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반탄화 및 혼합비율 조건별 폐바이오매스 연료 특성 연구

A Study on the Characteristics of Waste Biomass Fuel by the Conditions of Torrefaction and Biomass Mixing Ratio

유기물자원화 = Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association, v.26 no.2, 2018년, pp.75 - 84  

조은지 (인천대학교 환경에너지공학과) ,  진용균 (인천대학교 환경에너지공학과) ,  현완수 (인천대학교 환경에너지공학과) ,  한현구 (인천대학교 환경에너지공학과) ,  민선웅 (인천대학교 환경에너지공학과) ,  여운호 (인천대학교 환경에너지공학과)

초록
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본 연구에서는 하수슬러지의 연료화를 위하여 반탄화 생성물을 분석하였다. 혼합시료는 하수슬러지 함량을 50%로 고정하고, 왕겨와 커피박의 함량을 50%로 조절하여 제조하였다. 반탄화 실험에서 반응 시간(30min, 60min)과 온도($200^{\circ}C$, $250^{\circ}C$, $300^{\circ}C$)를 SF(Severity Factor)를 이용하여 단일변수로 나타내었다. 연구 결과 반탄화 조건인 SF가 증가할수록 발열량과 연료비가 증가하였으며, 연소성지수는 감소하는 것을 확인하였다. 혼합시료의 발열량은 커피박(CR)과 반탄화 조건(SF) 모두의 영향을 받는 것으로 나타났으며, 연료비 범위는 SF가 6.19보다 낮은 경우 갈탄의 연료비 범위(0.5~1.0)와 유사하나 SF가 7.36보다 큰 경우 저도역청탄의 연료비 범위(1.0~1.8)와 유사한 것을 확인하였다. 연소성지수는 커피박보다는 왕겨가 더 함유될수록 낮은 조건의 SF에서 안정 범위(3,000~5,500kcal/kg)의 값을 나타내는 것으로 확인되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, the analysis of torrefaction products was carried out for fueling of sewage sludge. The mixed samples were composed as follows : 50% of sewage sludge and 50% of rice husk and CR(Coffee Residue). In this experiment, the reaction time(30min, 60min) and temperature($200^{\circ}C$

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 연구에서는 폐기물계 바이오매스를 하수슬러지와 혼합하여 혼합 바이오매스를 제조한 후 반 탄화를 실시하여 혼합바이오매스의 발열량, 연료비, 연소성지수의 연료적 특성을 분석하여 연료로서의 적용가능성에 대해 연구하고자 한다. 또한 반탄화조건과 혼합비율의 변수가 연료적 특성에 미치는 영향을 종합적으로 표현하고자 회귀식을 도출하고자 한다.
  • 따라서 본 연구에서는 폐기물계 바이오매스를 하수슬러지와 혼합하여 혼합 바이오매스를 제조한 후 반 탄화를 실시하여 혼합바이오매스의 발열량, 연료비, 연소성지수의 연료적 특성을 분석하여 연료로서의 적용가능성에 대해 연구하고자 한다. 또한 반탄화조건과 혼합비율의 변수가 연료적 특성에 미치는 영향을 종합적으로 표현하고자 회귀식을 도출하고자 한다.
  • 본 연구에서는 하수슬러지의 높은 함수율을 저감하기 위한 수분조절제로 왕겨를 이용하였으며 낮은 발열량을 보완하기 위한 열량보강제로 커피박을 혼합하여 혼합바이오매스를 제조하였다. 혼합바이오매스는 중량별 단순 혼합으로 시료를 제조하였으며 혼합바이오매스와의 비교를 위해 단일바이오매스 분석도 함께 실시하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기존 바이오매스 대비 반탄화의 장점은 무엇인가? 이러한 문제점을 해결하기 위해 반탄화에 대한 연구가 진행되고 있다. 반탄화는 낮은 온도범위(200~300℃)와 무산소 조건에서 일어나는 바이오매스의 열화학적 처리공정으로 원래 바이오매스 대비 에너지밀도가 약 1.3배 정도 증가하는 등의 장점5),6)을 가지고 있어 반탄화 연구가 진행되고 있으나 국내 연구는 주로 유기성 및 목질계 폐기물에 속하는 단일 바이오매스가 주된 대상으로 진행되어 왔고 혼합 바이오매스에 관한 연구는 미흡한 실정이다. 하수슬러지 연료화의 가장 큰 문제점은 슬러지의높은 함수율로 인해 상대적으로 유기물 함량이 낮아 연료로 이용하기 어렵다는 점이다.
반탄화는 무엇인가? 이러한 문제점을 해결하기 위해 반탄화에 대한 연구가 진행되고 있다. 반탄화는 낮은 온도범위(200~300℃)와 무산소 조건에서 일어나는 바이오매스의 열화학적 처리공정으로 원래 바이오매스 대비 에너지밀도가 약 1.3배 정도 증가하는 등의 장점5),6)을 가지고 있어 반탄화 연구가 진행되고 있으나 국내 연구는 주로 유기성 및 목질계 폐기물에 속하는 단일 바이오매스가 주된 대상으로 진행되어 왔고 혼합 바이오매스에 관한 연구는 미흡한 실정이다.
폐바이오매스를 혼합한 시료에서 나타난 발열량의 변화는 어떠한가? 발열량은 반탄화 조건(SF)이 증가할수록 높아졌으며, 왕겨보다는 커피박의 함량(CR)이 증가할수록 증가폭이 컸다. 단일 하수슬러지는 유기물특성으로 인해 SF가 증가할수록 일부 조건에서 발열량이 감소하는 경향을 보였으나 혼합시료의 경우 발열량의 감소를 관찰할 수 없었으며, 단일 하수슬러지에 비해 증가된 열량을 얻었다. 또한 회귀분석 결과 반탄화 및 커피박 함량 조건 모두 발열량 증가에 영향을 주는 것으로 나타났다.
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참고문헌 (12)

