[논문]기포 유동층 반응기를 이용한 하수 슬러지와 석탄 및 우드 펠렛의 혼소 특성 및 슬래깅 성향 연구

안형준; 김동희; 이영재

doi:10.7464/ksct.2018.24.4.323

[국내논문] 기포 유동층 반응기를 이용한 하수 슬러지와 석탄 및 우드 펠렛의 혼소 특성 및 슬래깅 성향 연구
Co-firing Characteristics and Slagging Behavior of Sewage Sludge with Coal and Wood Pellet in a Bubbling Fluidized Bed 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.24 no.4, 2018년, pp.323 - 331

안형준 (한국생산기술연구원) , 김동희 (한국생산기술연구원) , 이영재 (한국생산기술연구원)

초록
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실험실 규모 기포 유동층 반응기를 이용한 하수 슬러지와 석탄 및 우드 펠렛의 혼소 실험 및 회분 분석을 통한 슬래깅 성향을 살펴보았다. 연료는 일반 건조 및 수열탄화를 통해 제작된 하수 슬러지와 아역청탄, 우드 펠렛이 적용되었다. 연소 실험은 당량비 및 산화제 유량, 초기 온도를 고정하고 2종의 하수 슬러지 연료와 석탄 또는 우드 펠렛을 발열량 기준 50 : 50 비율로 혼합한 총 4개의 조건에 대해 반응기 온도 및 배가스 조성을 측정하였다. 배가스 중 $NO_x$는 모든 조건에서 대부분 NO의 형태로 400 ~ 600 ppm 범위에서 측정되었다. $SO_2$는 원료 내 황 함량을 고려하면 하수 슬러지의 투입량이 큰 영향을 미쳤을 것으로 예상되는 가운데 수열탄화 연료가 일반 건조 연료에 비해 다소 낮은 경향을 보였다. 비산 회분 조성 분석 결과 하수 슬러지 연료가 슬래깅/파울링 가능성을 높일 것으로 생각되며, 수열탄화 연료가 일반 건조 연료에 비해 상대적으로 양호한 결과를 보일 것으로 예상되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The results of an experimental investigation on the co-firing characteristics and slagging behavior of dried and hydrothermal carbonization sewage sludge, sub-bituminous coal, and wood pellet in a fluidized bed were presented. Combustion tests were conducted in a lab-scale bubbling fluidized bed system at the uniform fuel-air equivalence ratio, air flow rate, and initial bed temperature to measure bed temperature distribution and combustion gas composition. 4 different fuel blending cases were prepared by mixing sewage sludge fuels with coal and wood pellet with the ratio of 50 : 50 by the heating value. $NO_x$ was mostly NO than $NO_2$ and measured in the range of 400 to 600 ppm in all cases. $SO_2$ was considered to be affected mostly by the sulfur content of the sewage sludge fuels. The cases of hydrothermal carbonization sewage sludge mixture showed slightly less $SO_2$ emission but higher fuel-N conversion than the dried sewage sludge mixing cases. The result of fly ash composition analysis implied that the sewage sludge fuels would increase the possibility of slagging/fouling considering the contents of alkali species, such as Na, K, P. Between the two different sewage sludge fuels, dried sewage sludge fuel was expected to have the more severe impact on slagging/fouling behavior than hydrothermal carbonization sewage sludge fuel.

주제어

표/그림 (13)

표 Table 1. Proximate, ultimate and heating value analysis results of Coal, WP, HTCSS and DSS
표 Table 2. Ash fusion temperature analysis result at oxidizing condition
표 Table 3. Evaluation of slagging tendency as ash fusibility index (AFI)
표 Table 4. Results of ash composition analysis for the fuel samples (wt%)
그림 Figure 1. Schematic diagram of the lab-scale bubbling fluidized bed system.
표 Table 5. Ash deposition tendency of fuel sample ashes
그림 Figure 2. Measured temperature profiles of the tested conditions.
표 Table 6. Experimental conditions
표 Table 7. Mean temperature at measured points
표 Table 8. Mean flue gas emissions at sampling point
그림 Figure 3. Measured emission profiles of the tested conditions.
표 Table 9. Results of ash composition analysis for the tested cases (wt%)
표 Table 10. Ash deposition tendency of the tested cases

