환경학과, 환경 폐기물 등 생활 폐기물 관리 요점 요약 정리 6. 폐기물의 열적처리

제 6 장 폐기물의 열적처리

 

1. 연소의 정의

􀃎 연소: 빛과 열이 있는 급격한 산화 현상

􀃎 연소계산: 일반 화학반응의 원리와 법칙에 따라서 연소 반응계와 생성계 사이에 존재하는 양적관계를 계산하는 일

􀃎 연료의 연소: 연료의 조성 중 가연원소, 즉 탄소(C), 수소(H) 및 황(S)의 연소

 

2. 연소 계산

예문1) 탄소 1 kg을 완전연소 시킬 때 연소 가스량은?

예문2) 수소 1kg을 완전연소 시킬 때 건조 연소 가스량은 얼마인가?

(단, 산소 1 Sm3에 대한 질소의 용적비는 3.76)

☞ 탄소(C), 황(S)과 달리 식중의 수소분을 H로 표현하지 않고 (H－O/8)로 표현한 이유

: 연료 중 산소(O)는 수소(H)와 결합하여 결합水(H2O)를 이루기 때문이며,

따라서 산소와 결합水를 이루는 수소는 연소에 이용되지 않는 것으로 보아 이를 공제한 것

이렇게 전체 수소에서 공제한 수소를‘유효수소’라고 하며, 이때 H와 O의 결합이 중량비로

2 g : 16 g, 즉 1 : 8 이기 때문에1/8을 곱한 산소를 수소에서 빼는 것임

예문)) 탄소 80%, 수소 10%, 산소 7%, 황 3%인 중유의 연소에 필요한 이론공기량은 ?

3. 소요공기량

􀃎 공기비의 정의와 계산

① 공기비의 정의

- 이론공기량 만큼을 공급해서는 완전 연소가 불가능하므로 실제로는 이론공기량보다 많은 양의 공기를 공급하게 됨

 이론공기량에 대한 실제 소요공기량의 비를 공기비(과잉공기계수)

- 이론공기량(Ao)에 대해 실제 소요공기량을 A 라하고, m을 공기비라 하면

- 과잉 공기율은

􀃎 공기비의 계산

- 일반적으로 연소가스의 조성으로부터 계산하는데 건조 연소가스 중 각 성분의 부피 %를

N2, O2, CO로 나타내면

- 한편 기체연료에서 H 분이 적고 큰 과잉공기를 사용하는 경우, 즉 완전연소가 이루어지는 경우는 N2＝79이니까

􀃎 이론연소가스량(이론습윤연소가스량 및 이론건조연소가스량)

- 이론연소가스량 : 연료가 이론공기량으로 완전연소되었다고 가정했을 때에 생성되는 가스량

- 이론연소가스량 (이론습윤연소가스량(G0), 이론건조연소가스량(G0'))과

실제연소가스량 (습윤연소가스량(G), 건조연소가스량(G'))의 관계

☞ 여기서 (m-1)Ao 는 과잉공기량을 의미하며 Ao 는 이론 공기량, m 은 과잉 공기계수

4. 발열량

5. 배출가스의 분석과 오염성분의 농도 계산

 

6. 소각의 조건

􀃎 소각 : 충분한 산소 및 충분한 접촉시간을 통하여 폐기물을 완전 산화시키는 것

􀃎 장점: 위생적이며, 폐기물의 무게가 13~20%로 감소하고, 부피는 5~6%로 감소되며,

매립에 소요되는 넓이가 크게 감소

􀃎 유기물질을 완전 연소시키기 위해서는 산소이외에 3T가 있어야함

 충분한온도(Temperature), 연소시간(Time), 충분한 혼합(Turbulence)

􀃎 연소가스 체류시간은 폐기물 소각량에 따라 다음과 같음

(연소실 내부온도가 850℃ 이상으로 유지되는 상태 하에서)

- 200 kg/일 이하 : 0.5초 이상 - 200 kg/일~2,000kg/hr : 1.0초 이상

- 2,000 kg/hr 이상 : 2.0초 이상

􀃎 소각공정의 구성

① 폐기물 반입공급 ② 소각 ③ 폐열 회수 ④ 연소가스 처리 ⑤ 소각재 처리 등

7. 소각로의 종류

① 화격자 소각로(Grate or Stoker)

- 도시 생활폐기물의 소각시, 가장 보편적으로 사용하는 소각로 형식

- 소각로 내에 고정화격자와 가동화격자를 설치하여 이 위에 소각물을 올려서 태우는 방식

- 화격자(grate 또는stoker)의역할

·주입폐기물을 운반시켜 적절히 연소되게 함

·화격자 사이로 공기가 유통되도록 하는 기능

② 고정상 소각로(Fixed Bed Incinerator)

- 화상위에서 소각물을 태우는 방식

- 화격자로서는 적재가 불가능한 슬러지, 입자상물질 등의 연소에 적당

③ 회전로(Rotary Kiln)

- 주로 유해폐기물의 소각처리시에 많이 사용

- 회전하는 원통형 소각로로서 경사진 구조

④ 유동층 소각로(Fluidized Bed Incinerator)

- 유동층 소각로는 밑에서 가스를 주입하여 불활성층(모래)을 띄운 후 이를 가열시키고 상부에서 폐기물을 주입하여 태우는 것

- 난연성 폐기물 소각에 적합하며

특히 하수슬러지 및 폐유, 폐윤활유 계통 소각에 탁월한 성능

⑤ 다단로(Multiple Hearth)

- 과거 미국에서 하수슬러지의 소각시 많이 사용

 현재는 신규로 설치하는 사례는 거의 없는 소각방식

- 다단로의 가동영역  건조, 연소 및 탈취, 그리고 냉각영역

 액체 주입형 소각로(liquid injection incinerator)

- 액상폐기물의 연소에 많이 이용

- 회전로와 그 원리는 유사하나, 소각재의 배출설비가 없으므로 액상폐기물에만 사용이 가능

8. 열분해(pyrolysis) : 산소가 없는 상태에서 폐기물에 외부로부터 열을 공급함으로써 분해와 응축반응을 거쳐 기체, 액체 및 고체 상태의 연료를 생산하는 것