KR20120106450A - 폐기물을 이용한 고형연료 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐기물에 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합하여 제조하는 고형연료 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 제조 방법에 의하여 제조된 고형연료의 경우 버려지는 폐기물과 석탄회를 사용하여 제조함으로써 경제적이고 친환경적이며, 에너지 생산을 위해 연료를 구입하는 데 드는 비용을 절감할 수 있다. 또한, 단일 공정으로 혼합조에서 균일 혼합하여 제조되며 폐기물의 악취 제거 및 수분 감소를 위해 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합하는 것 외에 추가의 기기나 별도의 공정이 필요하지 않기 때문에 간편하고 효율적이며, 건조하는 데 드는 시간 및 비용을 절약할 수 있으므로 경제적이다. 또한, 상기 연료를 사용하는 경우 기존의 연료에 비하여 낮은 비용을 들이면서도 동등 이상의 에너지를 얻을 수 있어 경제적이다.

Description

폐기물을 이용한 고형연료 및 그 제조 방법{solid fuels using waste materials and method for preparing thereof}

본 발명은 폐기물을 이용하여 제조한 고형연료 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 산업이 발전하면서 산업에 필요한 에너지의 수요량이 늘어나고 있다. 이에 필요한 에너지의 상당 부분이 화석연료를 사용하는 것으로 여전히 충당되고 있으며, 그 사용되는 화석연료의 절반 이상이 석탄에 의존하고 있다. 그러나 매장되어 있는 화석연료의 양은 제한적이고, 화석연료의 사용에 의하여 각종 유해 물질들이 대기중으로 배출되고, 화석연료를 연소시킨 후 나오는 부산물을 처리하는 과정에서도 환경이 오염되는 등의 문제가 발생하기 때문에 화석연료를 대체할 에너지원을 찾는 데 관심이 집중되고 있다.

폐기물이란 쓰레기, 연소재, 폐유 및 폐산 등 사람의 생활이나 산업 활동에 필요 없게 된 물질을 총칭하는 말로, 그 종류로는 음식물 쓰레기 등의 생활 폐기물, 산업 폐기물, 바이오매스, 축산 분뇨 및 하수 슬러지 등이 있으며, 산업 발전과 더불어 배출량이 날로 증가하고 있는 실정이다.

폐기물을 처리하는 방법은 크게 소각하는 방법과 매립하는 방법이 있다. 그런데, 소각 과정에서 나오는 유해 물질들이나 매립 후 나오는 침출수 및 악취 등으로 인하여 대기 오염, 토양 오염 및 수질 오염 등의 환경 문제가 발생하며, 폐기물 처리 공간이 한정되어 있고, 폐기물 처리 시설의 설치 및 처리 비용 등으로 인하여 폐기물 처리 문제가 하나의 사회, 경제적인 문제로 대두되고 있다.

그러므로 버려지는 폐기물을 이용함으로써 자원을 재활용하여 경제적인 이득을 얻으면서도 각종 환경 오염을 방지하기 위하여 폐기물의 이용에 대한 다양한 방법들이 제안되고 있으며, 그 중 하나가 폐기물 중 발열량이 높은 것을 에너지원으로 활용하는 것이다. 그러나 폐기물의 경우 악취가 심하여 다루기가 어렵고 함수율이 높아 연소 효율이 낮기 때문에, 에너지원으로 재활용하기 위해서는 악취 제거 과정 및 함수율을 낮추는 과정이 필수적이다.

종래 폐기물을 에너지원으로 재활용하기 위하여 폐기물에서 발생되는 악취를 제거하기 위한 방안으로, 폐기물을 저온에서 탄화하거나, 악취를 제거할 수 있는 미생물 등을 투입하여 발효하는 과정을 포함하거나, 활성탄 등을 부착하는 등의 탈취제를 사용하는 방법이 이용되어 왔다. 그러나 상기의 과정을 거치는 경우 폐기물을 이용하여 연료를 제조할 때, 탈취 공정에 별도의 비용이 들고 시간이 소요되므로 비효율적이고 비경제적이다.