AI 본문요약
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문제 정의

해당 연구에서는 실험실 규모 유동층을 이용하여 수열탄화 연료와 우드 펠렛 간 서로 다른 혼합 비율에 걸쳐 배가스 조성 등을 확인하였다. 본 논문에서는 하수 슬러지 고형연료에 대하여 현재 발전 분야에서 적용되는 대표적 고체 연료인 석탄과 우드 펠렛과의 혼소 특성 분석을 확장하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 하수 슬러지 연료는 일반적 건조 방법과 수열탄화 방법으로 처리된 두 가지로 준비하였으며, 석탄 및 우드 펠렛과의 혼소를 실험실 규모 유동층 반응기 시스템을 이용하여 수행하였다.
하수 슬러지 연료는 일반적 건조 방법과 수열탄화 방법으로 처리된 두 가지로 준비하였으며, 석탄 및 우드 펠렛과의 혼소를 실험실 규모 유동층 반응기 시스템을 이용하여 수행하였다. 또한 연소 후 포집된 회분 분석을 통해 슬래깅/파울링 가능성을 예상해보고자 하였다.
Table 6에 기포 유동층 반응기의 실험 조건을 요약하였다. 본 연구에서는 고체 연료로 많이 사용되는 석탄과 우드 펠렛의 혼소를 통해 두 종류의 하수 슬러지 고형 연료의 연소 특성을 분석하는 것을 초점으로 하고 있다. 혼소율은 열량 기준으로 50:50으로 설정하였으며, 모든 실험 케이스에서 식 (7)로 정의된 당량비를 0.

가설 설정

본 실험에 사용된 층 물질의 평균 입도는 입도 분포를 기반으로 390 µm로 확인하였고, 구형도는 0.62인 land sand로 가정하였다.

