생활 폐기물을 이용한 발전 기술

서론:

폐기물 처리란 초기에는 단순히 쓰레기를 청소하는 개념에서

시작하여 ,정책 중심이 "재활용"문제로 이동하였으며, 최근에는

"폐기물 최소화" 개념이 폐기물 관리 정책의 핵심입니다.

정부에서는 재활용 산업 육성등 폐기물 재활용 촉진을 위한

각종 시책을 추진하고 있습니다.

이미 생활 폐기물 소각시 발생하는 폐열을 이용한 발전은

폐기물의 관리 최소화 및 재활용 측면에서도 향후 최대 발전

하리라고 기대하는 분야입니다.

그러므로 폐열에 대해 좀더 자세히 알아보겠습니다.

*발전을 이용한 폐열 이용

부천시 대장동 소각장의 경우: 통상 일정출력으로 운전하는 소각법은 발전하더라도 전력회사의 전력수요가 소각장의 발전 출력에 비하여 대단히 크기 때문에 발전한 전력을 소각장내에서 소모하고, 잉여전력을 전부 전력회사의 배전계통에 역송이 가능하나 국내에는 아직 사례가 없습니다.

역송하면 폐기물 소각 폐열을 유효하게 활용할 수 있을 것 같습니다.

서울시 폐열 이용: 소각장의 가까운 지역에 대규모 열수요처가 있을 경우

발전과 열공급을 조합한 열병합발전방법을 채택하는 것이 열이용효율을 올릴수 있는 좋은 방법입니다.  이에 서울시에서 건설한 노원, 강남자원회수 시설은 인근 지역난방공사의 열원설비에 열을 공급하여 소각폐열을 최대로 이용한 열공급을 하고 있습니다.

이 소각장은 소각능력이 1일 900톤으로 폐열을 지역난방공사에 보내어 발전을 하고 터빈에서 배기하는 배기증기를 지역난방에 이용함으로써 열이용 효율을 높였습니다.

*발전량의 제어

1)단독운전

폐기물 소각 시설내의 모든 전력부하를 터빈 발전기로 해결하기

때문에 전력회사로부터의 배전량은 ZERO가 되고 역송도 있습니

다.

2)병렬운전

병렬(속도조절 제어운전): 발전량이 폐기물 소각시설장내의 부

하보다 작아 그 부족분을 전력회사로 부터 수전하는 형식

병렬(압력조절제어 운전):  발전 전력이 충분하여 소내부하

이상의 잉여전력을 전력회사로 역송하는 방식

* 일본쓰레기 발전 고효율화 기술 동향

서론; 일본에서는 일본전국에서 하루 약 14만톤이 배출되는 일반 도시  쓰레기 문제는 최근 사회문제로 발전하고 있다.

일본에서는 최종처분장으로 사용할 매립지의 확보가 어려워지면서 현재 도시쓰레기의 70%이상이 소각처리되고, 20%정도가 매립되고 나머지는 홈포스트화되고 있다.  그리고, 쓰레기 소각배출열이 그다지 적극적으로 이용되지 못하고 있습니다.  그 이유는 일본의 음식물 쓰레기는 염분이 많이 포함되어 있는데다가 염화비닐등이 섞여있어 이를 소각하면 연소가스중의 염화수소 농도가 높아 지기 때문입니다.

그러나, 일본에서는 8개년 계획으로 '고효율 폐기물 발전기술 개발 프로젝트'를 시작했다.

이 글에서는 일본에서의 폐열이용을 알아보려고 합니다.

실시사례(배수열 회수 구조)

쓰레기 소각 Flow에 대해 설명해 보면, 쓰레기 수집차로 공장에 반입된 쓰레기는 쓰레기 벙커에 일단 저장되어 쓰레기 소각로의 연소량에 따라 쓰레기 벙커 상부에 있는 쓰레기 크레인에 의해 소각로의 쓰레기 호퍼에 투입된다.  소각로 안에서 쓰레기를 차례로 연속적으로 공급하도록 동작하는 화격자 위에서 쓰레기가 건조 연소된다.

