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에너지자원 확대를 위한 폐기물 소각 활용방안 연구

A Study on Utilization of Waste Incineration for Energy Resource Expansion

김진우 (Jin Woo Kim, 포항공과대학교)

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초록 moremore
Fossil fuels have been used as main energy sources for many years. However, these fossil fuels are considered as main causes for the greenhouse effect and are on the brink of being exhausted. The shortage of electric power is occurred in Korea because there are high demands for electric power. There...
Fossil fuels have been used as main energy sources for many years. However, these fossil fuels are considered as main causes for the greenhouse effect and are on the brink of being exhausted. The shortage of electric power is occurred in Korea because there are high demands for electric power. Therefore, it is required to consider the alternative power sources, because the rate of dependence on imports of fuels for power production is around 96.2% in Korea. The amount of disposal waste in Korea has been increased as industrial development has grown up. Generally, these waste materials are handled by recycling, incineration and landfill, and etc. The best way to handle the waste is to minimize the amount of waste itself. However, it is more important to handle the waste effectively. Nowadays, the waste is considered as energy source in economic, environmental, and industrial senses. Furthermore, it is required to use the unused energy such as surplus heat in the waste incineration facility. However, the heat recovery rate of the waste incineration facility in Korea has a limitation because the facility is designed for safe process of waste rather than heat recovery. However, increase of the heat recovery rate in the waste incineration facility is required to minimize waste and increase energy efficiency. Therefore, theoretical and numerical approaches are applied to increase energy efficiency of the waste incineration facility in this study. The optimized model is developed to use surplus heat in the power plant facility. Based on the numerical simulation, it is possible to produce electricity of 31,006 MWh per year and additional profit of 4,986 million Korean won. These results show that when the power generation unit is used in the waste incineration facility over Korea, the additional 500MW electricity per hour (0.7% of Korea maximum power consumption) can be produced. Therefore, the power generation unit in the waste incineration facility can be used as a possible solution for supply shortage of electricity and expansion of energy sources. Furthermore, if the facility which can produce high temperature and high pressure steam is used in the new waste incineration facility and renewal of existing facilities, the production ratio of electricity will be improved.
초록 moremore
인류는 근대 들어 인간의 편의를 유지하는 데 필요한 엄청난 에너지를 화석연료에 의존했다. 그로 인해 지구온난화로 인류와 지구상 생물의 생존이 위협받고, 화석연료도 얼마 지나지 않아 고갈될 것이라는 경고가 나오고 있다. 특히 최근 우리나라의 경우 생활 수준의 향상과 에너지 소비의 증가로 인해 전력의 공급부족사태가 발생하고 있는 현실이다. 따라서 에너지 소비가 많고, 에너지 수입의존도가 96.2%나 되는 우리나라는 대체에너지 개발에 대한 관심이 더욱 필요하다. 국내 폐기물 발생량은 급격한 산업 발전과 도시화에 따라 증가하고 있으며, ...
인류는 근대 들어 인간의 편의를 유지하는 데 필요한 엄청난 에너지를 화석연료에 의존했다. 그로 인해 지구온난화로 인류와 지구상 생물의 생존이 위협받고, 화석연료도 얼마 지나지 않아 고갈될 것이라는 경고가 나오고 있다. 특히 최근 우리나라의 경우 생활 수준의 향상과 에너지 소비의 증가로 인해 전력의 공급부족사태가 발생하고 있는 현실이다. 따라서 에너지 소비가 많고, 에너지 수입의존도가 96.2%나 되는 우리나라는 대체에너지 개발에 대한 관심이 더욱 필요하다. 국내 폐기물 발생량은 급격한 산업 발전과 도시화에 따라 증가하고 있으며, 재활용, 소각, 매립 등의 방법이 폐기물 처리방법으로 주로 사용되고 있다. 폐기물을 처리하는 방안으로 가장 중요한 것은 물론 발생 그 자체를 최소화하는 것이나 발생된 폐기물을 효율적으로 처리하는 것도 매우 중요한 문제이다. 따라서 경제적, 환경적, 산업적 측면에 있어 폐기물을 에너지 자원으로 인식하고, 활용하여 폐기물 소각시설의 잉여 열과 같은 미 활용 에너지를 적극적으로 활용하여야 한다. 하지만 국내에 설치되어 있는 폐기물 소각시설의 대부분은 에너지 회수보다는 폐기물을 안전하게 처리하는데 중점을 두고 설계되어 열 회수율을 높이는데 한계가 있었다. 이에 폐기물 소각시설의 잉여열을 이용한 에너지이용 확대는 폐기물의 최소화 및 에너지이용 효율 강화 측면에서 향후 연구개발이 필요한 분야이다. 따라서 본 연구에서는 잉여 열이 발생하고 있는 실제 폐기물 소각시설(500톤/일)을 연구대상으로 이론적인 방법과 전산모사 방법을 통하여 에너지 이용효율 개선방안을 확인하였다. 연구대상에 발전설비(5.36MW/hr)를 추가하여 잉여 열을 에너지자원으로 이용할 수 있는 최적모델을 개발하였을 경우, 설비자체에서 소모하는 전력을 제외하고 연간 31,006MWh의 전기생산으로 49.86억원/년의 추가적인 수익이 발생할 것으로 예상되었다. 이는 전국의 기존 소각시설에 발전설비를 도입하여 에너지이용효율을 높인다면, 폐기물 소각을 이용하여 국가최대전력소비량의 0.7%정도인 시간당 500MW의 전력을 생산할 수 있음을 의미하며, 매립지 수명 연장뿐만 아니라 분산형 전원으로서 전력공급부족 해결 및 에너지자원 확대에 기여할 것으로 판단된다. 또한 장기적으로 폐기물의 에너지화를 위해 신규 소각시설을 도입하거나, 노후화된 시설의 설비를 교체할 때 현재보다 고온, 고압의 증기를 생산할 수 있는 설비를 설치한다면 에너지 자원의 활용과 확대에 있어서 좋은 대책이 될 것으로 판단된다.
목차 moremore
ABSTRACT I
TABLE OF CONTENTS III
LIST OF TABLES V
...
ABSTRACT I
TABLE OF CONTENTS III
LIST OF TABLES V
LIST OF FIGURES VI
NOMENCLATURE VII
제1장 서 론 1
1.1 연구의 배경 및 필요성 1
1.2 연구의 목표 3
제2장 이론적 배경 검토 5
2.1 폐기물 발생 및 처리현황 5
2.2 소각 설비의 필요성 9
2.3 폐기물 처리 기술 10
2.3.1 폐기물 소각 기술 10
2.3.2 스토커 (화격자)식 소각로 14
2.3.3 유동상식 소각로 16
2.4 소각 시설의 열 회수 기술 18
2.4.1 소각 시설 소내 사용 19
2.4.2 발전방식 20
2.4.3 열 공급 방식 20
2.4.4 열 병합 방식 21
2.5 소각 설비 현황 22
2.6 폐기물 소각시설의 열에너지 활용 현황 25
2.7 폐기물 소각열 활용의 문제점 27
제3장 연구 결과 29
3.1 연구대상 선정 및 현황 분석 29
3.1.1 연구 대상 선정 29
3.1.2 설비 운영 현황 30
3.2 소각열 회수 예측 34
3.2.1 소각로 열계산 34
3.2.2 보일러 열계산 37
3.2.3 보일러 증기 발생량 38
3.2.4 발전량 계산 38
3.3 설비 개선안 38
3.4 기대 효과 43
제4장 결 론 45
요 약 문 48
REFERENCES 50