목차 목 차 목차 ⅰ 그림목차 ⅲ 표목차 ⅳ Abstract ⅴ Ⅰ. 서론 1 Ⅱ. 연구내용및방법 3 1. 폐기물에너지정책 3 폐기물소각시설에너지화현황 3. 폐자원의소각열회수이용정책동향 4. 폐기물소각에서의온실가스배출 5. 온실가스배출감축사업등록및관리규정 6. 발전효율

Transcription

1 발간등록번호 폐기물에너지고효율화를통한온실가스 감축및여열활용방안마련연구 (I) 환경자원연구부폐자원에너지연구과 윤영삼, 이수영, 권은혜, 강준구, 손준익, 권영현, 전태완, 신선경 2016

2 목차 목 차 목차 ⅰ 그림목차 ⅲ 표목차 ⅳ Abstract ⅴ Ⅰ. 서론 1 Ⅱ. 연구내용및방법 3 1. 폐기물에너지정책 3 폐기물소각시설에너지화현황 3. 폐자원의소각열회수이용정책동향 4. 폐기물소각에서의온실가스배출 5. 온실가스배출감축사업등록및관리규정 6. 발전효율향상을위한요소기술과향상효과 Ⅲ. 연구결과및고찰 사업장폐기물처리및발생현황 2. 에너지회수능력평가를위한대상시설선정 3. 에너지회수능력향상을위한현장실측평가 4. 고효율에너지회수를위한요소기술평가 (1) 열회수능력강화 ( 가 ) 저온이코노마이저 ( 나 ) 저공기비연소 (2) 증기의효율적이용 ( 가 ) 저온촉매탈질 i

3 목차 ( 나 ) 고효율건식배기가스처리 ( 다 ) 배수클로즈시스템미도입 ( 라 ) 백연저감미도입또는백연저감장치작동중지 (3) 증기터빈시스템효율향상 ( 가 ) 고온 고압보일러 ( 나 ) 추기복수터빈 ( 다 ) 수냉식응축기 (4) 발전효율향상효과분석 ( 종합 ) 5. 에너지고효율화를통한온실가스배출감축량 Ⅳ. 결론 54 참고문헌 56 ⅱ

4 목차 그림목차 <Figure 1> Check list files (sample) 20 <Figure 2> Generating efficiency according to change of NCV and economizer outlet temperature 26 <Figure 3> Generating efficiency according to change of NCV and excess air ratio 29 <Figure 4> Generating efficiency according to change of NCV and low temperature catalyst 32 <Figure 5> Generating efficiency according to change of NCV and temperature 35 <Figure 6> Generating efficiency according to change of NCV and outlet temperature 37 <Figure 7> Generating efficiency according to change of plume prevention system stop 39 <Figure 8> Power generation according to change of pressure and temperature (steam generator = 5 ton/h) 40 <Figure 9> Power generation according to change of pressure and temperature (steam generator = 10 ton/h) 40 <Figure 10> Generating efficiency according to change of pressure and temperature 41 <Figure 11> Extraction condensing turbine application examples 43 <Figure 12> Turbine condensing methods 44 ⅲ

5 목차 표목차 <Table 1> GHG reduction effect when burning flammable waste 14 <Table 2> Improvement of the power generation efficiency improves 16 <Table 3> Occurrences and disposal current states of industrial wastes 17 <Table 4> Energy production of incineration facilities 17 <Table 5> Generation of incineration facilities 18 <Table 6> Surveyed industrial waste facilities 19 <Table 7> Surveyed industrial waste incineration facility 21 <Table 8> Occurrences of steam generation in industrial waste incineration facility 23 <Table 9> Generating efficiency according to change of NCV and economizer outlet temperature 25 <Table 10> Generating efficiency according to change of NCV and excess air ratio 28 <Table 11> Generating efficiency according to change of NCV and low temperature catalyst 31 <Table 12> Generating efficiency according to change of NCV and temperature 34 <Table 13> Generating efficiency according to change of NCV and outlet temperature 36 <Table 14> Generating efficiency according to change of plume prevention system stop 38 <Table 15> Property data of entropy and enthalpy 45 <Table 16> Comprehensive results of the power generation efficiency improvement from waste-to-energy high efficiency 47 <Table 17> Estimation of energy saving and GHG reduction according to change of economizer outlet temperature 48 <Table 18> Estimation of energy saving and GHG reduction according to change of excess air ratio 49 ⅳ

