초록 ▼

본 연구과제는 차세대 핵심 환경기술 개발사업의 일환으로 도시 쓰레기와 유기성 슬러지의 혼합소각 공정 및 장치 상용화 개발을 그 목적으로 하고 있다. 과제의 최종목표는 도시 쓰레기와 슬러지의 혼합소각 비율 30 % 이상의 안정소각 기술개발과 운전 최적화로 보조연료의 사용량 최소화, 에너지를 회수하는 효율적 소각기술 개발이다. 세부적으로는 본 연구의 핵심 요소기술인 수냉 화격자, 산소부화 소각 시스템, 고온 열교환기를 통한 폐열의 재순환, 효율적인 배출가스 처리 시스템 등에 대한 실험 및 고찰을 통해 최적의 소각로 운전 상태 및 슬러지

본 연구과제는 차세대 핵심 환경기술 개발사업의 일환으로 도시 쓰레기와 유기성 슬러지의 혼합소각 공정 및 장치 상용화 개발을 그 목적으로 하고 있다. 과제의 최종목표는 도시 쓰레기와 슬러지의 혼합소각 비율 30 % 이상의 안정소각 기술개발과 운전 최적화로 보조연료의 사용량 최소화, 에너지를 회수하는 효율적 소각기술 개발이다. 세부적으로는 본 연구의 핵심 요소기술인 수냉 화격자, 산소부화 소각 시스템, 고온 열교환기를 통한 폐열의 재순환, 효율적인 배출가스 처리 시스템 등에 대한 실험 및 고찰을 통해 최적의 소각로 운전 상태 및 슬러지 혼소율 30%의 달성 여부를 판단한다.
1. 수냉 화격자 시험
수냉 화격자의 시험에 있어서 가장 중요한 두 가지의 시험 내용은 고온 하에서의 냉각 성능과, 저온 상태에서의 응축 발생의 정도에 대한 시험이다. 특히 저온 상태에서 응축이 발생하는 경우 이를 적절히 억제하기 위해서는 화격자 표면 온도 분포, 특히 소각로 내 열 부하에 따른 가장 저온부가 되는 위치에서의 온도 변화를 파악하여야 한다. 본 연구에서는 실제 수냉 화격자를 대상으로 적절한 냉각관 형태 및 냉각수 유속 등을 결정한 뒤 파일럿 플랜트 소각로에도 동일한 수냉 화격자를 채택하여 화격자 냉각 정도를 판단하였다.
2. 산소부화 소각 시스템
본 연구에서는 순산소 공급장치를 사용하여 연소용 공급공기 중의 산소농도를 정상 공기인 21% 수준으로부터 약 24% 수준까지 올리면서 슬러지 혼합소각 시 산소부화가 적정한 소각을 달성하고, 배출가스 중의 불완전 연소 배출물질의 농도를 저감하는데 도움이 되는 지에 주안점을 두어 산소 부화 연소의 슬러지 혼합소각에 적용이 가능한 지 여부를 판단한다.
3. 고온 열교환기를 통한 폐열의 재순환
고온 열교환기는 2차 연소실에서 배출되는 고온의 연소가스와 공급되는 공기 간에 열 교환으로 공급공기 온도를 최소 $300^{\circ}C$ 이상의 온도로 가열하여 연소실에 공급하는 것이다. 소각 가능한 저발열량 범위를 약 1,300 kcal/kg 까지 낮출 수 있을 것으로 판단되지만 가장 중요한 요소는 공급하는 공기의 양을 적절히 감소시키면서 불완전 연소를 최대한 억제하는 것이다. 동시에 본 연구에서는 배출가스의 일부를 재순환하여 연소용 2차 공기로 공급함으로써 폐열의 재순환 이용의 추가 확대를 시도하였다.
4. 효율적인 배출가스 처리 시스템
소각설비 배출가스 처리 시스템의 개발에서 중점을 둔 부분은 다이옥신의 배출 억제지만 동시에 2004년부터 소각로 배출 규제가 시작된 수은 배출농도도 매우 중요한 요소가 된다. 본 연구에서는 슬러지 혼합소각 시 다이옥신과 동시에 수은을 제거할 수 있는 방안으로 화학첨착 흡착제를 이용하는 방식을 채택하여 다이옥신 및 수은의 배출농도 측정 시험을 수행하였다.