연소된 재는 재 냉각수조에 투입되어 냉각된 다음 컨베이어로 운반되어 재 벙커에 쌓이게  되며,  쌓인 재는 재 반출차로 최종처분지인 매립지로 운반된다. 열회수는 소각로 상부에 설치 보일러에 의해 이루어지며, 소각로 출구에서 800~900 c에 달하는 연소배기가스가 보유하는 열은 보일러에서 회수됨과 동시에 배기가스 온도가 250~300 c까지 낮아지므로 집진 활진등의 배기가스처리를 용이하게 한다.

*발전 중심으로한 배출열 이용(□□□□□청소공장)

일본에서 비교적 큰 규모에 속한(□□□□□청소공장) 을 예로 발전 system과 운전 실적에 대해 알아보겠습니다.

발전stem은 통상 화력 발전소와 마찬가지로 보일러에서 발생한 증기로 증기 터빈을 구동해 발전하고 있다.

터빈 배기 증기는 공냉식 복수기로 복수되며 배기 복수기 복수 탱크 탈기기를 거쳐 보일러에 다시 들어와 순환 사용된다.

이 발전소는 우리나라 부천시 대장동 소각장과 같은 발전 system을 사용하고 있습니다.

*발전 배출열의 이용(□□□□□□ 청소공장)

□□□□□□ 청소공장에서는 근린 주택단지의 급탕 냉난방열원으로 쓰레기 소각 배출 열을 도매로 공급하고 있는 소규모 시설의 청소공장입니다.

발전의 경우 발전 주체형 공장과 동일한 system 인데 열공급용으로 발전 후의 터빈 배기 증기를 지역냉난방용 열 교환기에 나누어 발전 배출 열을 이용하는 system 을 이루고 있다.

서울시의 발전 system과 같은 발전system을 사용하고 있습니다.

*발전전력의 제어

가스 터빈,디젤 엔진 발전기 등의 배출열을 난방과 급탕에 사용하는 코제네

경우 열사용량에 따라 발전을 제어하는 것이 일반적인데 비하여

쓰레기 발전은 가능발전 전력이 공장 내부 전력의 2-3배로 크기 때문에 배전계통으로의 역전송이 가능한지 여부에 따라 전력제어 방식이 달라진다.

1 역조류가 불가능한 경우

역조류가 불가능한 청소 공장은 증기 발생량에 여력이 있음에도 불구하고 공장내부 사용 전력의 20-30%이상 정도의 출력 발전 설비를 설치하여 역조류가 발생하지 않도록 하는 발전전력 제어 방식을 취하고 있다.

또한 발전 출력이 쓰레기 소각 배출량에 비해 작기 때문에 보일러에서 발생하는 증기는 발전에 사용하고 남는 경향이 있어 열공급 등 다른 이용방법이 없는 경우 남는 증기는 공냉식 복수기에 통과시켜 사용하지 않는 상태로 대기에 방출하고 있다.

2 역조류가 가능한경우

이러한 청소 공장에서는 내부사용 전력의 2-3배의 발전 출력이 가능하기 때문에 전력 회사로의 송전을 전제로 발전전력을 제어하고 있으며 제어방식은 주압제어가 일반적이다.

이방식은 보일러에서 발생한 증기중 공장 안에서 사용하는 증기를 제외한 나머지를 증기터빈에 주입하기 위한 것으로 증기 발생량의 증가로 터빈 입구 증기 압력의 상승을 검출하여 터빈 가감 밸브를 열어 잉여증기의 양에따라 발전출력을 제어하게 된다.

*향후 과제

보일러 운전 조건및 재질의 개선

생활폐기물의 소각폐열을 이용한 발전은 13% 정도로 낮지만, 폐열을 유효이용하는 측면에서는 발전 효율의 향상이 과제입니다.