그리고, 함수율이 높은 폐기물의 수분을 감소시키기 위한 방안으로, 폐기물의 건조를 위한 별도의 공정 시설을 설치하거나 건조를 위하여 별도의 열원을 제공하는 등의 방법이 이용되어 왔다. 그러나 상기의 과정을 거치는 경우 폐기물을 이용하여 연료를 제조할 때 건조를 위한 추가의 공정 및 시간이 소요되므로 비효율적이고 비경제적이다.

또한 폐기물을 파쇄하거나 탈취하거나 건조하는 과정이 각각 다른 공정시설에서 행하여지기 때문에 하나의 공정시설 또는 한 번의 공정 과정을 통하여 하는 것보다 비효율적이며, 상기 과정을 위해 별도의 에너지원을 사용하므로 대기 오염 등의 환경 문제가 생길 수 있고 에너지 사용에 드는 비용으로 인하여 비경제적이라는 단점이 있다.

폐기물을 이용하여 연료를 제조하는 방법과 관련하여, 대한민국 공개특허 제2010-0018818호는 생활 하수 슬러지에 마이크로파 열원을 적용하고 소수성의 유연탄과 무연탄을 혼합한 다음 150℃ 이하의 온도에서 건조하여 석탄화력 발전소 혼합연소용 하수 슬러지탄을 제조하는 방법 및 제조 장치에 관하여 개시하고 있다. 또한, 대한민국 공개특허 제2011-0005104호는 바이오매스나 폐제지 슬러지를 저온 탄화하여 악취 발생이 적은 고체연료를 제조하는 방법에 관하여 개시하고 있으며, 일본 공개특허 제2010-229415호는 폐기물을 감압 발효 건조하여 고형연료를 제조하는 방법에 관하여 개시하고 있다. 그러나 현재까지 석탄회를 이용하여 폐기물의 악취를 제거하고 함수율을 낮추어 고형연료를 제조하는 방법에 대하여는 전혀 개시되어 있지 않은 실정이다.

이에 본 발명자들은 폐기물을 이용하여 고형연료를 제조할 때 폐기물의 함수율을 감소시키거나 악취를 제거하는 과정에 별도의 기기 및 열원 등의 에너지를 필요로 하지 않는 연료 또는 연료 보조제로 사용가능한 고형연료를 개발하고자 예의 노력하였다. 그 과정에서 수분을 거의 함유하고 있지 않은 석탄회 또는 수분을 포함하고 있으나 그 함유량이 낮으며 열량을 낼 수 있는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 이용함으로써 탈취 효과 뿐 아니라 수분 제거 및 열량 조절 효과를 동시에 볼 수 있어 악취 및 수분 제거를 위한 별도의 기기가 필요 없고, 공정 시간을 단축시키면서도, 석탄회의 경우는 석탄을 연소시키고 남은 부산물을 이용하므로 친환경적이며 경제적인 고형연료 및 그 제조 방법을 개발하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 하나의 목적은 폐기물에 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합하여 폐기물의 함수율 및 혼합물의 전체 열량을 조절하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 하나의 목적은 폐기물이 고체 상태인 경우 폐기물을 분쇄한 후 혼합하는 것을 특징으로 하는 고형연료의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 하나의 목적은 상기 혼합물을 성형하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고형 연료의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 하나의 목적은 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상을 혼합하여 폐기물의 악취를 제거한 다음 상기 혼합물을 성형하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고형연료 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 하나의 목적은 폐기물, 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상이 혼합된 고형연료이며, 상기 폐기물의 함수율이 1 내지 60%이고 상기 고형연료의 열량이 1,000kcal/kg 이상인 것을 특징으로 하는 폐기물을 포함한 고형연료를 제공하는 것이다.

하나의 양태로서, 본 발명은 폐기물에 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합하여 폐기물의 함수율 및 혼합물의 전체 열량을 조절하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명의 고형연료 제조 방법을 도 1 및 도 2를 참고하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 제조 방법에 사용되는 폐기물은 생활 또는 산업 활동에서 발생하는 것으로서 연소하여 에너지를 생산할 수 있는 것이라면 그 종류를 가리지 않는다. 상기 폐기물의 예로는, 이로 제한되는 것은 아니지만 도시고형폐기물, 생활 폐기물, 산업 폐기물, 바이오매스, 하폐수 슬러지 및 분뇨 슬러지 등이다.

