초록 ▼

하수슬러지의 Hybrid 유동층 열분해/용융소각시스템 개발을 위하여 Pilot 설계 제작 및 설치 시운전을 Plant 설계, 제작 및 설치-시운전을 수행하였으며, 문제점을 개선하고, 연속운전을 통하여 기술을 실증하였다. 이를 수행하기 위하여 일련의 연구과제가 수행되었으며, 각 내용의 제목을 열거하면 다음과 같다.
- 하수슬러지의 Hybrid 유동층 열분해/용융소각시스템 집적
- 에너지 최적화에 의한 공정설계
- Pilot Plant 연속운전
- 유동층 건조실험에 의한 건조 슬러지 시료제조

- 열분해

하수슬러지의 Hybrid 유동층 열분해/용융소각시스템 개발을 위하여 Pilot 설계 제작 및 설치 시운전을 Plant 설계, 제작 및 설치-시운전을 수행하였으며, 문제점을 개선하고, 연속운전을 통하여 기술을 실증하였다. 이를 수행하기 위하여 일련의 연구과제가 수행되었으며, 각 내용의 제목을 열거하면 다음과 같다.
- 하수슬러지의 Hybrid 유동층 열분해/용융소각시스템 집적
- 에너지 최적화에 의한 공정설계
- Pilot Plant 연속운전
- 유동층 건조실험에 의한 건조 슬러지 시료제조

- 열분해를 위한 기본실험 및 조업조건별 유동층열분해 특성연구
- 용융소각을 위한 회용융 최적화 규명, Lab 규모 선회용융소각 실험
- 슬래그 재자원화 연구 및 재자원화 신기술 개발
- 경제성 분석

Abstract ▼

For the development of hybrid system of a fluidized bed pyrolysis and a melting incineration technology, the design, manufacture, installation and commissioning is executed. The unit process was modified for solving the operating problems, and the continuous operation is demonstrated. The small task

For the development of hybrid system of a fluidized bed pyrolysis and a melting incineration technology, the design, manufacture, installation and commissioning is executed. The unit process was modified for solving the operating problems, and the continuous operation is demonstrated. The small tasks was investigated for this pilot plant, the task is as follows.
- The integration of a fluidized bed pyrolysis and a melting incineration
- Design by the optimization of the energy use
- Pilot plant operation
- Fluidized bed dryer for the dry sludge
- Fluidized bed pyrolysis characteristics with the operating conditions
- Swirling melting incineration experiment with the optimization of ash melting
- Slag utilization investigation and development of new technology
- Economic analysis

