<사진. 슬러지 고형연료화 설비의 기본구성
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

폐열 이용형 저비용 하수슬러지 고형연료화 기술

본 가이드라인은 하수도사업에서 비용 저감 및 재생가능 에너지 등의 창출을 목표로 하수도 혁신적 기술 중 하나인 “폐열 이용형 저비용 하수슬러지 고형연료화 기술”에 관해 하수도 사업자가 도입을 검토할 경우 참고할 수 있는 자료로서 책정한 것이다.

본 기술은 하수처리장에서 통상 이용되지 않았던 저온 폐열을 건조열원의 일부로서 이용하여 슬러지 고형연료를 제조하는 것이다. 또한 연료제조 시에는 슬러지를 봉형태로 성형하고 표면을 고화시킴으로써 분진 발생 및 악취가 억제된다. 제조한 고형연료는 처리장 연소로 및 장외 반송처에서 연료로서 이용 가능하다.

(1) 하수슬러지 표면 고화 건조장치
슬러지 고형화 연료화설비에 투입된 슬러지를 비교적 저온(약 200℃)의 건조공기에서 건조시켜, 고형 연료화한다. 또한 슬러지를 봉상으로 성형하고, 표면을 건조 고화함으로써 형상유지가 가능하며, 분진발생과 악취가 억제된다. 이 때문에 슬러지 투입기기, 건조기기, 증발수분제거를 위한 유기처리기기 등의 기기장치가 부속되어 있다.

(2) 폐열회수장치
이미 설치된 슬러지 소각로 등의 폐열을 회수하기 위하여 현행의 백연방지 공기의 전용(?用) 또는 새롭게 폐열을 회수하기 위한 기기가 설치되나, 이것으로 화석연료의 소비량이 저감된다.

본 기술은 효율적인 에너지이용과 환경 면에 대한 배려를 목적으로 실용화된 것으로 이하의 특징을 가진다.

(1) 고품질 및 조작성이 뛰어난 슬러지 고형연료를 제조할 수 있다.
- 품질
저온건조방식에 의해 슬러지를 연료화함으로써 하수슬러지를 구성하는 휘발성 유기물을 최대한 잔류시켜 발열량을 확보할 수 있다. 슬러지 고형연료에는 탈수슬러지가 보유하고 있던 발열양의 90% 이상(소화슬러지는 거의 100%)을 잔류시킬 수가 있으며, 제조과정에서 유기분의 일부를 연소시키는 탄화물에 비하여 에너지 이용효율이 높다.

- 핸들링(처리)성
평행류의 건조공기 중을 진동과 충격이 없는 조건에서 슬러지를 정치시켜 이송시키는 건조방식으로 슬러지 표면에 고화층이 형성됨으로써 이후의 핸들링 시에 가루형태의 건조슬러지가 비산하는 것을 억제한다.

(2) 폐열의 유효이용에 의한 에너지절약으로 슬러지 고형연료를 제조할 수 있다.
통상 하수처리장 내의 슬러지 소각로는 배기가스로부터의 열회수에 의해 연소공기예열과 백연방지 공기예열을 수행한다. 본 기술의 건조기는 저온건조방식이며, 건조용 공기의 가열원은 250~350℃ 정도라면 충분하므로 백연방지 공기를 고온측으로 하는 열교환에 의한 건조공기를 가온하는 것이 가능하다. 따라서 지금까지 일반적으로 효과적으로 이용하지 않고 대기로 방출되었던 백연방지 공기의 열을 유효하게 활용할 수 있다. 또한 슬러지의 소화처리를 실시하고 있는 처리장에서는 소화가스를 연료로 한 열풍로의 운전이 가능하며, 외부로부터의 연료공급의 필요가 없는 에너지절약의 운전이 가능하다.