폐기물을 사용하여 고형연료를 제조하는 경우 최대한의 에너지를 얻기 위하여 폐기물의 발열량이 높고 유기물의 함량이 높은 것이 바람직하다. 상기 유기물은 탄소의 산화물 또는 금속의 탄산염을 제외한 탄소 화합물을 이르는 말로, 연소하는 경우 높은 열량을 낼 수 있으므로 폐기물 중 유기물의 함량이 많은 것을 사용하는 경우 많은 에너지를 낼 수 있어 발열량이 높은 고형연료를 제조할 수 있다.

그러나, 발열량이 낮거나 유기물의 함량이 낮은 폐기물을 사용하여 고형 연료를 제조할 수도 있다. 발열량이 낮거나 유기물의 함량이 낮은 폐기물을 사용하여 고형연료를 제조하는 경우에는 상기 폐기물에 발열량이 아주 높은 물질을 혼합한 다음 고형연료를 제조함으로써 제조된 고형연료의 열량을 높일 수 있다.

상기와 같이 폐기물을 이용하여 고형연료를 제조하는 경우 폐기물 자체의 발열량은 문제되지 않는다. 그러나, 폐기물 자체의 발열량이 너무 낮은 경우 발열량이 높은 물질을 혼합하기 위하여 드는 비용, 고형연료를 제조하는데 드는 비용 및 이를 사용할 때 얻는 이득 등을 고려할 때, 폐기물의 발열량은 1,000kcal/kg 이상, 바람직하게는 1,000 내지 10,000kcal/kg, 더욱 바람직하게는 1,000 내지 7,000kcal/kg인 것이 좋다. 폐기물의 발열량이 1,000kcal/kg 미만인 경우 발열량이 높은 물질을 구입한 다음 혼합하거나 발열량이 높은 폐기물을 혼합하는 과정이 추가로 필요하므로 고형연료를 제조하는데 드는 비용에 비하여 제조한 고형연료를 연소하는 경우에 얻을 수 있는 에너지가 적어 비효율적이고 비경제적이다.

그리고, 상기와 같이 폐기물을 이용하여 고형연료를 제조하는 경우 폐기물 자체의 유기물 함량은 문제되지 않는다. 그러나, 폐기물 자체의 유기물 함량이 너무 낮은 경우 발열량이 높은 물질을 혼합하기 위하여 드는 비용, 폐기물을 사용하여 고형연료를 제조하는데 드는 비용 및 폐기물에서 얻을 수 있는 에너지 등을 고려할 때, 폐기물 중 유기물 함량은 폐기물의 전체 중량 대비 30% 이상, 바람직하게는 40 내지 98%인 것이 좋다. 폐기물 중 유기물의 함량이 폐기물의 전체 중량 대비 30% 미만인 경우 높은 에너지를 얻기 위해 발열량이 높은 물질을 구입한 다음 혼합하거나 발열량이 높은 폐기물을 혼합하는 과정이 추가로 필요하므로 폐기물을 사용하여 고체연료를 제조하는데 드는 비용에 비하여 제조한 고형연료를 연소하는 경우에 얻을 수 있는 에너지가 적어 비효율적이고 비경제적이다.

또한, 상기 폐기물의 상태는 이하의 과정인 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합하는 단계를 통하여 폐기물의 함수율 및 열량을 효율적으로 조절하고, 건조기 등과 같은 추가 기기를 사용하지 않음으로써 고형연료 제조비용이 증가되는 것을 방지하기 위하여 고체 또는 슬러지 상태인 것이 바람직하다.

고체 상태의 폐기물을 이용하여 고형연료를 제조하는 경우, 상기 폐기물을 일정 수준 이하의 입경을 갖도록 분쇄하는 과정을 포함할 수 있다. 상기 입경은 폐기물을 분쇄하였을 경우 입자의 지름을 뜻하며, 입자의 크기가 구 형상이 아니어서 일정한 입경을 갖지 아니하는 경우에는 측정한 입자의 지름 중 가장 큰 값을 뜻한다.