제안 방법

[12]는 선행 연구에서 유동층 내 수열탄화 하수슬러지 고형 연료의 연소 특성을 살펴보기 위한 실험을 수행하였다. 해당 연구에서는 실험실 규모 유동층을 이용하여 수열탄화 연료와 우드 펠렛 간 서로 다른 혼합 비율에 걸쳐 배가스 조성 등을 확인하였다. 본 논문에서는 하수 슬러지 고형연료에 대하여 현재 발전 분야에서 적용되는 대표적 고체 연료인 석탄과 우드 펠렛과의 혼소 특성 분석을 확장하기 위한 실험적 연구를 수행하였다.
본 논문에서는 하수 슬러지 고형연료에 대하여 현재 발전 분야에서 적용되는 대표적 고체 연료인 석탄과 우드 펠렛과의 혼소 특성 분석을 확장하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 하수 슬러지 연료는 일반적 건조 방법과 수열탄화 방법으로 처리된 두 가지로 준비하였으며, 석탄 및 우드 펠렛과의 혼소를 실험실 규모 유동층 반응기 시스템을 이용하여 수행하였다. 또한 연소 후 포집된 회분 분석을 통해 슬래깅/파울링 가능성을 예상해보고자 하였다.
본 실험에서 사용된 하수 슬러지 고형 연료는 인천시에 위치한 하수 처리장에서 발생한 하수 슬러지를 대상으로 선정하였다. 하수 슬러지를 건조하기 위하여 통상적인 건조 방법과 수열탄화 방법을 통해 일반 건조 하수 슬러지 고형 연료(dried sewage sludge, DSS)와 수열 탄화 하수 슬러지 고형 연료(hydrothermal carbonization sewage sludge, HTCSS)의 총 두 가지 하수 슬러지 연료를 적용하였다. 또한 발전분야에서 대표적으로 사용되는 화석 연료와 바이오매스인 아역청탄(Coal)과 우드 펠렛(wood pellet, WP)을 선정하여 각각의 연료와의 혼소 시 연소 특성을 분석하였다.
하수 슬러지를 건조하기 위하여 통상적인 건조 방법과 수열탄화 방법을 통해 일반 건조 하수 슬러지 고형 연료(dried sewage sludge, DSS)와 수열 탄화 하수 슬러지 고형 연료(hydrothermal carbonization sewage sludge, HTCSS)의 총 두 가지 하수 슬러지 연료를 적용하였다. 또한 발전분야에서 대표적으로 사용되는 화석 연료와 바이오매스인 아역청탄(Coal)과 우드 펠렛(wood pellet, WP)을 선정하여 각각의 연료와의 혼소 시 연소 특성을 분석하였다.
Table 2는 각 연료의 회 융점 분석 결과를 나타내었다. 회 융점은 IDT(initial deformation temperature), ST (softening temperature), HT (hemispherical temperature), FT (fluid temperature), 총 4단계로 평가되었다. DSS의 IDT가 특히 낮게 측정되었고, WP은 전체적으로 매우 높은 회 융점을 보였다.
또한 Gray와 Moore가 제안한 IDT와 HT를 이용한 슬래깅 지표인 AFI (ash fusibility index)를 통해 슬래깅 가능성을 분석하였다[14].
회분은 보일러 내에서 슬래깅과 파울링을 유발하여 연소기의 수명 및 발전 효율 저하를 일으키기 때문에, 연료 특성을 파악하여 슬래깅/파울링 가능성을 예측하는 것은 매우 중요하다. 앞서 분석하였던 회 융점은 회분 용융으로 인한 슬래깅 현상을 예측하기 위하여 진행되었고, 회 성분 분석을 통해 슬래깅/파울링 가능성을 예측하고자 하였다. Table 4는 유도결합플라즈마 발광분광분석법(inductively coupled plasma-optical emission spectrometry, ICP-OES)을 이용한 각 연료 회분의 분석 결과로부터 도출한 주요 산화물의 질량 분율을 나타낸 것이다.
2 m로 반응기 하단에 층 물질의 유동을 위한 분산판이 설치되어 있다. 연료 공급을 위하여 single screw type의 feeder를 설치하고, 연료 공급 라인의 역류를 방지하여 원활하게 공급하기 위하여 질소 라인을 설치하였다. 연료는 분산판을 기준으로 높이 250 mm의 반응기 측면에서 투입되고 있다.
반응기 내 압력 및 가스 유동은 압력 센서 및 후단 ID fan을 통해 조절되며 연료별 실험 조건 간 내부 유동이 유사하도록 일정하게 유지하였다. 반응기의 온도 분포는 반응기의 높이 100, 200, 300, 600, 800 mm에 각각 K-type 열전대를 설치하여 확인하였다. 또한 사이클론과 응축기를 이용하여 연소 가스 내 입자 포집 및 배가스 냉각이 이루어졌다.
반응기의 온도 분포는 반응기의 높이 100, 200, 300, 600, 800 mm에 각각 K-type 열전대를 설치하여 확인하였다. 또한 사이클론과 응축기를 이용하여 연소 가스 내 입자 포집 및 배가스 냉각이 이루어졌다. 연소 가스 성분은 ID fan 후단에서 연소가스 분석기(testo 350, testo, Germany)를 이용하여 O₂, CO₂, CO, SO₂, NO, NO₂에 대하여 연속 측정이 이루어졌다.
5 L min^-1 주입하였다. 모든 데이터는 반응기의 온도와 압력이 안정화 된 이후 최소 1시간 이상의 데이터를 측정하였다.
본 연구에서는 폐기물 자원화 및 대체연료 활용과 관련하여 일반 건조 및 수열탄화 하수 슬러지 고형연료와 석탄 및 우드 펠렛과의 유동층 혼소 실험을 통한 연소 특성 및 회분 특성 분석이 이루어졌다. 실험에 적용된 회 융점 분석 결과 하수 슬러지 연료가 석탄 및 우드 펠렛에 비해 높은 슬래깅 경향성을 보이며 고온 시스템 내 연소 장애가 발생할 가능성이 높을 수 있음을 확인하였다.
또한 사이클론과 응축기를 이용하여 연소 가스 내 입자 포집 및 배가스 냉각이 이루어졌다. 연소 가스 성분은 ID fan 후단에서 연소가스 분석기(testo 350, testo, Germany)를 이용하여 O₂, CO₂, CO, SO₂, NO, NO₂에 대하여 연속 측정이 이루어졌다. O₂ 및 CO₂는 vol.