(3) 대규모 공사가 필요하지 않고 기존 슬러지 소각로의 폐열이용이 가능
새롭게 대규모 공사가 필요하지 않으며 이미 설치된 슬러지 소각로의 폐열이용이 가능하다. 폐열이용을 위하여 신규로 개조하는 곳은 이하와 같다.
- 백연방지 공기배관에서 분기하여 슬러지 고형연료화 설비에 설치하는 건조열교환기 입구에 접속한다.
- 동열교환기 출구로부터 되돌아가는 관을 기존에 설치된 백연방지 배관의 하류측에 접속하여, 연소가스를 가온하여 대기로 방출한다.
- 건조 열교환기로 공급하는 백연방지 공기량을 조정하는 흡진기를 설치한다.

(4) 유리관리성이 높고, 장시간에 걸쳐 안정된 운전을 유지할 수 있다.
슬러지 투입에는 섬유질 등의 엉킴으로 인한 막힘을 방지하는 성형기를 채용한다. 또한 건조기 내부는 킬른식 건조기와 같이 직접적인 강한 힘 등에 의한 조작은 없으며, 약 200℃에서 거의 상압 하에서 처리되므로 밴드방식 이외의 건조기에서 문제되는 슬러지의 막힘과 눌러 붙음 등의 현상이 일어나기 어려운 구조이다. 이것에 따라 장시간에 걸쳐 안정된 운전을 유지할 수 있다.

본 기술의 도입으로 인한 효과에 대하여 종래 기술과 비교하여 평가한다.

(1) 비용
종래 기술에 대한 혁신적 기술의 LCC 감축률 계산 결과(감축률은 소각로(종래기술)를 기준으로 하여 산정)와 건설비의 내역을 보면, 모든 경우에서 28%~39%의 감축률이다. 또한 종래형 연료화에 대해서도 혁신적 기술은 비용을 13%~30% 감축할 수 있다. 혁신적 기술의 장내 이용에서는 슬러지 고형연료를 기존에 설치된 소각로에 투입함으로써 탈수슬러지와 고형연료를 합한 소각로 투입슬러지의 함수율이 감소하여 자연 또는 그것에 가까운 상황이 된다. 따라서 기존에 설치된 소각로에서 이용한 소화가스가 건조처리의 열원으로서 이용 가능하게 되며, LCC 감축 효과는 증대한다.

(2) 온실가스 배출량(GHG)
종래 기술에 대한 혁신적 기술의 온실가스 배출량 감축률 계산결과를 보면, 슬러지 연료의 장내 이용의 경우에는 86%~108%의 감축률이 되고 장외 이용의 경우에는 115% 이상의 감축률이 된다. 종래형 슬러지 연료화설비와 비교한 경우에도 혁신적 기술의 온실가스 배출량의 감축이 가능하다. 고형연료화 기술의 장내 이용에서는 기존에 설치된 소각로 보조연료의 삭감 가능량에 상한이 있으므로 장외 이용에 비하여 삭감효과가 저하되는 결과가 되었다. 고형연료화 기술의 장외이용에는 제조한 슬러지 고형연료의 거의 전량을 연료 이용처에서의 온실가스 배출량의 감축에 이용할 수 있으므로 전체적으로 온실가스 배출량의 감축효과는 증대하는 경우가 많다.

(3) 에너지 소비량
종래 기술에 대한 혁신적 기술의 에너지소비량 감축률 계산결과를 보면, 혁신적 기술은 모든 경우에 68% 이상의 감축률이 된다. 종래형 슬러지연료화 설비로 한 경우에도 혁신적 기술의 에너지소비량의 감축이 가능하다. 고형연료화 기술의 장내이용에는 기존에 설치된 소각로 보조연료의 삭감 가능량에 상한이 있으므로 장외 이용에 비하여 삭감효과가 저하하는 결과가 되었다. 혁신적 기술의 장외이용에서는 고형연료가 갖는 총 에너지량이 크고, 연료 이용처에서의 소비량 감축에 크게 기여하여 전체적으로 에너지 소비량의 감축효과는 증대한다.

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