하나의 예로서, TPA(terephthalic acid) 공정 슬러지와 같이 다량의 수분을 함유하고 있는 폐기물이나 입경이 작은 폐기물의 경우에는 따로 분쇄를 할 필요가 없으나, 함수율이 적은 폐기물이나 입경이 큰 폐기물의 경우에는 이하의 과정인 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합할 때 혼합이 고르게 되지 않을 수 있으므로 폐기물을 분쇄하는 것이 바람직하다.

상기 분쇄는 통상의 분쇄기를 사용하여 수행하며 분쇄할 때 걸리는 시간 및 비용, 그리고 분쇄 후의 혼합 효율을 고려하는 경우 폐기물의 입경은 0.1 내지 50mm가 바람직하다. 분쇄물의 입경이 50mm 초과하는 경우에는 다음 과정인 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상의 혼합이 고르게 일어나지 않아 악취 제거 및 수분 감소 효과가 고르게 일어나지 않을 수 있고, 이로 인하여 제조된 고형연료의 품질이 고르게 되지 않을 수 있으며, 분쇄물의 입경이 0.1mm 미만인 경우에는 분쇄 비용이 높고 분쇄 시간이 오래 걸리는 문제점이 있다.

다음으로, 상기의 폐기물 또는 분쇄 과정을 거친 폐기물에 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합한다. 상기 석탄회는 플라이 애쉬, 바텀 애쉬, 신더 애쉬 또는 세노프세어 등 석탄을 연소하고 남은 부산물이라면 그 종류가 제한되지 않으며, 상기 과정을 통하여 함수율이 높은 폐기물의 수분을 감소시고 열량을 조절하며 악취를 제거할 수 있다. 상기 석탄 분말은 석탄을 분말로 만든 것으로 폐기물 또는 분쇄 과정을 거친 폐기물과 혼합이 고르게 되도록 분말의 입경이 폐기물 또는 분쇄 과정을 거친 폐기물과 유사한 0.1 내지 50mm인 것이 바람직하나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.

상기 석탄회의 경우 발열량은 0kcal이나, 석탄 분말을 이용하는 것과 비교할 때 구입 비용이 낮아 연료 제조 비용이 상대적으로 적게 들고 석탄회가 수분을 거의 함유하고 있지 않아서 폐기물의 수분을 감소시키는 데 효율적이라는 특징이 있다. 석탄 분말의 경우 발열량이 약 4,500 내지 4,800kcal로 높으나 석탄회를 이용하는 것과 비교할 때 연료 제조 비용이 상대적으로 많이 들고 함수율이 약 20%로 석탄회에 비하여 높은 특징이 있다. 그러므로 사용하려는 폐기물의 종류 및 특성(예로, 함수율, 유기물 함량 등)에 따라 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합한다.

예로서, 함수율이 높은 폐기물을 이용하여 고형연료를 제조하는 경우에는 함수율을 충분히 낮추어 주어야 연소율이 높고 얻을 수 있는 에너지의 양이 많아지므로 석탄회를 사용하는 것이 바람직하며, 함수율이 낮은 폐기물을 이용하여 고형연료를 제조하는 경우에는 발열량을 높이는 것이 비용 대비 효과적이므로 석탄 분말을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 폐기물의 특성에 따라 함수율을 줄이면서도 열량을 높이는 방향으로 석탄회 및 석탄 분말을 일정 비율로 혼합할 수도 있다.

폐기물에 혼합하는 상기 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상의 양은 연료의 연소 효율 및 발열량을 고려하는 경우 혼합물의 전체 중량 대비 2 내지 99중량%, 바람직하게는 5 내지 70 중량%, 더욱 바람직하게는 5 내지 40 중량%이다. 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상이 혼합물의 전체 중량 대비 2 중량% 미만인 경우에는 폐기물이 수분이 충분히 제거되지 않아 제조한 고형연료가 불완전 연소되어 연소 효율이 저조하여 얻을 수 있는 에너지의 양이 적을 수 있으며, 악취 제거 효과가 미미하여 폐기물을 다루는데 어려움이 있을 수 있다. 또한, 석탄회가 혼합물의 전체 중량 대비 99 중량% 초과하는 경우에는 발열량이 낮아 제조한 연료가 연료로서의 기능을 제대로 수행할 수 없으며, 석탄 분말이 혼합물의 전체 중량 대비 99 중량% 초과하는 경우에는 제조한 연료의 발열량은 높을 수 있으나 폐기물 처리로 인하여 얻는 이득에 비하여 석탄 구입 비용이 많이 들어 효과 대비 비경제적이다.