6 목차 <Table 19> Estimation of energy saving and GHG reduction according to change of low te mperature catalyst 50 <Table 20> Estimation of energy saving and GHG reduction according to change of temperature 51 <Table 21> Estimation of energy saving and GHG reduction according to change of outlet temperature 52 <Table 22> Estimation of energy saving and GHG reduction according to change of plume prevention system stop 53 ⅴ

7 Abstract Abstract WtE of MSW plays a crucial role in renewable energy production in Korea. Municipal solid waste (MSW) is an important energy resource for combined heat and power (CHP) production. This study investigated an increasing method to the power generation efficiency by MSW to energy (WtE) plants in South Korea and discussed the issues related to energy efficiency improvement. In some cases, however, achieving a high energy efficiency of WtE is not practical due to various technical and non-technical reasons. The design and operation of a WtE plant is determined primarily by the amount of MSW to be treated, not by energy demand. Therefore, utilization of the heat produced from a WtE plant needs to be considered from the planning stage of a new installation. Waste management with a low environmental impact is an essential element of modern society. The priority of waste management is expressed as the well-known hierarchy of prevention, reuse, recycling, recovery and disposal. Waste to energy (WtE) is the recovery of the energy content, preferably for non-recyclable wastes. This is usually achieved by combustion of the waste to release its chemical energy and then transferring this energy to water/steam in a boiler to produce heat and/or power. Compared to commercial fuels, municipal solid wastes (MSW) are low quality fuels due to their low energy content, their large variations in fuel properties and the high content of chlorine and heavy metals. In particular, small-scale plants in rural areas often do not have a sufficient enough need for heat, therefore in these instances installing heat recovery facilities significantly increases the capital and operation costs. All countries in Europe are working hard to reduce their reliance on fossil fuels in their power and district heating production. However, for many years to come a large share of the energy supply will continue to be based on fossil fuels. Therefore, waste-to-energy(wte) facilities will ⅵ

8 Abstract also in the future make an important contribution to reaching the climate goals, and high energy efficiency will remain mandatory for all waste treatment facilities in order to maximize utilization of the Korean energy resources and limit the climate impact of energy production. A new generation of WtE facilities replacing existing capacity is being established in several places in Korea. For lower air ratio, generation efficiency increases by 0.17 to 1.71 % from the basis of 1.8 (0.74 on average) by reducing air volume depending on changes in NCV and emission gas volume. Regarding the efficient use of steam, generation efficiency increases by % (0.45 % on average) when applying low-temperature catalyst for denitrification. When applying highly efficient dry emission gas treatment, generation efficiency increases by % (2.02 % on average) depending on changes in NCV, emission gas and reheating temperature of wet process. When applying high temperature and pressure boiler in order to increase generation efficiency through improved efficiency for steam turbine system, At 20 kg/ cm2 300 of steam temperature, electricity generation volume increases as temperature and pressure increases by increasing steam temperature every 50 from 300 to 500 and pressure every 10 kg/ cm2 from 20 kg/ cm2 to 60 kg/ cm2. Compared to the base of 20 kg/ cm2 300, electricity generation volume increases 51.03% at 40 kg/ cm2 400 and % at 60 kg/ cm ⅶ

9 Ⅰ. 서론 Ⅰ. 서론 폐기물에너지화기술은폐기물소각후발생되는폐열을직접적으로활용하는소각열이용기술과폐기물을물리화학적으로가공하여기존의화석연료와비슷한연료로생산하는기술로구분된다. 폐기물에는도시고형폐기물, 건설폐기물, 사일리지 (silage), 가축분뇨등과같은농업폐기물, 산업폐기물, 그리고매립지에서발생되는가스등이있다. 이러한폐기물을이용하여다양한처리과정을통해고형연료, 바이오가스나합성가스로의전환, 소각을통한스팀및열등과같이우리가사용할수있는형태의에너지를얻을수있다 1). 폐자원에너지화기술에는가연성폐기물, 고함수율유기성폐기물, 매립가스, 산업폐가스를열화학적및생물학적인방법으로열또는전력등에너지화하는기술등이있으며, 폐기물기반화학원료생산 ( 정유화, bio-refinery) 기술은폐기물을생물학적혹은화학적공정을이용하여화학원료및소재와수송용연료로전환하는기술등도포함된다. 현재폐기물에너지화는폐기물의처리와화석연료대체에의한온실가스감축및신재생에너지보급계획에크게기여할수있는산업이며국내신재생에너지공급량의 65 % 이상을차지하고있다 2). 자원순환기본법 ( 시행 ) 에따른폐기물처리방법변화로폐기물관리정책에는배출억제 (Reduce), 재사용 (Reuse), 재생이용 (Recycling) 의 3R 체계에서에너지회수 (Recovery) 를포함한 4R 체계로폐기물감량목적의단순소각처분이아닌자원순환및온실가스감축을위해에너지를최대한회수하기위한방안마련이포함되어야한다. EU의경우 2011년기준도시폐기물소각을통해 8.2 Mtoe(= 석유환산백만톤단위 ) 의에너지를생산하였으며전년도에비해 2.6 % 증가하였다. 도시폐기물의재순환을통한에너지회수는화석연료수요를감소시킬뿐만아니라폐기물매립량과환경오염을감소시킬수있어 EU는정책적지원을통해크게장려하고있다. EU 국가들은매립 소각부담금제와미처리폐기물매립금지제도를도입하여미처리폐기물매립제로화를실현하고자노력하고있 1

