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Clean Technology, Vol.23, No.3, 331-342, September, 2017
DOI10.7464/ksct.2017.23.3.331  Export Citation
파일럿 규모 기포 유동층 반응기를 이용한 하수 슬러지 연소 특성 분석
Investigation on Combustion Characteristics of Sewage Sludge using Pilot-scale Bubbling Fluidized Bed Reactor
김동희1, 2, 허강열2, 안형준1, 이영재1, †
  • 1한국생산기술연구원, 충남 천안시 서북구 입장면 양대기로길 89
  • 2포항공과대학교 기계공학과, 경북 포항시 남구 지곡동 청암로 77
Donghee Kim1, 2, Kang Y. Huh2, Hyungjun Ahn1, and Youngjae Lee1, †
  • 1Korea Institute of Industrial Technology, 89 Yangdaegiro-gil, Ipjang-myeon, Seobuk-gu, Cheonan-si, Chungnam, Korea
  • 2Department of Mechanical Engineering, Pohang University of Science and Technology, 77 Cheongam-ro, Nam-gu, Pohang-si, Gyeongbuk, Korea
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초록
하수 슬러지 고형연료 및 우드 펠렛의 연소 특성을 평가 하기 위하여 열중량 분석(TGA), 회 융점(AFT) 분석, 그리고 회분 성분 분석을 수행하였다. TGA 분석 결과, 하수 슬러지 고형연료의 연소성이 우드 펠렛에 비해 상대적으로 좋지 않았다. 또한 AFT 분석을 통해 하수 슬러지 고형연료의 슬래깅 가능성이 매우 높은 것을 확인하였다. 또한 연소성 평가를 위해 pilot-scale 기포 유동층 반응기를 적용하였으며, 장치는 예열기, 유동층 반응기, 연료 공급장치, 사이클론, 회분 포집 장치, 그리고 가스분석기로 구성되었다. 반응기는 직경 400 mm, 높이 4300 mm이며, 하수 슬러지는 54.5 ~ 96.5 kWth의 열량으로 실험을 수행 하였고 우드 펠렛은 96.1 kWth 실험을 수행하였다. 실험 결과, 하수 슬러지 고형연료 연소의 경우 평균적으로 우드 펠렛의 연소 보다 배기가스 중 NOx는 10.1배, CO는 3.5배 높았다. 또한 사이클론에서 포집한 회분을 분석한 결과, 모든 실험 조건에서 연소 효율은 99% 이상이었고, 회분의 성분 분석을 통해 슬래깅/파울링 가능성이 높은 것을 확인하였다.
To estimate the combustion characteristics of sewage sludge and wood pellet, thermogravimetric analysis (TGA) was conducted. As TGA results, combustion characteristics of sewage sludge was worse than wood pellet. In ash fusion temperature (AFT) analysis, slagging tendency of sewage sludge is very high compared to wood pellet. And also, the bubbling fluidized bed reactor with a inner diameter 400 mm and a height of 4300 mm was used for experimental study of combustion characteristics fueled by sewage sludge and wood pellet. The facility consists of a fluidized bed reactor, preheater, screw feeder, cyclone, ash capture equipment and gas analyzer. The thermal input of sewage sludge cases were 54.5 ~ 96.5 kWth, in case of wood pellet experiment, it was 96.1 kWth. As experiment results, the NOx emission of sewage sludge was averagely about 10 times the NOx emission of wood pellet. And also CO emission of sewage sludge is about 3.5 times of wood pellet. Lastly as a result of analysis of captured ash in cyclone, the combustion efficiency of all cases were over 99%, but the potential for slagging/fouling was high at all cases by component analysis of ash.
Keywords:Sewage sludge;Wood pellet;Bubbling fluidized bed;NOx emissions;Slagging;Fouling
  1. Werther J, Ogada T, Prog. Energy Combust. Sci., 25(1), 55 (1999)
  2. Choung YH, Cho KC, Kang DH, Kim YK, Park CW, Oh KJ, Korean Soc. Environ. Eng., 28(7), 746 (2006)
  3. Otero M, Diez C, Calvo LF, Garcia AL, Moran A, Biomass Bioenerg., 22, 319 (2001)
  4. Otero M, Calvo LF, Gil MV, Garcia AI, Moran A, Bioresour. Technol., 99(14), 6311 (2008)
  5. Folgueras AB, Diaz RM, Xiberta J, Prieto I, Fuel, 82(15-17), 2051 (2003)
  6. Leckner B, Amand LE, Lucke K, Werther J, Fuel, 83(4-5), 477 (2004)
  7. Amand LE, Leckner B, Fuel, 83(13), 1803 (2004)
  8. Kupka T, Mancini M, Irmer M, Weber R, Fuel, 87(12), 2824 (2008)
  9. Vamvuka D, Zografos D, Alevizos G, Bioresour. Technol., 99(9), 3534 (2008)
  10. Cui H, Ninomiya Y, Masui M, Mizukoshi H, Sakano T, Kanaoka C, Energy Fuels, 20(1), 77 (2006)
  11. Gray RJ, Moore GF, American Society of Mechanical Engineers, 74-WA/FU-1(1974).
  12. Lopez C, Unterberger S, Maier J, Hein KRG, Paper No. A-38, Heat Exchanger Fouling and Cleaning: Fundamentals and Application, Santa Fe, New Mexico, (May. 2003).
  13. Teixeira P, Lopes H, Gulyurtlu I, Lapa N, Abelha P, Biomass Bioenerg., 39, 192 (2012)
  14. Vamvuka D, Pitharoulis M, Alevizos G, Repouskou E, Pentari D, Renew. Energy, 34(12), 2662 (2009)
  15. Lee Y, Kim J, Kim D, Lee Y, Clean Technol., 23(1), 80 (2017)
  16. Grace JR, In Handbook of Multiphase System, Ed. Hetsroni, G. Hemisphere, Washington, 8, 5-64 (1982).
  17. Clean Air Technology Center, Office of Air Quality Planning and Standards, U.S. Environmental Protecction Agency, Report No.EPA-456/F-99-006R (1999).
  18. Kambara S, Takarada T, Yamamoto Y, Kato K, Energy Fuels, 7, 1013 (1993)
  19. Solomon PR, Colket MB, Fuel, 57(12), 749 (1978)
  20. Pohl JH, Sarofim AF, Symposium on Combust., 16(1), 491 (1977)
  21. Baxter LL, Mitchell RE, Fletcher TH, Hurt RH, Energy Fuels, 10(1), 188 (1996)
  22. Glarborg P, Jensen AD, Johnsson JE, Prog. Energy Combust. Sci., 29(2), 89 (2003)