상기와 같이 폐기물에 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합함으로써 폐기물의 함수율을 낮출 수 있는데, 혼합 후 혼합물의 함수율은 연료의 제조 비용, 제조되는 고형연료의 연소 효율 및 열량을 고려하는 경우 혼합 후 폐기물에서 1 내지 60%, 바람직하게는 1 내지 40%이다. 혼합 후 폐기물의 함수율을 1% 미만으로 제조하기 위해서는 수분을 제거하기 위하여 석탄회를 다량 사용해야 하므로 제조한 연료의 발열량이 낮아 연료 제조 비용과 비교해볼 때 비경제적이며, 혼합 후 폐기물의 함수율이 60 중량% 초과하는 경우에는 제조한 연료가 불완전 연소되므로 연료 사용시 얻을 수 있는 열량이 낮아 비효율적이다.

또한, 상기와 같이 폐기물에 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합함으로써 폐기물의 열량을 조절할 수 있는데, 혼합 후 혼합물을 연료로 제조하여 얻는 열량은 연료의 제조 비용 및 발열량을 고려하는 경우 1,000kcal/kg 이상, 바람직하게는 3,000 내지 7,000kcal/kg이다. 혼합물에서 얻을 수 있는 열량이 1,000kcal/kg 미만인 경우 고형 연료를 제조하는 비용에 비하여 얻을 수 있는 에너지가 적어 비효율적이고 비경제적이다.

한편, 폐기물에 상기 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합함으로써 폐기물의 수분 제거 및 열량 조절 효능 외에 다공성 활성물질인 석탄회 및 석탄의 특성으로 인하여 폐기물의 악취를 제거하는 효과를 볼 수도 있다.

하나의 구체적 실시에서, TPA(terephthalic acid) 공정 슬러지 또는 폐수 슬러지에 플라이 애쉬 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합하여 고형연료를 제조한 후 관음 테스트를 수행한 결과, 플라이 애쉬 및 석탄 자체의 탈취 효과로 인하여 폐기물의 악취가 감소되는 것으로 나타났다.

다음으로, 상기 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합한 폐기물에 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상을 혼합하는 과정을 추가할 수 있다. 상기 탈취 공정의 경우 폐기물에 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합하는 과정을 거친 이후에도 폐기물의 악취가 충분하게 제거되지 않은 경우에 수행하며, 상기 공정을 통하여 폐기물의 악취를 추가로 제거할 수 있다.

상기 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상은 적은 양으로도 폐기물의 악취를 효과적으로 제거할 수 있으며 악취 제거 효과의 지속력이 우수한 것을 사용하며, 고체상, 액체상, 젤상 또는 크림상 등의 것을 사용할 수 있으나 그 형태가 이로 제한되지는 않는다. 그러나, 취급의 편의성 및 상기 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상을 폐기물에 사용한 후 이를 제거하는 추가 공정 없이도 고형연료를 제조할 수 있어 효율적인 액체 상태의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

구체적으로, 액체 상태의 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상을 사용하는 경우 상기 혼합물에 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상을 스프레이로 분사하는 과정을 통하여 폐기물의 악취 제거 효과를 볼 수 있으므로 간편하고, 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상을 분사한 후 이들을 수거하는 과정이 필요 없어 효율적이며 시간을 절약할 수 있다. 그리고 고체 상태의 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상을 사용하는 경우에는 이들을 상기 혼합물과 혼합하는 과정이 필요하다. 이 경우 혼합이 고르게 되지 않는 경우에는 폐기물의 악취 제거 효과가 불충분할 수 있는 문제점이 있으므로 혼합에 세심한 관심이 필요하며, 제조한 연료의 발열량을 높이기 위해 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상을 다시 수거하는 과정이 필요한 경우도 있다.

상기 탈취제는 이산화 염소, 염소산 칼슘, 염화 칼륨, 제올라이트 또는 활성탄 중 어느 하나 이상 선택한 것을 사용할 수 있다. 또한, 상기 방향제는 천연 성분 또는 합성 성분 중 어느 하나 이상 선택한 것을 사용할 수 있다. 그러나 상기 탈취제 및 방향제 모두 종류가 이로 제한되지는 않는다.