대상 데이터

본 실험에서 사용된 하수 슬러지 고형 연료는 인천시에 위치한 하수 처리장에서 발생한 하수 슬러지를 대상으로 선정하였다. 하수 슬러지를 건조하기 위하여 통상적인 건조 방법과 수열탄화 방법을 통해 일반 건조 하수 슬러지 고형 연료(dried sewage sludge, DSS)와 수열 탄화 하수 슬러지 고형 연료(hydrothermal carbonization sewage sludge, HTCSS)의 총 두 가지 하수 슬러지 연료를 적용하였다.

이론/모형

본 연구에 사용된 연료들의 슬래깅 경향성 판단을 위해 ISO 540에 따라 회 융점(ash fusion temperature) 분석을 수행하였다. 회 융점 분석은 삼각뿔 형태로 성형된 회의 온도 변화에 따른 변형 상태를 분석한다.

성능/효과

Table 1은 실험에 사용된 연료의 공업 분석(proximate analysis, ASTM E 1915-97), 원소 분석(ultimate analysis, ASTM D7582-15)과 발열량 분석(heating value analysis, KS E 3707) 결과를 나타낸 표이다. 공업 분석 결과 아역청탄인 Coal은 휘발분과 고정 탄소의 비율이 유사하였고, 매우 낮은 회분 함량을 보였다. 이와 달리 WP은 휘발분이 대부분의 가연분을 차지하고 있었고, 회분 함량은 석탄보다 더 낮은 1.
공업 분석 결과 아역청탄인 Coal은 휘발분과 고정 탄소의 비율이 유사하였고, 매우 낮은 회분 함량을 보였다. 이와 달리 WP은 휘발분이 대부분의 가연분을 차지하고 있었고, 회분 함량은 석탄보다 더 낮은 1.4%를 보였다. 하수 슬러지 연료들은 WP와 마찬가지로 휘발분이 가연분의 대부분을 차지하고 있다.
회 융점은 IDT(initial deformation temperature), ST (softening temperature), HT (hemispherical temperature), FT (fluid temperature), 총 4단계로 평가되었다. DSS의 IDT가 특히 낮게 측정되었고, WP은 전체적으로 매우 높은 회 융점을 보였다.
한편 본 실험에서 고려된 투입 열량은 약 3 ~ 4 kW 수준으로, 연료의 발열량 보다는 전기로를 통한 열량이 높은 수준이다. 따라서 분산판을 통한 공기 투입이 이루어지는 반응기 하부에서는 층물질의 일부 냉각으로 인해 상대적으로 낮은 온도가 형성되다가 연소가 활발히 진행되는 상부로 갈수록 상대적으로 높은 온도를 보이고 있으나 전체적으로 각 운전 조건별 온도 측정 결과에는 큰 차이는 없는 것으로 확인되었다. 반응기 높이 별 온도를 살펴보면 반응기로 연료가 투입되는 위치인 T3에서 C3, C4 케이스의 온도가 C1, C2 케이스보다 더 높았다.
이와 같은 판단에서 연료 내에 포함되어 있는 황에 의해 전체적인 SO₂ 배출이 결정되었다고 할 수 있다. Table 1에서의 성분 분석 결과에서 볼 수 있듯이, 하수 슬러지 연료 간 HTCSS는 DSS보다 0.12% 낮은 황 함량을 보이며 혼소 간 전반적인 SO2 배출량 차이에도 영향을 미칠 것으로 예상하였다. 또한, CaO와 MgO 등의 탈황 작용을 감안하면 연료 내 황 함량 외에 Table 4에서와 같은 akali metal 등 기타 성분에 의한 추가적인 영향도 생각해볼 수 있다.
