초록 ▼

최종목표
함수율이 40∼80 %인 유기성 폐자원, 저급 석탄, biomass 유중증발 건조 시 발생하는 수증기 잠열 이용에 수증기 압축 기술을 융합한 고효율 및 낮은 에너지 소모 고형 연료화 기술 개발
개발내용 및 결과
◆ 유중증발 건조장치에서 열매체 온도를 130∼150 ℃ 정도로 유지한 상태에서 고함수 폐자원을 연속적으로 투입하면 가열된 열매체와 피 건조물 사이에 강력한 난류가 형성되어 열 및 물질전달이 이루어져 내부 수분은 열매체가 보유한 충분한 열과 수분보다 작은 분자량에 의해 고압의 수증기로 변하여 외부로

최종목표
함수율이 40∼80 %인 유기성 폐자원, 저급 석탄, biomass 유중증발 건조 시 발생하는 수증기 잠열 이용에 수증기 압축 기술을 융합한 고효율 및 낮은 에너지 소모 고형 연료화 기술 개발
개발내용 및 결과
◆ 유중증발 건조장치에서 열매체 온도를 130∼150 ℃ 정도로 유지한 상태에서 고함수 폐자원을 연속적으로 투입하면 가열된 열매체와 피 건조물 사이에 강력한 난류가 형성되어 열 및 물질전달이 이루어져 내부 수분은 열매체가 보유한 충분한 열과 수분보다 작은 분자량에 의해 고압의 수증기로 변하여 외부로 배출됨
◆ 유중증발 건조에서는 열매체와 피 건조물 사이에 비등열전달이 발생하여 약 500 W/m2℃의 매우 높은 열전달로 인하여 건조 속도가 빨라 10분 정도면 함수율 80 %인 피 건조물이 10 % 이하로 건조됨
◆ 유중증발 건조와 수증기 압축 기술을 융합한 고함수 폐기물 건조장치는 밀폐한 유중증발 건조장치 내부에서 피 건조물로부터 발생한 수증기와 보조 보일러에서 생산한 수증기를 수증기 압축기에 공급하여 압력과 온도를 높이고, 이 고온의 수증기를 열교환 장치에서 슬러지를 건조하는 기름 가열용 열원으로 사용함
◆ 연속식 유기성 폐자원 고품위 고형연료 생산 장치와 수증기 압축 기술을 이용한 낮은 에너지 소비 건조 설비 설계 및 운전기술 확립
▪ 폐자원 건조 고형연료 저위발열량 : 3,000 kcal/kg 이상
▪ 폐자원 건조 고형연료 함수율 : 5 wt.% 이하
▪ 수증기 압력 : 5.0 bar(절대압력)
▪ 가압 후 수증기 최대 온도 : 155 ℃
기술개발 배경
◆ 기존 개발된 건조 기술을 수분 함량이 약 80% 정도인 고함수 석탄, 유기성 슬러지, 축분, 음식폐기물 등에 적용하여 경제성을 분석한 결과 수분의 증발잠열이 과도하여 다량의 열에너지가 필요하게 됨
◆ 최근 정부의 신재생에너지 보급 확대 방안의 일환으로 국가 신재생에너지의 68 %를 점유하고 있는 폐기물 에너지의 확대를 위해 노력하고 있으나 기존 생활폐기물, 가연성 산업폐기물, 폐유 등은 대부분 에너지원으로 활용하고 있는바 현재 남아있는 가연성 폐기물은 고함수 유기성 폐기물이 대부분임
◆ 일반적인 건조방법 중에서 직접 또는 간접 가열건조 방법에서는 건조용 에너지 소모율이 『820～1,000 kcal/kg-수분』인 반면 유중증발 건조기술에서는 건조용 에너지 소모율이 『625～730 kcal/kg-수분』이므로 유중증발 건조기술과 새로운 수증기 잠열을 피 건조물 건조에 직접 이용할 수 있는 방안을 모색할 필요성이 요구됨
◆ 기존 일부 건조기술에서 건조과정에서 배출되는 수증기를 이용하여 피건조물 예열 등에 활용한 경우는 있으나, 수증기 온도가 100 ℃이고 가열하여야 할 피 건조물 온도도 100 ℃ 이상이 되어야 하므로 수증기 잠열을 효과적으로 이용하는 것이 불가능함(기존 건조기술에서 수증기 잠열을 약 20 % 정도 이용함
◆ 수증기 다단 압축 기술을 적용하여 엔탈피가 높은 수증기를 생산하는 기술은 기존 기체 압축과 달리 압축을 하면서 수증기 온도를 180 ℃ 정도까지 증가시키므로 소재의 열팽창 및 packing 문제와 더불어 다단 압축의 필요성이 대두됨
핵심개발 기술의 의의
◆ 비감압 유중증발 건조 기술은 국내·외에서 최초로 개발된 매우 compact한 기술로서 국내 및 일본 특허 다수를 보유하고 있음
◆ 원심력식 고압 수증기 압축 장치는 국내 최초인 기술로 국제적으로도 수준이 높은 기술이며 전 부품을 국산화함
◆ 유중건조 기술 및 수증기 압축장치를 플랜트화하여 국내 및 국외에 수출할 수 있음
적용 분야
◆ 하·폐수 슬러지, 가축분뇨, 음식폐기물에 유중증발기술을 적용하여 고형연료 생산 가능
◆ 각종 건조과정, 식품제조공정, 공업단지 등에서 발생하는 폐수 증기를 수집 압축하여 에너지원으로 사용

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 11
• 목 차 ... 19
• 표 목 차 ... 21
• 그 림 목 차 ... 22
• 제 1 장 서론 ... 25
• 제 1 절 과제의 개요(개발기술의 중요성 및 필요성) ... 25
• 1. 개발 대상 기술ㆍ제품의 개요 ... 25
• 제 2 절 국내ㆍ외 관련 기술의 현황 ... 33
• 1. 국내 기술 동향 및 수준(신청 기관 포함) ... 33
• 2. 국외 기술 동향 및 수준 ... 36
• 3. 국내ㆍ외 경쟁기관 현황 ... 36
• 4. 국내ㆍ외 지식재산권 현황 ... 37
• 제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적ㆍ경제적 파급 효과 ... 38
• 1. 개발 대상 기술ㆍ제품의 중요성과 파급효과 ... 38
• 2. 개발 대상 기술ㆍ제품의 파급효과 ... 38
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 41
• 제 1 절 최종목표 및 평가방법 ... 41
• 1. 최종목표 ... 41
• 2. 평가방법 ... 41
• 제 2 절 단계목표 및 평가방법 ... 42
• 1. 1차년도 ... 42
• 2. 2차년도 ... 42
• 3. 3차년도 ... 42
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 43
• 1. 1차년도 ... 43
• 2. 2차년도 ... 43
• 3. 3차년도 ... 44
• 제4절 수행 결과의 보안등급 ... 45
• 제5절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리현황 ... 45
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 46
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 46
• 1. 슬러지 유중 건조실험 ... 46
• 2. 고속회전형 소형 원심 압축기 전산유동해석 ... 89
• 3. 수증기 압축장치 제작 및 실험결과 ... 114
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 123
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 124
• 1. 국내ㆍ외 시장 현황 ... 124
• 2. 사업화 전망 ... 124
• 제 4 절 고용 창출 효과 ... 125
• 제 5 절 자체보안관리진단표 ... 126
• 부 록 A : 유중증발 건조장치 설계도 ... 127
• 부 록 B : 수증기 압축장치 설계도 ... 132
• 끝페이지 ... 162