492 pISSN 2093-2332 eISSN 2287-5638 J. of Korea Society of Waste Management, Vol. 30, No. 5, pp. 492-498, July 2013 http://dx.doi.org/10.9786/kswm.2013.30.5.492 Original Paper 탄화와 용매추출이 하수슬러지의 연소특성에 미치는 영향 박상우 † 충남도립청양대학 환경보건과 (2013 년 5 월 12 일 접수, 2013 년 6 월 12 일 채택) Effects of Carbonization and Solvent-extraction on Combustion Characteristics of Sewage Sludge Sang-Woo Park † Department of Environmental Health Science, Chungnam Provincial Cheongyang College (Received 12 May 2013 : Accepted 12 June 2013) Abstract Thermogravimetric (TG) analysis was used to investigate the effects of carbonization and solvent extraction on the combustion characteristics of sewage sludge. Initial temperature (IT) and peak temperature (PT) represent combustion characteristics in carbonized sludge (CS). The sludge extracted (ECS) from CS using solvent extraction exhibited higher IT and PT than raw sludge (RS). First, indicate that carbonization was carried out at two different temperatures, 300 and 400 C, to produce CS300 and CS400; then, compare the corresponding IT and burnout temperature (BT). All IT and PT values for ECS300 were lower than those values for RS and CS. The activation energy determined for the combustions of CS300 and ECS300 was lower than the one for the combustion of RS. The ECS300 activation energy (combustion zone of char) was determined to be 90.7 ~ 99.1 kJ/mol, lower to the range of 109.3 ~ 126.9 kJ/mol for coal. Key Words : Sewage sludge, Carbonization, Solvent-extraction, Combustion characteristics I. 서 론 석탄 화력발전소에서 하수슬러지를 혼소하는 사례는 대부분이 유럽연합에서 실시하여 왔으며, 건조슬러지 나 탈수슬러지를 대상으로 하였다 1) . 하지만, 하수슬러 지의 연료특성이 석탄과 큰 차이가 있어 혼소시 연소 특성에 많은 변화가 일어난다 2) . 특히 휘발분 함유량이 석탄보다 매우 높아서 연소개시 온도 등의 연소 프로 파일이 다르다. 이 때문에 저온에서 탄화하여 휘발분 함유량을 떨어뜨린 슬러지를 석탄 화력발전소에서 혼 소하고 있는 추세이다 3) . 그러나 탄화슬러지의 회분 함 유량이 탄화 이전에 비해 높아져 연료로서의 가치는 떨어지게 된다. 회분 조성은 석탄보다 알칼리성 물질과 P 2 O 5 의 함유량이 높은 비율로 포함되어 있다. 이 때문 에 슬래깅이나 파울링과 같은 회분 융착이 발생하여 열 전달 저하와 부식이 일어나 열효율이 감소하게 된다 4) . 한편 석탄을 에너지원으로 사용하면서 일어나는 환경 문제를 저감하고 발전효율 증진을 위해 청정 석탄기술 (Clean Coal Technology) 개발 프로젝트가 진행되어 왔 다. 이 가운데 석탄의 가연성분만을 추출하는 Hyper- coal 공정이 제안되었다 5-6) . Okuyama et al 5,7) 과 Kash- imura et al 8) 는 석탄에서 가연성분만을 추출함으로써 회분 융착 문제 저감과 발전효율 향상이 기대된다고 하였다. Kim et al 9) 은 저 등급 석탄을 용매추출하면 연 료 등급이 향상하는 것으로 보고한 바 있다. Park and Jang 10) 은 하수슬러지를 대상으로 탄화와 용매추출을 통해 가연성분이 99.7wt.%이고 연료비가 0.52 인 생성 물을 얻었다. 생성물에 대해 연료특성을 파악하여 고등 급 연료로서의 가능성을 제안한 바 있으나, 연소특성은 Corresponding author E-mail : [email protected]Tel : 041-635-6742
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Effects of Carbonization and Solvent-extraction on Combustion …lcrc.or.kr/include/down2.asp?filename=23.pdf · 석탄 화력발전소에서 하수슬러지를 혼소하는 사례는
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pISSN 2093-2332 eISSN 2287-5638
J. of Korea Society of Waste Management, Vol. 30, No. 5, pp. 492-498, July 2013
http://dx.doi.org/10.9786/kswm.2013.30.5.492 Original Paper
탄화와 용매추출이 하수슬러지의 연소특성에 미치는 영향
박 상 우†
충남도립청양대학 환경보건과
(2013년 5월 12일 접수, 2013년 6월 12일 채택)
Effects of Carbonization and Solvent-extraction
on Combustion Characteristics of Sewage Sludge
Sang-Woo Park†
Department of Environmental Health Science, Chungnam Provincial Cheongyang College
(Received 12 May 2013 : Accepted 12 June 2013)
Abstract
Thermogravimetric (TG) analysis was used to investigate the effects of carbonization and solvent extraction on the
combustion characteristics of sewage sludge. Initial temperature (IT) and peak temperature (PT) represent combustion
characteristics in carbonized sludge (CS). The sludge extracted (ECS) from CS using solvent extraction exhibited higher
IT and PT than raw sludge (RS). First, indicate that carbonization was carried out at two different temperatures, 300 and
400oC, to produce CS300 and CS400; then, compare the corresponding IT and burnout temperature (BT). All IT and PT
values for ECS300 were lower than those values for RS and CS. The activation energy determined for the combustions
of CS300 and ECS300 was lower than the one for the combustion of RS. The ECS300 activation energy (combustion
zone of char) was determined to be 90.7 ~ 99.1 kJ/mol, lower to the range of 109.3 ~ 126.9 kJ/mol for coal.
Key Words : Sewage sludge, Carbonization, Solvent-extraction, Combustion characteristics