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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 여운호
- 발행연도
- 2015
- 저작권
- 인천대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
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초록· 키워드
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신재생에너지 개발에 대한 선진국들의 인식과 집중도가 높아짐에 따라, 폐기물 에너지화 및 온실가스 저감을 목적으로 폐기물 고형연료 생산을 통한 에너지 회수에 이목이 집중되고 있다. 유럽에서는 이러한 폐기물 고형연료에 대해 바이오매스 함량 표시를 권고하도록 제도화하고 있으며, 바이오매스 함량에 따라 발전사의 발전가중치를 다르게 적용하고 있다. 하지만 바이오매스 함량이 높은 고형연료의 경우 발전가중치는 높게 받을 수 있으나 에너지 밀도가 낮기 때문에 이를 해결하기 위한 방법으로 최근 반탄화 기술이 제안되고 있다. 반탄화 기술은 비교적 낮은 온도에서 원료를 열분해하여 함수율은 낮추고 고정탄소 함량을 높임으로써 고형연료의 에너지 밀도를 증가시킬 수 있는 기술이다.
본 연구에서는 국내에서 생산되는 고형연료를 대상으로 유럽표준시험방법인 용해선별법을 이용하여 바이오매스 함량을 평가하였으며, 바이오매스 함량이 규명된 고형연료를 대상으로 반탄화 공정을 적용하여 반탄화 생성물의 특성을 비교·분석 하였다.
고형연료의 바이오매스 함량 분석 결과 바이오매스 함량이 낮을수록 상대적으로 발열량은 높은 것으로 나타났으며, 이는 생활폐기물을 이용하여 만든 고형연료에서 비-바이오매스에 해당되는 플라스틱류가 다량 함유되어 있을 경우 바이오매스 함량은 낮지만 발열량은 높게 평가되는 것으로 판단된다. 또한, 바이오매스 함량과 발열량의 회귀분석을 실시한 결과 회귀분석 결정계수가 0.9911로 나타남에 따라 두 인자 사이의 상관성을 수치적으로 확인할 수 있었다.
한편, 반탄화 공정을 적용한 고형연료의 발열량은 온도와 시간이 증가함에 따라 높아지는 경향을 보였다. 그러나 <400℃, 30분> 조건에서는 발열량이 감소한 것으로 나타났으며, 이는 연소 반응에 의한 고정탄소 감소 및 회분 증가와 관련이 있는 것으로 판단된다.
또한, 종이류, 목재류와 같은 바이오매스를 다량 포함한 고형연료의 경우 반탄화 공정을 통한 연료 품질 개선에 큰 효과가 있었으며, 낮은 바이오매스 함량을 가진 고형연료의 경우 반탄화 공정을 통한 연료 품질 개선은 효과가 작은 것으로 나타났다. 하수슬러지 기반의 고형연료의 경우 높은 바이오매스 함량을 가졌지만 반탄화에 의한 발열량 증가는 약 15%로 크지 않은 것으로 나타났다. 이를 통해 생활폐기물에서 기인한 바이오매스(종이류, 목재류 등)를 포함한 고형연료의 경우에만 반탄화 공정을 통해 연료 품질을 개선할 수 있는 것으로 판단된다.
즉, 바이오매스의 성상에 따라 반탄화에 의한 연료 품질 개선 효과는 차이가 있었으며, 향후 연구에서는 바이오매스 성상과 함량을 동시에 고려한 반탄화 특성에 대한 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 국내에서 생산되는 고형연료를 대상으로 유럽표준시험방법인 용해선별법을 이용하여 바이오매스 함량을 평가하였으며, 바이오매스 함량이 규명된 고형연료를 대상으로 반탄화 공정을 적용하여 반탄화 생성물의 특성을 비교·분석 하였다.