Abstract ▼

As a part of Eco-technopia 21 project, the objective of this research is to commercialize the co-incineration facility of municipal solid waste and organic sludges. The core technologies for this facility are the water cooling grate, the oxygen enrichment, the recuperator, and the effective cleaning

As a part of Eco-technopia 21 project, the objective of this research is to commercialize the co-incineration facility of municipal solid waste and organic sludges. The core technologies for this facility are the water cooling grate, the oxygen enrichment, the recuperator, and the effective cleaning of the flue gas. Through these technologies, the optimal operating condition of the incinerator will be found.
1. Water cooling grates
The experimental factors for the water cooling grate are the cooling performance at the high temperature and the corrosion prevention at the low temperature. The corrosion causes a severe problem on the grate sufface. Therefore, it is essential to investigate the grate temperature distributions with varying thermal heat load of the incinerator. In this research, the grate temperature distributions was simulated with various types of the cooling pipe and cooling water velocity using by the numerical simulation.
2. Oxygen enrichment incineration technology
In this research, the oxygen concentration was increased to 24% using by the liquid oxygen supply. The oxygen enrichment has worked well to reduce unburned carbon of the flue gas.
3. Waste heat recirculation using by recuperator
The recuperator exchanges the heat between the combustion air and the flue gas, and the temperature of the combustion air was increased up to $300^{\circ}C$. Therefore, it can decrease the incineration limit of the waste to 1,300 kcal/kg.
4. Effective process disposing the flue gas
Mercury as well as dioxin is one of the important hazardous air pollutants which is generated in the incinerator. In this research, the chemically impregnated adsorbent, which can simultaneously remove dioxin and mercury, is used and the HAPs concentration was measured prior to the bag filter and the stack.

