초록 ▼

연구개발결과
하수슬러지 유동층 소각로를 설계하기 위해 1차년도 연구목표인 Lab scale (소각용량: 10kg/hr) 설비의 설계를 진행하였다. Lab scale 설비의 공정은 “슬러지 저장호퍼 → 유동층 소각로 → 사이클론&루프실 → 열교환기 → 여과집진시설 → 송풍기 → 연돌”로 구성된다. 유동층 소각로 설계시 초기엔 순환유동층으로 선정하였으나 설치 부지의 높이 제한으로 인하여 기포유동층이면서 순환이 이루어 질수 있도록 설계하였다.
이후, Pilot scale 설비를 설계하였는데, 이는 Lab scale 설비의 설계

연구개발결과
하수슬러지 유동층 소각로를 설계하기 위해 1차년도 연구목표인 Lab scale (소각용량: 10kg/hr) 설비의 설계를 진행하였다. Lab scale 설비의 공정은 “슬러지 저장호퍼 → 유동층 소각로 → 사이클론&루프실 → 열교환기 → 여과집진시설 → 송풍기 → 연돌”로 구성된다. 유동층 소각로 설계시 초기엔 순환유동층으로 선정하였으나 설치 부지의 높이 제한으로 인하여 기포유동층이면서 순환이 이루어 질수 있도록 설계하였다.
이후, Pilot scale 설비를 설계하였는데, 이는 Lab scale 설비의 설계인자를 바탕으로 scale-up 하여 시간당 190kg의 설비를 설계하였다. Pilot scale 설비에서 대상하는 하수슬러지는 논산시 하수처리장에서 발생된 슬러지로 소각하였고,이는 수분함유율이 10~15%이내이며, 저위발열량이 약 3,300kcal/kg 이다.
Pilot scale 설비의 공정은 “슬러지 저장호퍼 → 유동층 소각로 → 사이클론&루프실 → 보일러 → 열교환기 → 건식 반응탑 → 여과집진시설 → 송풍기 → 세정집진시설 → 연돌”로 구성된다. Lab scale 설비와는 다르게 유동층 소각로에서 발생되는 열에너지를 보일러에서 Steam의 형태로 회수하며, 악취제거 및 오염물질의 추가 제거를 위해 세정집진시설을 추가 설치하였다.
유동층소각로 설계시 특히 하수슬러지의 투입을 고려하였다. Pilot scale 설비에서 소각하는 하수슬러지는 분말형태이며 휘발분 성분이 높아 연소되기 전에 유동로에서 배출되는 것을 고려하여 inbed 투입으로 하수슬러지를 공급하였다. 그러나, inbed 투입시에는 고온에 하수슬러지 공급장치가 노출되므로 공급장치의 열변형 및 국부가열을 고려하여 냉각공기가 함께 투입될 수 있도록 설치하였다.
유동층소각로는 지름 1.2m, 높이 6.5m의 규격이며, 내화캐스타블과 단열캐스타블을 설치하여 열손실을 최소화했다.
촉매회수장치는 유동로 하부에서 배출되는 ash를 입자 size에 따라 선별되도록 설치하여, 유동사, 촉매, 바닥재가 분리되도록 설치했다.
이에 따라 하수슬러지 유동층 소각로 시스템을 시운전한 결과, 로내 온도가800~900℃에서 안정적으로 하수슬러지를 소각하는 것을 확인하였고, 장기 시운전에도 안정적인 연소를 확인할 수 있었다. 또한, 촉매를 유동매체로 사용하였을 때 N₂O의 배출 농도는 50ppm 이하인 것으로 나타났다.
Pilot scale 설비는 Lab scale 설비와는 다르게 보일러가 설치되어 있는데, 실제소각시 발생되는 Steam은 논산 하수처리장에 설치된 하수슬러지 건조로에서 이용되었고, 시간당 500kg 이상의 스팀공급을 확인하였다.
유동층 소각로 하부에 설치된 촉매회수시설의 가동도 확인하였는데, 바닥재를 촉매회수설비로 촉매 선별시 인입된 촉매량 대비 85% 이상을 회수하여 재사용 하였다.