이와 같은 연소 환경에서 Fuel N이 NO_x 생성에 더 큰 영향을 미칠 것으로 예상할 수 있다[18]. 원소 분석 결과에서 HTCSS와 DSS의 N 성분은 7 ~ 8% 수준으로 Coal과 WP의 0.3 ~ 1.0%에 비하여 높은 것을 볼 때 전반적인 NO_x 배출 수준은 하수 슬러지 연료에 의해 크게 좌우되었을 것으로 생각할 수 있다. 또한 NO_x 생성은 연료 특성에도 좌우되는데, 바이오매스의 fuel-N은 주로 Protein-N 및 Amino-N 형태로서 석탄의 질소 성분과 다른 형태로 존재하며, 바이오매스가 석탄에 비해 온도 상승에 따른 fuel-N 배출이 더 쉽게 발생하는 것으로 알려져 있다[19].
실험 케이스 별 fuel-N의 NOx로의 전환률은 C1부터 C4까지 각각 7.96, 11.47, 6.91, 9.10%로 계산되었다. 대체적으로 같은 기준 연료에서 HTCSS 혼소가 DSS 혼소 보다 더 높은 fuel-N 전환률을 보였으며, 이는 C1과 C2, C3와 C4 케이스간 NO_x 조성 결과 비교와도 연관해서 살펴볼 수 있다.
10%로 계산되었다. 대체적으로 같은 기준 연료에서 HTCSS 혼소가 DSS 혼소 보다 더 높은 fuel-N 전환률을 보였으며, 이는 C1과 C2, C3와 C4 케이스간 NO_x 조성 결과 비교와도 연관해서 살펴볼 수 있다. 종합적으로, 본 실험 조건의 하수 슬러지 연료 혼소 시 수십 ppm 수준의 환경 물질 배출 관련 기준 대비 높은 SO₂ 및 NO_x 수치를 보이고 있다.
대체적으로 같은 기준 연료에서 HTCSS 혼소가 DSS 혼소 보다 더 높은 fuel-N 전환률을 보였으며, 이는 C1과 C2, C3와 C4 케이스간 NO_x 조성 결과 비교와도 연관해서 살펴볼 수 있다. 종합적으로, 본 실험 조건의 하수 슬러지 연료 혼소 시 수십 ppm 수준의 환경 물질 배출 관련 기준 대비 높은 SO₂ 및 NO_x 수치를 보이고 있다. 따라서 상업 설비에서의 활용을 위해서는 적절한 혼소 비율 및 운전 조건 확인 과정과 후처리 설비 등 배출 저감 방안이 필요할 것으로 예상된다.
이를 바탕으로 B/A, S/A, I/C, TA 그리고 BAI 등 연소 회분의 Deposition 관련 인자를 Table 10과 같이 도출하였다. 분석 결과 다소간의 차이는 있으나 실험 조건 별로 큰 차이를 보이지는 않았다고 할 수 있다. 모든 조건에 대해서 S/A 및 I/C가 회분의 Deposition에 대해 높은 가능성을 보이고 있으며, TA 역시 평가 기준값에 비해 높아 파울링의 가능성이 높을 것으로 보인다.
분석 결과 다소간의 차이는 있으나 실험 조건 별로 큰 차이를 보이지는 않았다고 할 수 있다. 모든 조건에 대해서 S/A 및 I/C가 회분의 Deposition에 대해 높은 가능성을 보이고 있으며, TA 역시 평가 기준값에 비해 높아 파울링의 가능성이 높을 것으로 보인다. 또한, BAI가 10보다 현저히 작아 층 물질의 응집이 발생할 가능성이 높을 것으로 예상된다.
또한, BAI가 10보다 현저히 작아 층 물질의 응집이 발생할 가능성이 높을 것으로 예상된다. 하지만 B/A 결과가 HTCSS의 혼소 조건인 C2와 C4는 중간으로 평가되었으며, DSS의 혼소 조건인 C1과 C3는 높음으로 평가되었다. 이를 통해 회분의 슬래깅/파울링 가능성은 HTCSS가 DSS보다 B/A 측면에서 조금 더 좋은 특성을 보이는 것을 알 수 있다.