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 요약문 ...3
• SUMMARY ...8
• CONTENTS ...12
• 제목 차례 ...15
• 표 차례 ...26
• 그림 차례 ...30
• 제1장 서 론 ...40
• 제1절 현황 ...40
• 제2절 연구개발의 목적 ...41
• 제3절 연구의 필요성 및 범위 ...41
• 제4절 연구과제의 개요 ...42
• 제2장 국내외 기술개발현황 ...43
• 제1절 슬러지 건조 ...43
• 제2절 열분해 ...43
• 제3절 용융 소각기술현황 ...44
• 1. 용융소각기술의 종류 ...44
• 가. 표면용융 소각로 ...45
• 나. 내부용융 소각로 ...48
• 다. 코크스베드 용융 소각로 ...48
• 라. 선회류 용융 소각로 ...49
• 마. 아크 방전식 용융 소각로 ...50
• 바. 전기 저항식 용융 소각로 ...50
• 사. 플라즈마 방식 용융 소각로 ...50
• 아. 유도식 용융 소각로 ...51
• 2. 열분해/용융소각기술 개발 현황 ...51
• 가. Thermal Waste Recycling Process ...51
• 나. RCP(Recycled Clean Product) Technology ...52
• 다. Thermoselect 열분해 용융 ...53
• 라. PKA 공정 ...55
• 마. 유동층 가스화 용융시스템 ...57
• 바. Thide Environment ...61
• 사. Nexus ...62
• 아. CIE ...62
• 자. Noell ...63
• 3. 일본의 소각 기술-가스화 용융로의 개발 ...63
• (1) 미쓰비시중공업 ...64
• (2) 니혼강관 ...65
• (3) 쿠보타 ...65
• (4) 히타지조선 ...66
• (5) 다쿠마 ...66
• (6) 밥콕-히다치 ...66
• (7) 에바라 제작소 ...67
• (8) 가와사끼 제철 ...67
• 4. 국내 연구현황 ...67
• 가. 현대정공-기계연구원-부경대 ...67
• 나. 고등기술연구원 ...68
• (1) Thermoselect 공정 : ...68
• (2) 하수슬러지 용융 : ...68
• 다. OECR ...68
• 라. 한국에너지기술연구원 ...69
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...69
• 제1절 이론적 고찰 ...70
• 1. 건조공정 ...70
• 2. 슬러지 열분해의 문헌 고찰 ...73
• 3. 석탄회분의 용융성과 흐름성 ...75
• 가. 회분의 용융성 ...76
• (1) 회분의 조성 ...76
• (2) Slagging ...76
• (3) 소각 분위기와 용융온도 ...78
• (4) 회분 용융성 예측 ...80
• (가) Silica Ratio(SR) ...81
• (나) Silica/Alumina Ratio ...81
• (다) Dolomite Percentage(DP) ...81
• (라) Base/Acid ratio(B/A) ...81
• (마) Iron/Calcium ratio ...82
• 나. 회분의 흐름성 ...82
• (1) 회분의 조성과 Slag의 점도 ...82
• (2) 회분 점도의 예측 ...86
• (가) Urbain 식 ...86
• (나) Watt and Faraday 식 ...89
• (3) 화학조성과 슬랙제거온도 ...90
• 제2절 실험 장치 및 방법 ...91
• 1. 건조장치 ...91
• 2. 열분해 ...96
• 가. TGA 열분해실험 ...96
• 나. 유동층 열분해 장치 ...97
• 다. 실험방법 ...100
• 3. 슬러지 회분의 용융 및 흐름성 분석 ...101
• 가. 용융온도 측정방법 및 장치 ...101
• 나. 점도 측정 방법 및 장치 ...103
• 4. 용융소각 시험 방법 및 장치 ...105
• 가. 슬러지 용융소각시스템 구성 ...105
• 나. Cyclone 용융소각로의 설계 ...107
• 다. 용융 슬래그의 중금속 용출 시험법 ...109
• (1) 용출 시험법 ...110
• (2) 미국 용출시험법과의 비교(TCLP 용출 시험법) ...110
• 5. 열분해/용융소각 집적실험 ...112
• 제3절 실험 결과 및 고찰 ...124
• 1. 건조로 ...124
• 2. 열분해 ...126
• 가. TGA ...126
• 나. 유동층 열분해 ...143
• 다. 열분해 생성물 분석 ...154
• 3. 집적실험장치 ...157
• 4. 건조 슬러지 회분의 용융성과 흐름성 ...158