목차 Contents

• 제출문...1
• 요약문...3
• SUMMARY...11
• CONTENTS...17
• 목차...19
• 표 목차...24
• 그림 목차...26
• 제 1 장 서 론...33
• 제 1 절 연구과제의 개요...33
• 제 2 절 연구 목표 및 내용...36
• 1. 수냉화격자 시험...36
• 2. 산소부화 소각 시스템...37
• 3. 고온열교환기를 통한 폐열의 재순환...37
• 4. 효율적인 배출가스 처리 시스템...37
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...39
• 제 1 절 슬러지 소각 관련 기술 현황...39
• 1. 국외의 개발 사례...39
• 2. 국내의 개발 사례...41
• 3. 산소부화 고온 소각...43
• 4. 슬러지 소각 관련 국내 특허 조사...44
• 제 2 절 차세대 스토카 소각로의 개발 동향...46
• 1. 서 론...46
• 2. 폐기물 소각처리기술의 과제...47
• 3. 차세대 스토카 소각로 개발 개념과 특징...49
• 가. 차세대 소트카 소각로 개발 개념과 목표...49
• 나. 차세대 스토카 소각로 요소기술 실례...52
• 4. 앞으로의 전망...55
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과...57
• 제 1 절 파일럿플랜트 개념설계...57
• 1. 폐기물 투입구...57
• 가. 폐기물 투입구의 종류...58
• 나. 폐기물 투입구의 형상 및 크기...59
• 다. 기타...59
• 2. 폐기물 공급장치의 설계...60
• 3. 연소장치의 종류 및 설계...62
• 가. 화격자식 연소장치...62
• 나. 기타 연소장치...69
• 다. 소각로 본체의 구조 및 재료...71
• 라. 보조 연소장치...83
• 마. 2차 연소용 공기 공급 장치...86
• 4. 연소가스 냉각설비의 설계...87
• 가. 보일러...87
• 나. 증기복수설비...97
• 다. 물분사식 가스냉각설비...98
• 5. 소각설비의 배출가스 처리설비...102
• 6. 소각시설의 소각재 배출설비...109
• 가. 소각재...109
• 나. 소각재 냉각장치...111
• 다. 소각재 이송장치...111
• 라. 재 및 먼지슈트...112
• 마. 먼지반출장치...112
• 7. 소각시설의 소각재 처리설비...122
• 가. 소각재 발생현황...123
• 나. 소각재 처리설비...123
• 제 2 절 대상 폐기물의 특징 및 성상...128
• 1. 도시 폐기물(Municipal Solid Waste, MSW)...128
• 2. 유기성 슬러지(Organic Sludge)...129
• 제 3 절 혼합소각 처리 핵심기술 개발...133
• 1. 화격자 상세설계...133
• 2. 상압 냉각수 수냉 화격자 기술...134
• 3. 소각로 내 화격자 온도 분포 모사 계산...144
• 가. 계산 목적...144
• 나. 계산 대상...146
• 다. 계산조건...146
• 라. 계산 방법...146
• 마. 계산 결과...146
• 바. 결론...156
• 4. 소각로 내 화격자 온도 분포 모사 실험...156
• 가. 실험 목적...156
• 나. 실험 장치...156
• 다. 실험 방법...157
• 라. 실험 결과...160
• 마. 결론...165
• 5. 산소부화 연소 기술...166
• 6. 폐열회수 및 재순환 기술...167
• 가. 슬러지상 폐기물의 혼합 소각 한계...167
• 나. 고온공기 공급을 위한 열교환기 설계...169
• 7. 유기성 슬러지 투입설비...170
• 가. 슬러지 투입 장치 관련 기술 현황...170
• 나. 슬러지 투입설비의 문제점...171
• 다. 본 연구의 슬러지 특성 및 투입방식...171
• 라. 슬러지 투입설비 현황(서남하수처리사업소)...172
• 제 4 절 파일럿 플랜트의 설계 및 제작...176
• 1. 설계 및 제작 개요...176
• 2. 공정도...177
• 가. 폐기물 투입 설비...178
• 나. 연소설비...179
• 다. 연소가스 냉각설비...180
• 라. 배가스 처리설비...180
• 3. 열정산...181
• 가. 배출시설의 소각처리...181
• 나. 연소이론에 의한 배기가스량 계산...181
• 다. 보조연료 발생가스량 계산...185
• 라. 보조연료 사용량 계산...187
• 마. 소각로의 열정산...191
• 바. 공랭식 열교환기의 열정산...193
• 사. 배출가스 후처리설비의 열정산...195
• 4. 오염물질 배출 예측...198
• 가. 발생 배가스량 산정...198
• 나. 오염물질 발생 농도 예측...199
• 다. 발생 ASH량 산정...206
• 라. UTILITY 산정...208
• 5. 주요설비의 설계 내역...210
• 가. 소각로 설계...210
• 나. 고온 열교환기 설계...211
• 다. 반건식 흡수 시설 설계...213
• 라. 송풍기 설계...213
• 마. DUCT 설 계...215
• 바. 기타 설비 계산...216
• 6. 제작도면 및 제작현황...218
• 제 5 절 파이롯 플랜트 실험 내용 및 결과...222
• 1. 시스템 개념 및 공정도...222
• 2. 생활폐기물 소각 실험...228
• 3. 30% 혼소율에서 순산소 유량에 따른 작동 상태...231
• 4. 혼소율에 따른 작동 상태...235
• 5. 산소 부화 및 혼소율 실험 및 계산 결과 비교...237
• 6. 활성탄...240
• 7. 배출 가스중의 구은 배출 농도...242
• 가. 서론...242
• 나. 소각 시설 배출가스 중의 수은 농도 측정...244
• 8. 다이옥신 분석 결과(혼소율 30%)...255
• 가. 다이옥신 측정 절차...255
• 나. 다이옥신 분석 절차...266
• 다. 배출가스 측정결과...273
• 라. 다이옥신 분석 결과...277
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도...285
• 제 1 절 본 과제의 목표 달성도...285
• 제 2 절 연구 성과...289
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...293
• 제 1 절 활용 계획...293
• 제 2 절 기대 성과...295
• 제 3 절 경제성 분석...296
• 제 6 장 참고문헌...299