Abstract ▼

Ⅳ. Results
In order to design sewage sludge fluidized bed incinerator (FBI), the layout of lab-scale equipment (incineration capacity: 10 kg/h) was made, where the process consisted of “sludge storage hopper, fluidized bed incinerator, cyclone/loop-seal, heat exchanger, filtered dust collector, b

Ⅳ. Results
In order to design sewage sludge fluidized bed incinerator (FBI), the layout of lab-scale equipment (incineration capacity: 10 kg/h) was made, where the process consisted of “sludge storage hopper, fluidized bed incinerator, cyclone/loop-seal, heat exchanger, filtered dust collector, blower and stack”.In the design of the incinerator, the initial design of circulated FBI was changed to bubbled one with circulation due to the limitation of height in the construction area.
190 kg/h of FBI was designed for pilot-scale equipment, based on the design factors of lab-scale one. The pilot-scale one was used to incinerate sewage sludge discharged from the sewage treatment facility in Nonsan-si.The sewage sludge contented 10~15 % of moisture and its low-heating value was 3,300 kcal/kg.
The process of the pilot-scale one was slightly modified to “sludge storage hopper, fluidized bed incinerator, cyclone/loop-seal, boiler, heat exchanger,dry reaction tower, filtered dust collector, blower, wet dust scrubber and stack”. In the pilot-scale one, heat energy produced in the incinerator was recovered into steam by the boiler. The wet dust scrubber was additionally installed in order to deodorize exhaust gas and remove the pollutants.
As sewage sludge was fed in a powder form and had high concentration of volatile component, the sludge was supplied in in-bed type rather than in over-bed one in order to prevent the sludge from venting without complete incineration. However, the supply with in-bed type might cause the thermal transformation of the sludge feeder and the formation of local hot spots because of the overheated area around the feeder. Thus, the feeder was designed to supply the powder sludge simultaneously with cooling air.
The diameter and height of the incinerator were 1.2 m and 6.5 m,respectively. The inside of the incinerator was constructed with castable refractories and insulators to minimize heat loss. The catalyst recovery system was built under the bottom of the incinerator for screening sand, catalyst and bottom ash of sludge.
In the test in operation of the incineration system, it was found that the incineration of the sewage sludge was stabilized at 800~900 ℃ of incinerator temperature for 48 hours of operation time. Moreover, N₂O concentration of exhaust gas was less than 50 ppm, when using a catalyst as a fluidization bed material. The installed boiler could produce over 500 kg/h of steam which was transferred to the sewage sludge dryer in the sewage treatment facility in Nonsan-si. The use of the catalyst recovery system could achieve higher than 85 % of catalyst recovery from a mixture of ash and catalyst.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약서 ... 4
• 요약문 ... 8
• SUMMARY ... 12
• 목차 ... 16
• 표목차 ... 18
• 그림목차 ... 20
• 제1장 서론 ... 25
• 제1절 연구개발과제의 개요 ... 27
• 1. 연구개발의 목적 및 필요성 ... 27
• 2. 연구개발대상 기술의 차별성 ... 33
• 제2절 연구개발의 국내외 현황 ... 35
• 1. 해외 기술개발 동향 ... 35
• 2. 국내 기술개발 동향·시장 ... 36
• 제3절 연구개발의 내용 및 범위 ... 39
• 1. 연구개발의 최종목표 ... 39
• 2. 연도별 연구개발 목표 및 평가방법 ... 39
• 3. 연도별 추진체계 ... 41
• 제2장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 47
• 제1절 연구개발 결과 및 토의 ... 49
• 1. Lab Scale 하수슬러지 유동층 소각로 설계 ... 49
• 2. Pilot Scale 하수슬러지 유동층 소각로 설계 ... 60
• 3. Pilot Scale 하수슬러지 유동층 소각로 제작 및 시운전 ... 96
• 제2절 연구개발 결과 요약 ... 123
• 제3장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 ... 125
• 제1절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 127
• 제2절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 128
• 1. 기술적 측면 ... 128
• 2. 환경적 측면 ... 128
• 3. 경제적․산업적 측면 ... 128
• 4. 일자리창출 측면 ... 129
• 제4장 연구개발결과의 활용계획 등 ... 131
• 제1절 연구개발 결과의 활용계획 ... 133
• 1. 관련기술의 시장규모 및 적용분야 ... 133
• 2. 하수슬러지 유동층 소각로 활용 계획 ... 135
• 제2절 연구개발과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 139
• 제3절 연구개발결과의 보안등급 ... 143
• 제4절 NTIS에 등록한 연구시설·장비현황 ... 144
• 제5장 참고문헌 ... 147
• 부록 ... 149
• 부록 1 운전 매뉴얼 ... 151
• 끝페이지 ... 159