하지만 B/A 결과가 HTCSS의 혼소 조건인 C2와 C4는 중간으로 평가되었으며, DSS의 혼소 조건인 C1과 C3는 높음으로 평가되었다. 이를 통해 회분의 슬래깅/파울링 가능성은 HTCSS가 DSS보다 B/A 측면에서 조금 더 좋은 특성을 보이는 것을 알 수 있다. 관련 지수들로부터 슬래깅/파울링 가능성은 전체적으로 높게 평가되었지만 실제로 본 연구에서의 실험에서는 층 물질의 응집은 쉽게 발생하지 않았다.
실험 조건 별 연소 후 회분의 미연 탄소 함량 분석 결과 DSS를 혼소한 C1과 C3에서 각각 1.7 및 3.2 wt%였고 HTCSS를 혼소한 C2와 C4에서는 0.4 wt% 수준이었다. 이를 바탕으로 ash tracer method를 이용하여 도출한 연소효율 역시 모든 조건에서 99% 이상으로 대부분 투입 연료의 연소가 완료되었음을 확인하였다[21].
본 연구에서는 폐기물 자원화 및 대체연료 활용과 관련하여 일반 건조 및 수열탄화 하수 슬러지 고형연료와 석탄 및 우드 펠렛과의 유동층 혼소 실험을 통한 연소 특성 및 회분 특성 분석이 이루어졌다. 실험에 적용된 회 융점 분석 결과 하수 슬러지 연료가 석탄 및 우드 펠렛에 비해 높은 슬래깅 경향성을 보이며 고온 시스템 내 연소 장애가 발생할 가능성이 높을 수 있음을 확인하였다. 이는 하수 슬러지 연료의 성분, 특히 Na, K, P 등 회 융점을 낮추는 데에 영향을 주는 원소들의 함량과 밀접한 관계가 있을 것으로 예상되었다.
이는 하수 슬러지 연료의 성분, 특히 Na, K, P 등 회 융점을 낮추는 데에 영향을 주는 원소들의 함량과 밀접한 관계가 있을 것으로 예상되었다. 실험실 규모 기포 유동층 연소 실험 결과에서는 대체적으로 충분한 연소가 이루어진 가운데 배가스 내 NO_x의 경우 모든 조건에서 비슷한 수준을 확인하였으며 SO₂의 경우 HTCSS혼소에서 더 낮은 배출량을 보였다. 또한 실험 후 포집된 비산 회분의 성분 분석 결과, HTCSS가 DSS보다 슬래깅/파울링 가능성이 조금 더 좋은 특성을 보일 것으로 예상되었다.
실험실 규모 기포 유동층 연소 실험 결과에서는 대체적으로 충분한 연소가 이루어진 가운데 배가스 내 NO_x의 경우 모든 조건에서 비슷한 수준을 확인하였으며 SO₂의 경우 HTCSS혼소에서 더 낮은 배출량을 보였다. 또한 실험 후 포집된 비산 회분의 성분 분석 결과, HTCSS가 DSS보다 슬래깅/파울링 가능성이 조금 더 좋은 특성을 보일 것으로 예상되었다.
하수 슬러지 연료들의 경우 원소 분석 상 dry ash free 기준으로 C 함량이 WP와 비슷하고 H는 조금 높으며 O는 더 적어 발열량 증가에 유리한 영향을 미칠 수 것으로 기대된다. 그러나 공업 분석 결과에서 볼 수 있듯이 하수 슬러지 연료의 회분 함량이 WP에 비해 상당히 높으므로 dry basis로는 실제 연료 내 단위 질량 당 C 및 H 함량은 WP보다 낮으며, 결과적으로 WP과 비슷한 수준의 발열량을 갖는 것으로 분석되었다. 또한 앞서 언급했던 수열탄화 반응을 통해 DSS보다 HTCSS에서의 발열량이 높아진 것을 확인할 수 있다.

