진 펠릿의 가공비율이 높아진 것으로 나타났다. 반면에 파쇄장치가 없는 경우에는 직경 20 mm 이상의 펠릿비율이 상대적으로 높아지는 결과를 보였다.
- 따라서 압착에 의한 고체연료 원료의 수분감소는 단순한 물리적 공정만으로도 건조효율을 증진시키는 효과가 있을 것으로 기대되는 방법이다. 본 실험에서도 압착에 의해 우분 중에 함유되어 있던 수분이 침출액 상태로 배출되었는데 이에 따라 압착장치에 투입된 우분의 무게가 압착 후에 약 15~20% 정도 감소하는 결과를 보였다. 이때 발생한 침출액의 비중은 0.
- 5 m의 거리를 구른 뒤에 펠릿 형태로 배출되었다. 실험 결과 회전 원통방식의 펠릿화 과정에서 우분 펠릿 가공효과는 우분이 원통 내를 구르는 거리와 밀접한 관련이 있었다. 실험 과정에서 발견된 회전 원통형 펠릿화 방식의 문제점은 가공된 고체연료의 크기가 고르지 않고 입자 크기가 큰 덩어리가 형성되는 것이었다.
- 실험결과 20~130°C까지의 우분시료의 질량변화는 시료 전체무게의 15%에 해당한 것으로 나타났으며 그 양은 우 분에 포함된 수분인 것으로 판단된다.
- 열분해 실험에서 나타난 시료의 질량변화를 시간에 따른 속도로 변환해 보면 330°C에서 V°Cs 발생이 최대화되는 것으로 나타났다.
- 우분 펠릿의 저위 발열량을 분석한 결과 3,782 kcal/kg수준으로서 가축분뇨 고체연료 품질기준을 충족하는 것으로 나타났다. 또한 본 실험에서 가공한 우분펠릿의 성분 들을 분석한 결과 모든 항목에서 가축분뇨 고체연료 품질 기준에서 정하는 안전기준 내의 농도를 가진 것으로 분석되었다.
- 우분을 압착처리 하였을 때 외관상의 수분은 거의 제거된 모습을 보이지만 실제 수분 감소율은 약 10.55% 내외인 것으로 나타났다.
- 우분펠릿 가공효과에 가장 큰 영향을 주는 요인은 원료 우분의 수분 함량인 것으로 나타났다. 결착제나 다른 첨가제 없이 우분만을 단독으로 한 원료의 수분함량이 50wt.
- 94% 가 낮아지는 결과를 보였다. 이 결과는 압착에 의해 탈리되는 침출액에는 고체연료의 열원이 되는 VS 함유량이 적어서 우분을 고체연료화 했을 때 열량 증가에 도움이 되는 요인으로 작용할 것으로 판단된다. 우분 고체연료화과정에서 발생된 침출액은 TS가 3.
- 이 결과로 볼 때 우분 고체연료를 연소할 경우에 우분의 표면온도가 280°C에 이르기 전까지는 연소가 불가하다는 것을 나타나주고 있는 것이다.
- % 수준이었다. 침출액의 TS와 VS 함량은 원료 우분에 비해 각각 80.31%와 15.94% 가 낮아지는 결과를 보였다. 이 결과는 압착에 의해 탈리되는 침출액에는 고체연료의 열원이 되는 VS 함유량이 적어서 우분을 고체연료화 했을 때 열량 증가에 도움이 되는 요인으로 작용할 것으로 판단된다.
- 국민 식생활 패턴이 변화하면서 쌀을 비롯한 양곡소비가 줄어드는 반면에 육류나 유제품과 같은 축산물 소비가 늘어나고 있는 추세이다. 통계청의 양곡소비량 조사결과를 보면 1886년에 국민 1인당 연간 142.4 kg에 달하던 양곡소비량이 1996년 117.3 kg, 2006년 87.2 kg 그리고 2016년에는 71.2 kg으로 감소하였고 쌀 소비량만을 대상으로 보면 같은 시기에 각각 127.7 kg, 104.9 kg, 78.8 kg 그리고 61.9 kg 수준으로서 지속적인 감소 추세를 보이고 있다. 반면에 국민들의 육류소비량은 늘어나고 있는 것으로 조사되었는데 농협중앙회 축산경제리서치 자료에 의하면 1970년에 5.
후속연구
- 반면에 파쇄장치가 없는 경우에는 직경 20 mm 이상의 펠릿비율이 상대적으로 높아지는 결과를 보였다. 고체연료 입자 크기가 작을수록 고체연료의 가열이 빨리 이루어지기 때문에 연소속도가 증가하고 연소초기의 탈 휘발속도가 빠르므로 고체연료의 입자크기를 줄일 필요가 있다고 하였는데(Chio et al , 2004) 본 실험 결과를 바탕으로 보면 원통형 펠릿 가공장치 내에 파쇄장치를 설치할 필요가 있는 것으로 판단된다. 연료의 착화성을 개선하면 연소효율이 좋아져서 HCL, CO, SOx 등과 같은 오염성 물질 발생을 줄이는 효과가 있다는 보고를 참작하면(Kim et al.
- 이 결과는 우분을 압착함에 따라 고체연료의 열원이 되는 고형물 함량이 늘어나고 구 모양의 펠릿형태로 가공하기에 적합한 수분조건이 된다는 긍정적 효과를 얻을 수 있는 것으로 판단된다. 또한 가축분 고체연료 품질 규격에서 정하고 있는 수분함량 20%이하 수준까지 건조하는데 필요한 에너지 소요량을 절감하는데에도 도움이 될 것으로 판단된다. 가축분뇨를 고체연료화하는데 있어서 주된 문제는 건조에 필요한 에너지소모량 감소방법 설정 그리고 건조과정에서의 악취발생 감소기술 등이다(Neyens, E.
- 이 결과는 압착에 의해 탈리되는 침출액에는 고체연료의 열원이 되는 VS 함유량이 적어서 우분을 고체연료화 했을 때 열량 증가에 도움이 되는 요인으로 작용할 것으로 판단된다. 우분 고체연료화과정에서 발생된 침출액은 TS가 3.74%이고 그 증의 VS 함량이 75.51% 수준이므로 액비화나 바이오 가스화 공정의 원료로 활용할 수 있을 것으로 판단된다. Fig.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.