고형연료의 바이오매스 함량 분석 결과 바이오매스 함량이 낮을수록 상대적으로 발열량은 높은 것으로 나타났으며, 이는 생활폐기물을 이용하여 만든 고형연료에서 비-바이오매스에 해당되는 플라스틱류가 다량 함유되어 있을 경우 바이오매스 함량은 낮지만 발열량은 높게 평가되는 것으로 판단된다. 또한, 바이오매스 함량과 발열량의 회귀분석을 실시한 결과 회귀분석 결정계수가 0.9911로 나타남에 따라 두 인자 사이의 상관성을 수치적으로 확인할 수 있었다.
한편, 반탄화 공정을 적용한 고형연료의 발열량은 온도와 시간이 증가함에 따라 높아지는 경향을 보였다. 그러나 <400℃, 30분> 조건에서는 발열량이 감소한 것으로 나타났으며, 이는 연소 반응에 의한 고정탄소 감소 및 회분 증가와 관련이 있는 것으로 판단된다.
또한, 종이류, 목재류와 같은 바이오매스를 다량 포함한 고형연료의 경우 반탄화 공정을 통한 연료 품질 개선에 큰 효과가 있었으며, 낮은 바이오매스 함량을 가진 고형연료의 경우 반탄화 공정을 통한 연료 품질 개선은 효과가 작은 것으로 나타났다. 하수슬러지 기반의 고형연료의 경우 높은 바이오매스 함량을 가졌지만 반탄화에 의한 발열량 증가는 약 15%로 크지 않은 것으로 나타났다. 이를 통해 생활폐기물에서 기인한 바이오매스(종이류, 목재류 등)를 포함한 고형연료의 경우에만 반탄화 공정을 통해 연료 품질을 개선할 수 있는 것으로 판단된다.
즉, 바이오매스의 성상에 따라 반탄화에 의한 연료 품질 개선 효과는 차이가 있었으며, 향후 연구에서는 바이오매스 성상과 함량을 동시에 고려한 반탄화 특성에 대한 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된다.
목차
- 국문초록 ⅰ목 차 ⅲ표 목 차 ⅵ그림목차 ⅷ제 1 장 서 론 11.1 연구 배경 11.2 연구 목적 2제 2 장 이론적 배경 32.1 생활폐기물 발생 및 처리 현황 32.1.1 생활폐기물 발생 현황 32.1.2 생활폐기물 처리 현황 42.2 하수슬러지 발생 및 처리 현황 62.2.1 하수슬러지 발생 현황 62.2.2 하수슬러지 처리 현황 72.3 고형연료의 개요 82.3.1 폐기물 고형연료 정의 및 품질기준 82.3.2 폐기물 고형연료 제조시설 및 사용시설 현황 112.3.3 폐기물 고형연료 제조 및 공급 현황 132.3.4 하수슬러지연료탄 정의 및 품질기준 142.4 탄화 및 반탄화 162.4.1 탄화(Carbonization) 162.4.2 반탄화(Torrefaction) 172.4.3 연구 동향 182.5 바이오매스 함량 192.5.1 육안선별법 202.5.2 용해선별법 212.5.3 탄소동위원소법 22제 3 장 실험 내용 및 방법 233.1 실험 재료 및 장치 233.1.1 실험 재료 233.1.2 실험 장치 263.1.3 실험 조건 273.2 분석 방법 293.2.1 삼성분 및 공업분석 293.2.2 화학적 조성 303.2.3 중금속 303.2.4 발열량 313.2.5 바이오매스 함량 313.2.6 물질 및 에너지 수율 32제 4 장 실험 결과 및 고찰 334.1 고형연료의 물리·화학적 특성 334.1.1 삼성분 334.1.2 화학적 조성 344.1.3 중금속 354.1.4 발열량 364.1.5 바이오매스 함량 374.2 반탄화 생성물의 특성 424.2.1 공업분석 474.2.2 발열량 504.2.3 물질 및 에너지 수율 514.2.4 고형연료의 최적 반탄화 조건 55제 5 장 결론 58참 고 문 헌 60ABSTRACT 63감사의 글 65
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