후속연구

종합적으로, 본 실험 조건의 하수 슬러지 연료 혼소 시 수십 ppm 수준의 환경 물질 배출 관련 기준 대비 높은 SO₂ 및 NO_x 수치를 보이고 있다. 따라서 상업 설비에서의 활용을 위해서는 적절한 혼소 비율 및 운전 조건 확인 과정과 후처리 설비 등 배출 저감 방안이 필요할 것으로 예상된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	하수 슬러지를 연료로 활용 시 제한점은 무엇인가?	하수 슬러지의 에너지원 활용에 대한 잠재성 및 필요성에도 불구하고, 열에너지 시스템에서의 하수 슬러지 연료 활용에 대한 국내 연구는 상대적으로 충분하지 않다. 특히 하수 슬러지 내 약 80% 이상의 수분 함량은 연료화에 있어 큰 제한점으로 작용한다. 통상적인 건조 처리로는 수분 제거에 많은 에너지가 소모되며 결과적으로 연료화의 경제적 타당성을 크게 저해한다.
	수열탄화 과정을 통해 제조한 하수슬러지의 연료적 특성은 무엇인가?	그 과정에서 하수슬러지의 탈카르복실화(decarboxylation)와 탈수(dehydration) 반응을 유도하게 된다. 이러한 수열탄화 과정을 통해 O/C, H/C 비율은 낮아지고, 탄소 고정(carbon fixation) 현상으로 인하여 고정 탄소가 증가하며 발열량이 증가한다. 무엇보다도 원료 내 수분 제거를 위한 에너지 소모량을 줄일 수 있어 수분이 많은 바이오매스 연료의 고품질화를 위한 효과적인 방법으로 고려되고 있다[9-11].
	수열탄화 기술을 이용하여 하수슬러지 고형 연료를 생산하는 방법은 무엇인가?	이와 관련하여, 최근 수열탄화(Hydrothermal carbonization, HTC) 기술을 이용한 하수 슬러지 고형 연료 생산이 시도되고 있다. 수열탄화 방법은 높은 함수율을 가지는 하수 슬러지를 고온(230 ~ 280 ℃), 고압(10 ~ 20 bar) 조건의 반응기에서 가열한다. 가열된 하수 슬러지는 반응기 내에서 고온의 슬러리 상태가 되고, 높은 압력으로 인해 수분이 임계점(subcritical temperature, 374.2 ℃) 이하에서 기화하여 목질계 원료인 셀룰로오스와 같은 긴 탄화수소 사슬을 열로 분해함으로서 저분자 탄화물로 변환된다. 그 과정에서 하수슬러지의 탈카르복실화(decarboxylation)와 탈수(dehydration) 반응을 유도하게 된다. 이러한 수열탄화 과정을 통해 O/C, H/C 비율은 낮아지고, 탄소 고정(carbon fixation) 현상으로 인하여 고정 탄소가 증가하며 발열량이 증가한다.

참고문헌 (21)

Ogada, T., and Werther, J., "Combustion Characteristics of Wet Sludge in a Fluidized Bed," Fuel, 75(5), 617-626 (1996).
Werther, J., and Ogada, T., "Sewage Sludge Combustion," Prog. Energy Combust. Sci., 25(1), 55-116 (1999).
Stasta, P., Boran, J., Bebar, L., Stehlik, P., and Oral, J., "Thermal Processing of Sewage Sludge," Appl. Therm. Eng., 26(13), 1420-1426 (2006).
Liu, X., Chang, F., Wang, C., Jin, Z., Wu, J., Zuo, J., and Wang, K., "Pyrolysis and Subsequent Direct Combustion of Pyrolytic Gases for Sewage Sludge Treatment in China," Appl. Therm. Eng., 128, 464-470 (2018).
Wang, Z., Ma, X., Yao, Z., Yu, Q., Wang, Z., and Lin, Y., "Study of the Pyrolysis of Municipal Sludge in $N_2/CO_2$ Atmosphere," Appl. Therm. Eng., 128, 662-671 (2018).
Zhu, J., Yao, Y., Lu, Q., Gao, M., and Ouyang, Z., "Experimental Investigation of Gasification and Incineration Characteristics of Dried Sewage Sludge in a Circulating Fluidized Bed," Fuel, 150, 441-447 (2015).