상기 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상의 사용량은 탈취 효과 및 제조한 연료의 연소 효율을 고려할 때 혼합물의 전체 중량 대비 0.001 내지 10 중량%이다. 탈취제가 또는 방향제 중 어느 하나 이상이 0.001 중량% 미만인 경우에는 탈취 효과가 충분히 발휘되지 않아 폐기물을 고형연료로 제조하는 과정에서 악취로 인하여 폐기물의 취급이 어려울 수 있으며, 10 중량% 초과하는 경우에는 액체 상태의 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상을 사용할 때는 폐기물의 함수율이 증가하므로 제조한 고형연료의 연소 효율 및 열량이 낮아질 수 있고, 고체 상태의 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상을 사용할 때는 이들을 다시 수거하는 과정이 복잡하고 오래걸리며, 이들을 수거하지 않는 경우에는 제조한 고형연료의 열량이 낮아질 수 있다.

다음으로, 상기 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합한 혼합물이나 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합한 후 또는 상기 혼합후 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상을 혼합한 경우 그 혼합물을 압출기, 성형기, 사출기, 펠렛 제조기 또는 브리키팅 장치 중 어느 하나 이상에 투입하여 성형하는 단계를 추가할 수 있다. 또한, 상기 혼합에 있어서 상기 혼합물은 상기 성형 과정을 거치지 않고 바로 연료로 사용할 수도 있는데, 이 경우 연료의 연소 효율이 좋은 반면 입자 크기가 너무 작거나 커 연료의 취급이 어려울 수 있으므로, 연소 효율 및 취급의 편의성을 고려하여 상기 혼합물의 성형 여부를 결정한다.

상기 성형 과정을 통하여 얻은 성형체는 혼합물을 투입한 기계의 종류에 따라 다양한 형상을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 성형체는 펠렛 형상, 아몬드 형상, 조개탄 형상, 필로우 형상 또는 핑거 형상 중 어느 하나 이상의 형상을 가질 수 있으나 연소의 효율성 및 다른 연료와의 혼합의 편리성 등을 고려하는 경우 펠렛 형상의 성형체로 성형하는 것이 바람직하다.

또한 상기 혼합물을 펠렛 형상의 성형체로 성형하는 경우에는 제조된 고형연료의 취급의 편의성 및 연소 효율을 고려할 때 성형체의 입자의 직경은 1 내지 150mm로 하는 것이 바람직하다. 상기 입자의 직경은 성형체가 구 형상인 경우에는 그 지름을 뜻하며, 성형체가 구 형상이 아니어서 일정한 직경을 갖지 아니하는 경우에는 측정한 직경 중 가장 큰 값을 뜻한다. 성형체의 입자의 직경이 1mm 미만인 경우에는 고형연료가 부스러져 분말화되기 쉽고 제조한 고형연료의 크기가 작아 다루기 어려우며, 입자의 직경이 150mm 초과하는 경우에는 고형연료가 불완전 연소되어 연소 효율이 낮을 수 있으며 다른 연료와 혼합하여 사용하는 경우에는 혼합이 고르게 되지 않을 수 있다.

또 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 폐기물, 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상이 혼합된 고형연료이며, 상기 폐기물의 함수율이 1 내지 60%이고 상기 고형연료의 열량이 1,000kcal/kg 이상인 것을 특징으로 하는 폐기물을 포함한 고형연료를 제공한다. 상기 고형연료의 경우 상기 제조 방법에 의하여 제조될 수 있다.

본 발명에 의하여 제조된 고형연료의 경우, 버려지는 폐기물 및 석탄회를 이용하여 제조하므로 경제적이고 친환경적이며, 에너지 생산을 위해 연료를 구입하는 데 드는 비용을 절감할 수 있다. 또한, 단일 공정으로 혼합조에서 균일 혼합하여 제조되며 폐기물의 악취 제거 및 수분 감소를 위해 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합하는 것 외에 추가의 기기나 별도의 공정이 필요하지 않기 때문에 간편하고, 별도의 건조 과정이 필요 없어 건조하는 데 드는 시간 및 비용을 절약할 수 있으므로 경제적이다. 또한, 상기 고형연료를 화력발전소 또는 열병합발전소에서 연료 또는 연료 보조제로서 사용하는 경우에는 화력발전소나 열병합발전소에서 나오는 부산물인 석탄회를 사용하여 연료를 제조할 수 있으므로 현장적용성이 우수하다.

