가스화 용융식 환경공학과 3년 12조 김성률 주미랑

목 차 3.2 폐기물 가스화 용융기술의 종류 (1) 가스화 용융방식의 공정 (2) 반응로의 형식 1. 서론 목 차 1. 서론 2. 폐기물 가스화 용융기술 2.1 폐기물 가스화의 초기 2.2 폐기물 가스화의 기술개발 역사 3. 폐기물 가스화 용융기술의 원리와 종류 3.1 폐기물의 가스화 (1) 폐기물 조성상 특징 (2) 폐기물 가스화의 원리 (3) 폐기물 가스화 용융의 특징 3.2 폐기물 가스화 용융기술의 종류 (1) 가스화 용융방식의 공정 (2) 반응로의 형식

4. 일본의 폐기물 가스화 용융기술 <킬른식 가스용융로> (1) IHI•Kubota 방식 (2) Takuma (3) Hitachi 제작소 (4) Mitsui 조선 5. 결론

서론 폐기물 처리에 있어서 기존소각에 의한 문제점의 해결방안 가스화 용융기술 : 폐기물을 가열 혹은 부분 연소 등에 의해 가연성 가스를 발생함과 동시에 발행한 불연물을 가스화에서 발생된 가연성 가스와 함께 재를 융점 이상의 고온에서 연소시키는 기술 : 고온연소에서 다이옥신이 분해, 재는 녹아 슬래그가 되어 재중 유해물질을 슬래그 중에 고정화 시키는 동시에 용적도 단순한 소각에 비해 수 분의 일로 축소되어 환경적인 면에서 뛰어난 기술

폐기물 가스와 용융기술 1. 가스화의 초기 : 원형적인 것은 목재로 숯을 만드는 것 건류와 다른점은 목재의 열분해시에 나오는 가스생성물이나 액상물질은 버리고 남은 고체상 물질인 목탄을 얻는 것 2. 기술개발의 역사 : 미국, 유럽을 중심으로 1970년대 ~1980년에 걸쳐 연구가 진행 환경적인 면, 에너지 회수 및 유가물질의 회수가 종래의 소각방식보다 뛰어나 적용을 위한 기술개발의 주류는 1990년대 이후 개시

폐기물 가스화 용융기술의 원리와 종류 폐기물의 가스화 폐기물 가스화 용융기술의 원리와 종류 폐기물의 가스화 (1) 페기물의 조성상 특징 : 수분을 제거하고 가연분을 가연성 가스로 변화시키는 것이 관건 폐기물의 가스화는 열분해에 의해 얻을 수 있는 가연성 가스, 가연성 고체 및 가연성 액체의 삼성분의 물질을 최종적으로 모두 유효하게 이용하는 것 (2) 폐기물 가스화의 원리 : 반응가스 유입 이 가스는 탄화된 열분해의 잔유물을 계속 가스형태로 변화. 가스화는 엄격히 말해 열분해에 이어 연속적으로 진행되는 공정. 연료에서 산소가 빠져 나오지 못하게 하는 것이 중요

폐기물 조성상 기본적 구성은 탄소, 수소, 산소의 삼원소를 중심으로 하는 가연성 물질 즉, 화학결합으로 안정된 상태로 있는 삼원소를 얼마나 분리하여 가연성 가스를 발생시키냐 하는 것 (3) 폐기물 가스화 용융의 특징 ① 폐기물 반응속도를 완화시켜 열분해 함으로써 배기가스 처리효율 높임 ② 배가스량 대폭적으로 저감되므로 처리장치 소형화 ③ 고온연소에 의해 다이옥신 완전분해 ④ 열분해에 의해 생성된 가스와 잔사 이용 방치된 에너지 유효하게 이용 예) 1300℃ 이상의 고온으로 연소 또는 가스화와 재의 용융을 일괄하는 방식의 장점 ① 재 용융을 위한 외부열이 불필요

[표 1] 도시폐기물의 조성

② 고온연소에 의한 재의 슬래그화 및 다이옥신류는 고온 열분해에 의한 대폭적인 저감 기대 ③ 발전효율의 향상, 배기가스 처리설비의 컴팩트화 (건설비의 저감화) ④ 금속류는 비산화 상태로 회수되어 리사이클 용이 ⑤ 경제성이 뛰어남 3.2 폐기물 가스화 용융기술의 특징 (1) 공정 1) 방식 1 : “열분해”와 “가스화”의 편성방식 -열분해 반응로로부터 배출되는 열분해가스, 유분, 차르 등을 후단의 가스화로서 산소 또는 공기를 사용 한 부분연소에 의해 가연성 가스로 변환. 동시에 재는 용융 슬래그상으로 배출

2)방식2 : “열분해”와 “연소-용융”의 편성방식 -열분해 반응로로부터 배출되는 열분해가스, 유분, 차르 등을 후단의 연소로에서 충분한 공기의 기초로 완전하게 연소하는 동시에 재는 용융 슬래그상으로 서 배출 3) 방식3 : “열분해”,”가스화” 밎 “연소•용융”의 일체형 방식 -반응로 혹은 시스템이 일체형으로 열분해, 가스화 밎 연소ㆍ용융을 하나의 로에서 수행 (2)반응로 형식 1) 로타리킬른형 열분해로 : 로를 사용해 투입물을 간접 가열하면서 열분해하는 방식 2) 유동상 방식 열분해로 : 로내에서 폐기물의 일부를 스스로 연소시키면서 열분해하는 방식