10 Ⅰ. 서론 다 3 4). 2015년수립된폐자원에너지화활성화대책에서는 2020년까지폐기물발생량대비매립률을 3.0 % 로낮추고재활용가능폐기물의매립제로화달성및감량화 재활용 에너지화등을통해폐자원에너지화를통해발생하는온실가스배출량 13.8백만톤중 12.3 % 인 1.7백만톤감축을목표로하고있다 5 6). 우리나라는신기후체제 (Post-2020) 협상의본격화로인해온실가스감축목표를 2030년배출전망치 (BAU) 대비 37 % 로제시하였다 7). 유기성폐기물과가연성폐기물을대상으로폐자원에너지화의확대로 6.3 % 감축을목표로하고있다. EU는 2030년온실가스감축 (Target 2030) 목표를 1990년대비최소 40 %, 재생에너지비중 27 % 확대, 에너지효율 27 % 확정하였다. 따라서본연구에서는소각시설에서발생되는오염물질저감대책중심에서고효율에너지회수를위한요소기술별발전효율향상효과분석및온실가스감축량산정을통하여기후변화대응및국가에너지원확보에기여하고자한다. 2

11 Ⅱ. 연구내용및방법 Ⅱ. 연구내용및방법 1. 폐기물에너지정책 가. 폐기물관리법자원소비형성장사회에서폐기물 zero형자원순환사회로전환하기위하여에너지화 (Recovery) 를포함하여감량화 (Reduce), 재사용 (Reuse), 재활용 (Recycl e) 등기존의 3R 정책이 4R 정책으로전환되어야한다. 지속가능한자원순환형사회정착을위해서는법, 제도등국가정책의변화뿐만아니라국민개개인의의식을바꿀수있는교육, 홍보등다양한도구가활용되어야할것이다. 현재소각여열의에너지화와관련된국내규정으로는폐기물관리법시행규칙제2조의2 에서 에너지회수규정 을제시하고있으며, 자원의절약과재활용촉진에관한법률 제2조에서폐기물을통하여회수할수있는에너지및폐열을재활용가능자원으로규정하고있다. 에너지회수규정은폐기물로부터열에너지를회수하는활동을재활용의범주로인정하고에너지회수시설운영의안정성및회수효율의지속유지와동시에폐기물의부적정처리방지를목적으로마련한것으로서에너지회수기준은다른물질과혼합하지아니하고당해폐기물의저위발열량이 3,000 kcal/kg 이상일것과에너지의회수효율 ( 회수에너지총량을투입에너지총량으로나눈비율을말한다 ) 이 75 % 이상일것으로규정하고있다. 3