상기 고형연료는 단독으로 사용하거나 기존의 화석연료와 혼합하여 사용할 수 있다. 화석연료와 혼합하여 사용하는 경우에는 화석연료를 구입하는데 소요되는 비용과 연료의 발열량을 고려하여 그 혼합 비율을 정한다.

또한, 상기 고형연료를 사용하는 경우 연소 후 생기는 재 역시 폐기물의 유기물 성분 및 석탄회 또는 석탄이 연소하고 남은 것이므로 석탄회식으로 존재할 것이기 때문에, 이를 고형연료를 제조하는데 재사용할 수 있으므로 경제적이고 효율적이다.

상기 제조 방법에 의하여 제조된 고형연료의 경우 버려지는 폐기물 및 석탄회를 사용하여 제조하므로 친환경적이고 경제적이며, 추가의 건조 공정 또는 탈취 공정 없이도 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합하는 과정을 통하여 폐기물의 함수율을 감소하거나 악취를 제거할 수 있으므로 간편하고 효율적이다. 또한, 상기 고형연료를 사용하는 경우 기존의 연료에 비하여 적은 비용을 들이면서도 동등 이상의 에너지를 얻을 수 있어 경제적이며 에너지 확보 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 슬러지 상태의 폐기물을 이용한 고형연료의 제조 공정을 도시한 그림이다.
도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 상태의 폐기물을 이용한 고형연료의 제조 공정을 도시한 그림이다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.

실시 예 1: 플라이 애쉬를 이용하여 고형연료를 제조하는 경우 폐기물의 함수율 및 발열량 비교

1-1. TPA 공정 슬러지를 이용하는 경우

발열량이 5,500kcal이고 함수율이 40%인 TPA 공정 슬러지와 발열량이 0kcal이고 수분을 포함하고 있지 않은 플라이 애쉬를 85 : 15의 중량비로 혼합하여 고형연료를 제조하였다.

실험 결과, 제조한 고형연료의 발열량은 4,675kcal이고 함수율은 34%인 것으로 나타났다.

1-2. 제일모직 폐수 슬러지를 이용하는 경우

발열량이 5,500kcal이고 함수율이 35%인 제일모직 폐수 슬러지와 발열량이 0kcal이고 수분을 포함하고 있지 않은 플라이 애쉬를 85 : 15의 중량비로 혼합하여 고형연료를 제조하였다.

실험 결과, 제조한 고형연료의 발열량은 4,675kcal이고 함수율은 30%인 것으로 나타났다.

실시예 2 : 석탄 분말을 이용하여 고형연료를 제조하는 경우 폐기물의 함수율 및 발열량 비교

2-1. TPA 공정 슬러지를 이용하는 경우

발열량이 5,500kcal이고 함수율이 40%인 TPA 공정 슬러지와 발열량이 4,700kcal이고 함수율이 20%인 석탄 분말을 50 : 50의 중량비로 혼합하여 고형연료를 제조하였다.

실험 결과, 제조한 고형연료의 발열량은 5,100kcal이고 함수율은 30%인 것으로 나타났다.

2-2. 제일모직 폐수 슬러지를 이용하는 경우

발열량이 5,500kcal이고 함수율이 35%인 제일모직 폐수 슬러지와 발열량이 4,700kcal이고 함수율이 20%인 석탄 분말을 50 : 50의 중량비로 혼합하여 고형연료를 제조하였다.

실험 결과, 제조한 고형연료의 발열량은 5,100kcal이고 함수율은 27.5%인 것으로 나타났다.

실시예 3: 플라이 애쉬 및 석탄 분말을 이용하여 고형연료를 제조하는 경우 폐기물의 함수율 및 발열량 비교

3-1. TPA 공정 슬러지를 이용하는 경우

발열량이 5,500kcal이고 함수율이 40%인 TPA 공정 슬러지, 발열량이 4,700kcal이고 함수율이 20%인 석탄 분말 및 발열량이 0kcal이고 수분을 포함하고 있지 않은 플라이 애쉬를 60 : 30 : 10의 중량비로 혼합하여 고형연료를 제조하였다.

