[논문]파일럿 규모 기포 유동층 반응기를 이용한 하수 슬러지 연소 특성 분석

김동희; 허강열; 안형준; 이영재

doi:10.7464/ksct.2017.23.3.331

[국내논문] 파일럿 규모 기포 유동층 반응기를 이용한 하수 슬러지 연소 특성 분석
Investigation on Combustion Characteristics of Sewage Sludge using Pilot-scale Bubbling Fluidized Bed Reactor 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.23 no.3, 2017년, pp.331 - 342

김동희 (한국생산기술연구원) , 허강열 (포항공과대학교 기계공학과) , 안형준 (한국생산기술연구원) , 이영재 (한국생산기술연구원)

초록
AI-Helper

하수 슬러지 고형연료 및 우드 펠렛의 연소 특성을 평가 하기 위하여 열중량 분석(TGA), 회 융점(AFT) 분석, 그리고 회분 성분 분석을 수행하였다. TGA 분석 결과, 하수 슬러지 고형연료의 연소성이 우드 펠렛에 비해 상대적으로 좋지 않았다. 또한 AFT 분석을 통해 하수 슬러지 고형연료의 슬래깅 가능성이 매우 높은 것을 확인하였다. 또한 연소성 평가를 위해 pilot-scale 기포 유동층 반응기를 적용하였으며, 장치는 예열기, 유동층 반응기, 연료 공급장치, 사이클론, 회분 포집 장치, 그리고 가스분석기로 구성되었다. 반응기는 직경 400 mm, 높이 4300 mm이며, 하수 슬러지는 $54.5{\sim}96.5kW_{th}$의 열량으로 실험을 수행하였고 우드 펠렛은 $96.1kW_{th}$ 실험을 수행하였다. 실험 결과, 하수 슬러지 고형연료 연소의 경우 평균적으로 우드 펠렛의 연소 보다 배기가스 중 $NO_x$는 10.1배, CO는 3.5배 높았다. 또한 사이클론에서 포집한 회분을 분석한 결과, 모든 실험 조건에서 연소 효율은 99% 이상이었고, 회분의 성분 분석을 통해 슬래깅/파울링 가능성이 높은 것을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

To estimate the combustion characteristics of sewage sludge and wood pellet, thermogravimetric analysis (TGA) was conducted. As TGA results, combustion characteristics of sewage sludge was worse than wood pellet. In ash fusion temperature (AFT) analysis, slagging tendency of sewage sludge is very high compared to wood pellet. And also, the bubbling fluidized bed reactor with a inner diameter 400 mm and a height of 4300 mm was used for experimental study of combustion characteristics fueled by sewage sludge and wood pellet. The facility consists of a fluidized bed reactor, preheater, screw feeder, cyclone, ash capture equipment and gas analyzer. The thermal input of sewage sludge cases were $54.5{\sim}96.5kW_{th}$, in case of wood pellet experiment, it was $96.1kW_{th}$. As experiment results, the $NO_x$ emission of sewage sludge was averagely about 10 times the $NO_x$ emission of wood pellet. And also CO emission of sewage sludge is about 3.5 times of wood pellet. Lastly as a result of analysis of captured ash in cyclone, the combustion efficiency of all cases were over 99%, but the potential for slagging/fouling was high at all cases by component analysis of ash.

Keyword

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폐기물 및 바이오매스의 장점은 무엇인가?	하지만 대체 에너지에 대한 대책은 미흡한 실정이며, 화석연료의 수요 증가와 고유가 정책으로 인해 신재생 에너지에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 신재생 에너지 중 특히 폐기물 및 바이오매스는 저렴한 비용으로 에너지를 공급 할 수 있고, 온실가스 감축 의무를 만족시킬 수 있는 유용한 수단이다. 따라서 화력발전에서는 이미 바이오매스와 폐기물을 화석 연료와 혼소하여 사용하고 있다.
	유동층 연소기의 특징은 무엇인가?	유동층 연소기는 층 물질의 존재로 인하여 미분탄 연소기에 비해 상대적으로 열전달이 증가하며 투입되는 연료의 크기나 구성 성분의 제약이 적다. 따라서 바이오매스, 폐자원 그리고 하수 슬러지와 같은 에너지원을 최소한의 전처리 공정을 통해 유동층 연소기로 투입시켜 에너지원으로 활용할 수 있어 많은 연구가 진행되었다[1,2].
	본 연구에서 연료 특성을 평가 중 슬래깅/파울링을 예측하는데 이용한 결과는 무엇인가?	앞서 언급하였던 AFI는 회분의 용융으로 인한 문제들을 예측하는데 중요한 인자 중 하나이지만, 회분의 퇴적과 층 물질 응집 현상에 대한 문제는 추가적인 분석이 필요하다[13]. 따라서 본 연구에서는 전기로를 이용하여 만들어진 SS와 WP의 회분의 ICP-OES 분석과 XRF 분석 결과를 이용하여 슬래깅/파울링 가능성을 예측하였고, 분석 결과는 Table 4에 나타내었다. 또한 분석 결과를 토대로 회분의 거동과 퇴적 경향과 관련된 인자를 Equation (2)~(6)을 통해 도출 하였다[14,15].

참고문헌 (22)

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