상세보기
Li, H., Jiang, L., Li, C., Liang, J., Yuan, X., Xiao, Z., Xiao, Z., and Wang, H., "Co-pelletization of Sewage Sludge and Biomass: The Energy Input and Properties of Pellets," Fuel Process Technol., 132, 55-61 (2015).

상세보기
Cho, K., Statistics of Sewerage 2015, Ministry of Environment, 1622-1639 (2016).
Funke, A., and Ziegler, F., "Hydrothermal Carbonization of Biomass: A Summary and Discussion of Chemical Mechanisms for Process Engineering," Biofuels Bioprod. Bioref., 4, 160-117 (2010).

상세보기
He, C., Giannis, A., and Wang, J., "Conversion of Sewage Sludge to Clean Solid Fuel using Hydrothermal Carbonization: Hydrochal Fuel Characteristics and Combustion Behavior," Appl. Energy, 111, 257-266 (2013).
Kim, D., Lee, K., and Park, K., "Hydrothermal Carbonization of Anaerobically Digested Sludge for Solid Fuel Production and Energy Recovery," Fuel, 130, 120-125 (2014).

상세보기
Lee, Y., Kim, J., Kim, D., and Lee, Y., "Experimental Study of Co-firing and Emission Characteristics Fueled by Sewage Sludge and Wood Pellet in Bubbling Fluidized Bed," Clean Technol., 23(1), 80-89 (2017).
Cui, H., Ninomiya, Y., Masui, M., Mizukoshi, H., Sakano, T., and Kanaoka, C., "Fundamental Behaviors in Combustion of Raw Sewage Sludge," Energy Fuels, 20(1), 77-83 (2006).

상세보기
Gray, R. J., and Moore, G. F., "Burning the Sub-bituminous Coals of Montana and Wyoming in Large Utility Boilers," ASME Paper, 74-WA/FU-1 (1974).
Vamvuka, D., Pitharoulis, M., Alevizos, G., Repouskou, E., and Pentari, D., "Ash Effects during Combustion of Lignite/ Biomass Blends in Fluidized Bed," Renew. Energy, 34(12), 2662-2671 (2009).

상세보기
Eriksson, G., Grimm, A., Skoglund, N., Bostrom, D., and Ohman, M., "Combustion and Fuel Characterisation of Wheat Distillers Dried Grain with Solubles (DDGS) and Possible Combustion Applications, Fuel, 102, 208-220 (2012).

상세보기
Areeprasert, C., Scala, F., Coppola, A., Urciuolo, M., Chirone, R., Chanyavanich, P., and Yoshikawa, K., "Fluidized Bed Co-Combustion of Hydrothermally Treated Paper Sludge with Two Coals of Different Rank," Fuel Process Technol., 144, 230-238 (2016).

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Duan, L., Duan, Y., Zhao, C., and Anthony, E. J., "NO Emission during Co-Firing Coal and Biomass in an Oxy-Fuel Circulating Fluidized Bed Combustor," Fuel, 150, 8-13 (2015).

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Glarborg, P., Jensen, A. D., and Johnsson, J. E., "Fuel Nitrogen Conversion in Solid Fuel Fired Systems," Prog. Energy Combust. Sci., 29(2), 89-113 (2003).
Rokni, E., Ren, X., Panahi, A., and Levendis, Y. A., "Emissions of $SO_2$ , $NO_x$ , $CO_2$ , and HCl from Co-Firing of Coals with Raw and Torrefied Biomass Fuels," Fuel. 211, 363-374 (2018).

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El-Samed, A. K., Hampartsoumian, E., Farag, T. M., and Williams, A., "Variation of Char Reactivity Dyring Simultaneous Devolatilization and Combustion of Coals in a Drop-Tube Reactor," Fuel, 69(8), 1029-1036 (1990).

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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