실험 결과, 제조한 고형연료의 발열량은 4,710kcal이고 함수율은 30%인 것으로 나타났다.

3-2. 제일모직 폐수 슬러지를 이용하는 경우

발열량이 5,500kcal이고 함수율이 35%인 제일모직 폐수 슬러지, 발열량이 4,700kcal이고 함수율이 20%인 석탄 분말 및 발열량이 0kcal이고 수분을 포함하고 있지 않은 플라이 애쉬를 60 : 30 : 10의 중량비로 혼합하여 고형연료를 제조하였다.

실험 결과, 제조한 고형연료의 발열량은 4,710kcal이고 함수율은 30%인 것으로 나타났다.

실시예 4: 플라이 애쉬 및/또는 석탄 분말을 이용하여 고형연료를 제조하는 경우 폐기물의 탈취 효능

상기 실시예 1 내지 3의 방법에 따라 제조한 고형연료의 악취 정도를 시험하기 위하여 30대 및 40대의 성인남녀 각각 5명을 대상으로, 상기에서 제조한 고형연료에 대하여 관음 테스트를 실시하였다.

실험 결과, 플라이 애쉬와 석탄 자체의 탈취 효과로 인하여 폐기물의 악취가 감소된 것으로 관찰되었다.

Claims (21)

1. 폐기물에 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상을 혼합하여 폐기물의 함수율 및 혼합물의 전체 열량을 조절하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 혼합 이후에 상기 혼합물을 성형하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 혼합시 또는 혼합 이후에 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상을 혼합하여 폐기물의 악취를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
   
4. 제3항에 있어서, 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상의 혼합 이후에 상기 혼합물을 성형하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폐기물은 도시고형폐기물, 생활 폐기물, 산업 폐기물, 바이오매스, 하폐수 슬러지 또는 분뇨 슬러지인 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
   
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폐기물은 고체 또는 슬러지 상태인 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 폐기물이 고체 상태인 경우 폐기물을 분쇄한 후 혼합하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 분쇄는 폐기물의 입경이 0.1 내지 50mm 이하가 되도록 분쇄하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
   
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 석탄회는 플라이 애쉬, 바텀 애쉬, 신더 애쉬 및 세로스페어로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
   
10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상은 혼합물의 전체 중량 대비 2 내지 99 중량%인 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
    
11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 함수율은 혼합 후 폐기물에서 1 내지 60%인 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
    
12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물의 전체 열량은 1,000kcal/kg 이상인 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
    
13. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 성형은 입자의 직경이 1 내지 150mm인 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조방법.
    
14. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 성형은 펠렛 형상, 아몬드 형상, 조개탄 형상, 필로우 형상 또는 핑거 형상인 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
    
15. 제3항에 있어서, 상기 탈취제는 이산화 염소, 염소산 칼슘, 염화 칼륨, 제올라이트 또는 활성탄 중 하나 이상 선택한 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
    
16. 제3항에 있어서, 상기 방향제는 천연 또는 합성 성분 중 하나 이상 선택한 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
    
17. 제3항에 있어서, 상기 탈취제 또는 방향제 중 어느 하나 이상은 혼합물의 전체 중량 대비 0.001 내지 10 중량%인 것을 특징으로 하는 폐기물을 이용한 고형연료 제조 방법.
    
18. 폐기물, 석탄회 또는 석탄 분말 중 어느 하나 이상이 혼합된 고형연료이며, 상기 폐기물의 함수율이 1 내지 60%이고 상기 고형연료의 열량이 1,000kcal/kg 이상인 것을 특징으로 하는 폐기물을 포함한 고형연료.
    
19. 제18항에 있어서, 상기 고형연료는 단독으로 또는 화석연료와 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 포함한 고형연료.
    
20. 제18항에 있어서, 상기 고형연료는 화력발전소 또는 열병합발전소에서 사용하는 것을 특징으로 하는 폐기물을 포함한 고형연료.
    
21. 제18항에 있어서, 상기 고형연료는 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 폐기물을 포함한 고형연료.
    
    

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