  1. Lee, Y. K., Kim, J. H., Kang, S. S., Kim, G. A. and Park, D. W., "A study on the fuel of sewage sludge by torrefaction process", Journal of Energy Engineering, 22(4), pp. 355-361. (2013). 

  2. Lee, Y. K., "The Solid Fuel Production for Sewage Sludge by Torrefaction", M.S Thesis, Seoul National University of Science and Technology, (2014). 

  3. Kim Y. T., "A study on characteristics of biodegradation of waste biomass by Torrefaction", M.S Thesis, Incheon National University, (2015). 

  4. Park, H. S., "An Effect of Food Waste Content in the Manufacture of Carbonization Residue Produced from woody waste", M.S Thesis, Kyonggi University, (2011). 

  5. Kim, H. S. and Park, D. W., "The Characteristics of properties torrefied product according to Food waste and sewage sludge mixing ratio", Korean Oil Chemists' Society, 33(2), pp. 264-270. (2016). 

  6. Kim, H. S., Yoo, J. M, and Park, D. W., "Effect of temperature on torrefaction of food waste to produce solid fuel", Journal of Energy Engineering, 23(3), pp. 245-250. (2014). 

  7. Korea Environmental Industry Technology Institute, "Trend of Sewage Sludge Treatment and Fuelization Technology", (2014). 

  8. Kim, Y. H., Na, B. I., Lee, S. M., Lee, H. W. and Lee, J. W., "Optimal Condition for Torrefaction of Eucalyptus by Response Surface Methodology", J. Korean Wood Sci.&Tech, 41(6), pp. 497-506. (2013). 

  9. Kang, J. H, Kang, J. Y., Lee, S. H., Kim, B. T. and Lee, N. H., " A Study on the Evaluation of Fuel Characteristic and Economic Benefit for Co-combustion of Dried Sewage Sludge with Coal", Journal of Korea Society of Waste Management, 22(1), pp. 11-19. (2014). 

  10. Park, S. W. and Jang, C. H., "Carbonization of Mechanically Pre-treated Waste: Investigationof Fuel Characteristics of The Products", J. of Korea Society of Waste Management, 30(4), pp. 383-389. (2013). 

  11. Noh, H. J., "Regression analysis using SPSS", Jiphil Media, (2016). 

  12. Lee, H. Y., "Statistical package for the social sciences", 2nd Ed., CRbooks, (2013). 

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