발전효율이 낮은 이유는

1)증기 온도가 320 c를 초가하면 배출가스중에 연화수소, 황산화물등의 부식성 가스및 분진의 복합적인 영향에 따라 보일러 과열기의 부식이 급격히 진행되기 때문에 보일러의 주기 조건을 고온으로 할 수 있다.

2)소각장의 대부분의 위치가 내륙에 있으므로 터빈 배기 증기의 복소에 공냉식을 채용하므로 터빈의 진공도를 높일 수가 있다.  따라서 내식성이 높은 보일러과열관의 재료 선정및 보일러 과열기의 취부위치, 취부방법등 보일러 구조면에서 부식방지에 대한 조사 연구가 필요하기 때문이다.

*발전의 질 향상

쓰레기 소각로 운전에 있어 최근 전산기 제어를 활용하거나 AL술을도입하는 등 안정된 연소가 가능해지고 있으므로 소각 배출열이 일정해 발전출력은 시간,계절에 관계없이 일정한 수준을

보인다.

그러나 전력은 수요에 맞게 항상 대응해야 하는 상품이기 때문에 출력이일정하다고 해서 질이 높아지는 것은 아니다.

전력수요가 많은 주간에 발전력을 높이고 전력수요가 줄어드는 야간에

발전출력을 낮추는 등의 수요 대응형  운전을 실시하여 전력의 질을 높이는 것이 쓰레기 발전에도 요구된다.

사실 전력 단가도 야간보다 주간요금이 3배로 설정되기 때문에 경제적인 이익이 크다.

그러나 늘어나는 쓰레기를 처리하는 것에도 힘이 부족해 전력 수요에 대응한 소각로운전 등이 불가능한 실정이다.

앞으로느 전력수요에 어느정도 맞춰 소각처리가 가능한 쓰레기 소각 시설을정비하고 소각로 제어방식을 검토하는 것이 요구될 것으로 생각된다.

결론

다이옥신 대책 등과의 관계로 인해 앞으로 폐기물 처리 시설의 신설및 집약화가 각지에서 더욱 활발해 질 것으로 예상됩니다.

이때 에너지 정책이라는 관점에서 사업자가 발전시설 설치에 대해 검토하도록 하고 실제로 설비가 가능한 한 많이 도입되도록 환경을 정비하여 폐기물 발전 실적을 착실하게 쌓는다면 더욱 발전 할 것으로 생각합니다.

*발전설비 용량의 선정

1)잉여증기의 전부를 이용하여 발전하고 시설내에서 소비하고 남은 잉여 전

력에 대해서는 매각하는 경우;

발전기 용량을 최대 발생 증기량에 맞추어 결정하면 폐기물 소각량과 폐

기물의 질이 계절적으로 변동하기 때문에 발전기의 운전은 평균적으로 저부

하 운전이 됩니다.  또한 발전기 용량이 20~25%를 하회하는 운전을 터빈 저

압단의 드레인 어택 (Drain Attak)등을 일으키는 원인이 되기도 하며, 평균

증기 발생량을 기준으로 발전기의 용량을 선정한 쪽이 연간발전량에서 보면

큰 변화없이 전체적으로 경제적인 운전이 되는 경우가 있다.

2)시설내 소비전력을 조달하기 위한 설비로 계획하는 경우;

시설내 최대전력부하에 대하여 약간의 여유를 갖는 용량의 발전기를 설치

한다.  이 경우 발전증기량이 충분히 있으면, 역송하면서 병력운전을 수행하

거나 매전없이 단독운전을 수행할 수도 있어, 그 결과 배전량을 최소화 할수

있다.  그러나 역송이 곤란한 경우에는 발전기의 출력을 항상 시설내 사용전

력보다 작게 하여 약간의 수전을 하도록 운전하지 않으면 안된다.