[그림1] 직결식 가스화 용융, 연소 시스템 폐기물 열분해 용융·열분해 냉각시설 (발전시설) 방지시설 가연가스, Char 연소가스 Off - gas

[그림2] 직접식 가스화 용융, 연소 시스템 폐기물 가스화로 및 용융·연소로 냉각시설 (발전시설) 방지시설 연소가스 슬래그 가스화로 및 용융·연소로 냉각시설 (발전시설) 방지시설 연소가스 슬래그 Off - gas

◐설계상 중요한 점◑ ① 가스에 비해 카본입자는 불붙는 것도 늦고 고온이 아니면 연소에도 시간이 걸리므로 가능한 용융 연소실 상부에서 빨리 1000℃에 도달하도록 설계 ② 폐기물의 수분을 조정할 수 있는 건조로를 갖춰 열원으로 용융로 배출가스나 보일러의 증기를 이용하는 것도 고려 3) 샤프트로형 열분해로 : 제철용으로 실적이 있는 샤프트로를 사용하여 폐기물을 열분해에서 연소• 용융까지 행하게 하는 방식

[표 2] 페기물 가스화 용융기술의 특징 방식 특징 기술 과제 직결형태 열분해 용융방식 (가스화 용융로 방식) 로터리킬른 안정된 열분해 가스화 반응이 가능 유가 금속을 비산화로 회수 가능 설치 공간이 타 방법에 비해 큼 유동상 방식 고효율 발전이 기대됨 컴팩트 불연물 배출기구의 확립이 필요 안정한 유동기구의 확립이 필요 직접형태 열분해 외부 연료인 코크스를 이용하므로 보다 안정된 용융이 가능 외부연료(코크스)가 필요 유가금속의 회수가 곤란 분리형 재용융 방식 종래형태의 폐기물 발전기술에 부설가능 기술적으로 심플 소내율이 높고, 매전력이 다른 식보다 적음

[그림3] 로타리킬른 열분해용융로

[그림4] 유동상 방식 열분해로

[그림5] 직접열분해용융(샤프트로) 방식

일본의 가스화 용융기술 ◈킬른식 가스용융로◈ (1) IHI•Kubota 방식 : IHI의 외열킬른식 열분해로와 쿠보타의 회전식 표면 용융로를 조합한 기술. 킬른부분의 개발은 IHI에 의한 것으로 3개의 드럼을 내장하여 전열면을 늘림으로써 효율을 높이는 방식 (2) Takuma 방식 : 킬른식 열분해로와 선회용융로를 결합한 기술. 실용기로서는 1998년 가을에 폐차 슈레다더스트의 처리용으로서 90t/day를 완성하여 운전하고 있다

[그림6] IHI · Kubota방식 가스화 용융 시스템

[그림7] Takuma식 가스화 용융 발전 시스템

(3) Hitachi 제작소 : 킬른식 열분해로와 선회용융로를 결합한 기술 (3) Hitachi 제작소 : 킬른식 열분해로와 선회용융로를 결합한 기술. 기본적 기기구성은 건조기, 킬른식 열분해로 및 용융로 등으로 되어 있다 (4) Mitsui 조선 : 킬른식 열분해로와 선회용융로를 합성한 기술. 지멘스사에서 1991년에 기술 도입, 용융로는 내면에 내열캐스터를 갖는 보일러 수냉벽으로 보호되어 있다 ① 전처리공정 : 폐기물이 파트에 투입 →크레인에 의해 파쇄기로 전달 →파쇄 → 열분해 드럼으로 이송 ② 열분해공정 : 450℃의 온도에서 공기 차단된 분위기 에서 행해짐

③ 연소용융공정 : 열분해가스와 열분해 카본은 로 상부의 버너에 의해 고온연소 용융로에서 1300℃로 연소 된다 ③ 연소용융공정 : 열분해가스와 열분해 카본은 로 상부의 버너에 의해 고온연소 용융로에서 1300℃로 연소 된다. 이 온도는 소각재의 용융온도보다 100~ 150℃ 높게 설정되어 있어 안정된 용융상태 유지가능 ④ 불연물 분별공정 : 열분해 드럼 하부에서 불연물, 재, 열분해 카본에 섞인 잔사 →450~80℃냉각 → 진동체 에서 분리 → 각각의 Hopper에 저장 → 1m m이하의 크기로 분쇄 → 고온 연소 용융로 ⑤ 배가스 처리공정 : 폐열보일러에서 나온 배가스는 기존기술을 조합한 프로세스에서 처리 대기유해물질 의 연돌 출구조건을 만족 시킨 후 배출 ⑥ 발전공정 : 이 프로세스는 폐기물이 가진 에너지의 약 24%는 전력으로 회수가능. Recycling 21의 공정은 재 를 용융상태로 배출 다른 프로세스보다 높은 전력 회수율 보임

[그림8] Hitachi(日立)제작소 킬른 가스화 용융로 시스템

[그림9] Mitsui(三井)조선식 가스화 용융 시스템