• 가. 건조 슬러지 회분의 구성 성분 ...158
• 나. 슬러지 회분의 용융성 ...161
• (1) 슬러지 회분의 용융온도 ...162
• (2) 회분의 용융온도와 회분 조성과의 관계 ...163
• (3) 슬러지 회분의 DTA분석 ...167
• 다. CaO flux 첨가에 따른 융점강하효과 ...170
• 라. 슬러지 회분의 점도 ...175
• 5. 건조 슬러지의 용융소각 시험 ...179
• 가. 건조 슬러지 용융소각 시험 결과 ...179
• 나. 용융 슬래그 처리된 슬러지 회분의 중금속 용출 특성 ...184
• 제4절 Pilot Plant 설계 ...186
• 1. 사업의 개요 ...186
• 2. 사업의 내용 ...187
• 3. 설계 개요 ...187
• 가. 처리방법 개요 ...195
• 나. 처리 시설의 개요 ...197
• 다. 주요 시설 검토 ...198
• (1) 슬러지의 처리용량 및 투입 ...198
• (2) 소각형식 ...203
• (3) 압입 송풍기(F.D FAN) 및 유인송풍기(I.D FAN) ...204
• (4) 냉각장치 ...205
• (5) 분진 제거 장치 ...206
• (6) 유해가스 제거장치 ...210
• (7) 최종처리방안의 설정 ...212
• (8) 처리시설 배치계획 ...212
• 4. 기계분야 ...213
• 가. 설계 개요 ...213
• 나. 주요 장치 구성 ...213
• 다. 각 공정별 주요 기능 및 특징 ...214
• (1) 건조설비 ...214
• (2) 유동층 열분해로 ...214
• (3) 용융소각로 ...215
• (4) 열교환설비 ...215
• (5) 공해방지설비 ...215
• (6) 통풍설비 ...215
• (7) 이송설비 ...216
• 라. 소각시설 기계장치 Specification ...216
• 5. Pilot Plant 설계 및 설치 ...222
• 가. 설치개요 ...222
• 나. Pilot plant의 배치 및 설치 ...223
• 다. 공정구성 및 장치 ...224
• (1) 공정 구성 ...224
• (2) 단위기기의 제작 및 설치 ...226
• (가) 슬러지 공급 및 전처리 ...226
• (나) 유동층 열분해 반응시스템 ...232
• (다) 용융소각 시스템 ...234
• (라) 연소용 공기 공급장치 ...242
• (마) 열 회수장치 ...242
• (바) 고온가스 순환시스템 ...245
• (사) 배가스 처리장치 ...248
• (아) 기타 부대설비 ...254
• 6. Pilot Plant 시운전 및 장치개선 ...256
• 가. 시운전 요령 ...256
• 나. 시운전 특성 및 결과 ...259
• 다. 장치 개선 ...259
• (1) 슬러지 feeder 및 hopper 보완 ...259
• (2) Wheel loader base 제작 및 설치 ...261
• (3) 건조 슬러지 feeder 보완 ...261
• (4) 용융 슬래그 제거장치 교체 ...263
• (5) 배기가스 by pass duct 및 cyclone 설치 ...264
• (6) Damper 및 bypass valve 설치 ...266
• (7) 보조 급수탱크 및 냉각수 공급 순환시스템 설치 ...267
• (8) 연소용 공기 압력 상승을 위한 F. D. fan 교체 ...268
• (9) PLC system 보완 ...269
• 제6절 Pilot Plant 운전 ...270
• 1. Pilot scale 슬러지 열분해/용융소각시험 ...271
• 가. 슬러지 공급 및 건조 과정 ...272
• 나. 건조 슬러지 용융소각시험 ...273
• (1) 용융소각 시험 방법 ...273
• (2) 용융소각 시험 조건 ...274
• (3) 용융소각 시험 결과 ...276
• (가) 슬러지 회분의 용융 및 배출특성 ...276
• (나) 용융 소각시스템 내부 온도분포 ...277
• (다) 대기 오염물질의 배출특성 ...279
• 제7절 하수슬러지 용융소각 슬래그의 재자원화 방안에 관한 연구 ...283
• 1. 서론 ...283
• 2. 용융소각 슬래그의 재자원화를 위한 기술 탐색 연구 ...285
• 가. 하수 슬러지의 성상분석 ...285
• 나. 하수 슬러지 용융 슬래그의 성상분석 ...287
• 다. 슬래그내 중금속들의 안정화/분리 방안 ...289
• 라. 건축재료로의 슬래그의 자원화 방안 ...290
• 마. 슬래그로부터 유가 금속 산화물의 회수 방안 ...297
• 3. 용융소각 슬래그의 재자원화를 위한 신기술 개발 연구 ...300
