하수슬러지 유동층 소각에서 유동매체가 N 2 O 발생에 미치는 영향에 관한 연구

• Published in: 청정기술 Vol. 20; no. 4; pp. 390 - 397
• Main Authors: 박종주, 이승재, 유인수, 전상구, 박영성, 문승현, Park, Jong-Ju, Lee, Seung-Jae, Ryu, In-Soo, Jeon, Sang Goo, Park, Yeong-Sung, Moon, Seung-Hyun
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 2014
• Subjects: N_2O
• ISSN: 1598-9712; 2288-0690

This study was performed to investigate the effects of fluidizing media on $N_2O$ production in fluidized bed incineration of sewage sludge. The fluidized media were prepared in a form of 2 mm bead by mixing zeolite powders in our lab. Sand having 0.4 mm of the mean size showed 0.44 m/s of minimum fluidization velocity ($U_{mf}$), while the prepared zeolite media 0.5 m/s. When the ratio of fluidizing media height to the inside diameter of the incinerator (bed aspect ratio) increased from 1.4 to 3.1, it was found that $U_{mf}$ of the zeolite media was varied from 0.5 m/s to 0.7 m/s. Under the operation conditions in 1.79 of excess air ratio, $909^{\circ}C$ of bed temperature and ca. 1.65 m/s of superficial velocity, as the weight of fluidizing meadia was increased, $O_2$ concentration in the flue gas was slightly decreased, and $CO_2$ increased. Above 6 kg of fluidizing media weight (1.98 of bed aspect ratio), it was observed that $N_2O$ concentration was significantly reduced, which might result from the decomposition of $N_2O$ on the zeolite media rather than transformation of $N_2O$ to NOx. On the other hand, in a variation of the zeolite media mixing ratio to sand and bed temperature at a constant total bed height, significant difference was exhibited in $N_2O$ emission concentration according to the temperature. Considering the operation temperature in the incineration, the effective calcination temperature of the zeolite media was suggested to be around $900^{\circ}C$. 하수슬러지를 유동층 소각으로 처리할 때 유동매체가 $N_2O$ 발생에 미치는 영향을 고찰하였다. 유동매체로 zeolite 분말을 혼합하여 2 mm의 구형으로 제조하였다. 유동사의 평균크기 0.4 mm인 것을 유동매체로 사용할시 최소유동화속도($U_{mf}$)는 0.44 m/s로 나타났으나, 2 mm zeolite 유동매체를 사용하였을 경우, 최소유동화속도는 0.5 m/s로 다소 증가하는 것을 알 수 있었다. 유동층 소각로 내경에 대한 유동층 높이의 비(bed aspect ratio)를 1.4에서 3.1로 증가시켰을 때, 최소유동화속도는 0.5 m/s 에서 0.7 m/s로 다소 증가하는 것을 알 수 있었다. 과잉공기비가 1.79이고, 유동층 온도는 $909^{\circ}C$, 공탑속도는 약 1.65 m/s의 운전 조건에서, 유동매체 양의 증가에 따라 배가스 $O_2$ 농도는 다소 감소하였으며, $CO_2$의 농도는 다소 증가하는 것으로 나타났다. 유동매체의 양이 6 kg (bed aspect ratio 1.98) 이상일 때 $N_2O$의 농도가 크게 감소하였는데, 이러한 감소는 $N_2O$의 NOx로 전환이라기보다는 zeolite 유동매체에 의한 $N_2O$ 분해 반응에 의한 것으로 사료되었다. 한편, zeolite 유동매체를 유동사와 혼합하여, 유동층 높이를 일정하게 유지하고, zeolite 유동매체의 혼합 비율과 유동층 온도를 변화시켰을 때, $N_2O$의 발생농도는 혼합비율 보다 유동층 온도에 의해 크게 의존하였으며, 고온으로 갈수록 감소하는 것을 알 수 있었다. 소각 운전 온도를 고려하였을 때, zeolite 유동매체의 소성 온도는 $900^{\circ}C$에서 수행하는 것이 효과적인 것으로 판단되었다.