• 가. 슬래그로부터 Fe-free Al2O3 회수에 관한 연구 ...300
• (1) 서론 ...300
• (2) 실험 ...301
• (3) 결과 및 고찰 ...302
• (4) 결 론 ...307
• 나. 슬래그로부터 알칼리 처리에 의한 제올라이트성 물질의 제조에 관한 연구...308
• (1) 서론 ...308
• (2) 실험 ...309
• (3) 결과 및 고찰 ...310
• (4) 결론 ...316
• 제8절 용융슬래그의 유동성 최적화 및 슬래그 안정화연구 ...317
• 1. 용융슬래그의 유동성 최적화 ...317
• 가. 용융공정에서 점도 및 용융온도에 영향을 미치는 인자 ...317
• (1) 회재의 구성성분 ...317
• (가) SiO2 함유율 ...317
• (나) Al2O3 및 Fe2O3의 함유율 ...319
• (다) CaO/SiO2 비 ...320
• (라) 알칼리 금속 및 알칼리토류 금속의 함유율 ...323
• (마) 삼성분계 ...324
• (2) 산화/환원 용융조건 ...325
• 나. 하수슬러지의 회재조성과 용융성 및 유동성과의 상관관계 ...327
• (1) 대상시료의 물리화학적 특성조사 ...328
• (2) 소각잔류물의 조성변수 선정 ...330
• (3) 회재조성과 용융온도와의 상관관계 ...333
• (가) 경험변수(empirical parameter)와 용융온도와의 상관성 ...333
• (나) 산성 산화물과 용융온도와의 상관성 ...333
• (다) 염기성산화물에 대한 산성산화물 비와 용융온도와의 상관성 ...334
• (라) 염기성 산화물과 용융온도와의 상관성 ...336
• (4) 혼합회재에 대한 조성변수의 적용성 ...340
• 다. 회재조성을 이용한 하수슬러지의 용융온도 저감 특성 ...342
• (1) 일반적인 하수슬러지의 물리.화학적 특성 ...342
• (2) 회재조성 및 용융첨가제종류에 따른 용융온도 저감 특성 ...344
• (가) 대상 하수슬러지의 물리.화학적 특성 ...344
• (나) 회재조성에 따른 하수슬러지의 용융온도 저감특성 ...345
• 2. 슬래그 안정화 방안 연구 ...350
• 가. 용융고형화 공정에서의 중금속 거동 ...352
• (1) 산화분위기 ...352
• (2) 환원분위기 ...353
• 나. 용융슬래그의 냉각방식에 따른 물성 및 재이용 용도 ...355
• (1) 수냉슬래그 ...355
• (2) 공냉슬래그 ...355
• (3) 서냉슬래그 ...355
• 다. 용융조업조건에 따른 중금속 거동 특성 조사 ...356
• (1) 대상시료의 물리화학적 특성조사 및 시료선정 ...357
• (2) 용융고형화 실험 및 슬래그 분석 ...358
• (가) 고온전기로를 이용한 용융고형화실험 ...358
• (나) 용융슬래그 중의 중금속 분석 ...361
• (3) 용융슬래그 층분리특성 ...362
• (4) 슬래그층에서의 중금속 거동특성 ...364
• (가) 중금속의 존재형태 ...364
• (나) 슬래그층의 중금속 농도 및 잔류율 ...366
• (다) 중금속 용출특성 ...367
• 라. 냉각방식에 따른 슬래그 물성 변화 및 중금속 용출특성 ...369
• 3. 5 ton/day급 선회용융시스템에서의 하수슬러지 용융특성 ...373
• 가. 선회용융시스템 장치 개요 및 실험방법 ...374
• 나. 선회용융시스템 내 온도분포 특성 ...377
• 다. 대기오염물질 거동 특성 ...378
• 라. 슬래그 배출특성 ...380
• 제9절 경제성 분석 ...381
• 1. 서론 ...381
• 2. 공정의 개요 ...383
• 3. 각 공정의 물질 및 열수지 ...384
• 4. 경제성 분석 및 고찰 ...390
• 제10절 결론 ...397
• 제4장연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ...403
• 제1절 연구개발목표의 달성도 ...403
• 제2절 대외기여도 ...404
• 1. 정책수립자료 ...404
• 2. 환경기술의 홍보사절 ...405
• 3. 환경부의 역할 홍보 ...405
• 제5장연구개발결과의 활용계획 ...406
• 제1절 추가연구의 필요성 ...406
• 제2절 타 연구에의 응용 ...406
• 1. 저급 액체연료의 연소기술 ...406
• 2. 소각재의 안정화 및 무해화 처리 ...407
• 제3절 기업화 추진방안 ...407
• 참고문헌 ...408
• 부록 I : 유동층 열분해 실험결과 ...415
• 부록 II : 유동층 열분해 실험결과 ...420