12 Ⅱ. 연구내용및방법 폐기물관리법시행규칙 ( 에너지회수기준 ) 폐기물관리법시행규칙 [ 환경부령제406호, , 일부개정 ] 제3조 ( 에너지회수기준 ) 1 폐기물관리법 ( 이하 " 법 " 이라한다 ) 제2조제7호에따른에너지의회수기준은다음각호와같다. 1. 다른물질과혼합하지아니하고해당폐기물의저위발열량이킬로그램당 3천킬로칼로리이상일것 2. 에너지의회수효율 ( 회수에너지총량을투입에너지총량으로나눈비율을말한다 ) 이 75퍼센트이상일것 3. 회수열을모두열원 ( 熱源 ) 으로스스로이용하거나다른사람에게공급할것 4. 환경부장관이정하여고시하는경우에는폐기물의 30퍼센트이상을원료나재료로재활용하고그나머지중에서에너지의회수에이용할것 자원의절약과재활용촉진에관한법률자원의절약과재활용촉진에관한법률 [ 법률제10389호, , 타법개정 ] 제2조 ( 정의 ) 이법에서사용하는용어의뜻은다음과같다. < 개정 > 1. " 자원순환 " 이란환경정책상의목적을달성하기위하여필요한범위안에서기물의발생을억제하고발생된폐기물을적정하게재활용또는처리 ( 폐기물관리법 제2조제6호에따른최종처분를말한다. 이하같다 ) 하는등자원의순환과정을환경친화적으로이용 관리하는것을말한다. 2. " 재활용가능자원 " 이란사용되었거나사용되지아니하고버려진후수거 ( 收去 ) 된물건과부산물 ( 副産物 ) 중재사용 재생이용할수있는것 [ 회수할수있는에너지와폐열 ( 廢熱 ) 을포함하되, 방사성물질과방사성물질로오염된물질은제외한다 ] 을말한다. 3.~6 < 중략 > 7. " 재생이용 " 이란재활용가능자원의전부또는일부를원료물질 ( 原料物質 ) 로다시사용하거나다시사용할수있도록하는것을말한다. 8. " 에너지회수 " 란재활용가능자원으로부터 폐기물관리법 제2조제7호나목에따른기준 ( 이하 " 에너지회수기준 " 이라한다 ) 에따라에너지를회수 ( 回收 ) 하거나에너지를회수할수있는물질로전환시키는것을말한다. 4

13 Ⅱ. 연구내용및방법 나. 신 재생에너지가연성폐기물은단순소각및매립보다는분류및선별과정을통한에너지원으로활용가능하며, 폐기물및소각에의한폐열생산및회수기술등고효율발전기술등소각여열이용기술을활용하여신재생에너지보급및발전이필요하다. 폐기물에너지의신 재생에너지생산량은 2014년도기준 6,904,733 toe (59.8 %) 로전년대비 402,319 toe, 6.2 % 증가하였다. 이에따른발전량은 14,334,944 MWh (53.3 %) 로전년대비 2,780,518 MWh이증가되어증가율 24.1 % 를보였다 2). 신에너지및재생에너지개발 이용 보급촉진법시행령제2조관련 [ 별표1] 바이오에너지등의기준및범위 ( 개정 ) 에너지원 폐기물에너지 기준 1) 각종사업장및생활시설의폐기물을변환시켜얻어지는기체, 액체또는고체의연료 2) 1) 의연료를연소또는변환시켜얻어지는에너지 3) 폐기물의소각열을변환시킨에너지 1) 부터 3) 까지의에너지가신 재생에너지가아닌석유제품등과 혼합되는경우에는각종사업장및생활시설의폐기물로부터생산된 부분만을폐기물에너지로본다. 2. 폐기물소각시설에너지화현황 가. 국외현황세계에서폐기물에너지의생산량이가장많은국가는미국으로 2008년기준으로 86개의 WTE(Waste to Energy) 플랜트에서연간 2천9백만톤의생활폐기물을소각하면서 2.3 GW의전기를생산하고있고, 이것으로연간석탄 960 만톤 ( 석유로는 2천9백만배럴 ) 을대체하고있다. 이것은생활폐기물 1톤소각으로석탄 0.3 ton 혹은석유 1배럴을대체하는셈이다. 최근신규로건설되고있는폐기물소각시설은거의없는것으로조사되었으나계속적으로매립을지양하고소각열의활용정책을장려함에따라소각열이용의보급은꾸준 5

14 Ⅱ. 연구내용및방법 히증가할것으로예상된다 4). 미국의소각로는하루에 1,000~3,000 ton 정도의폐기물을소각하는초대용량도수십개가가동되고있으며, 일본은전국에약 1,300여개의폐기물소각로가운전되고있고하루에약 20만톤의폐기물이소각처리되고있으며, 그중에서약 900여개의소각로에서폐열에너지를회수하고있고, 약 1,400 MW 규모의발전설비가설치되어있는것으로나타나고있다. 유럽에서 MSW 소각에너지를회수하여일차에너지로이용하는양은 2007년도에 6.1 Mtoe를기록한것으로추정되며, 이는전년도에비해약 6.3 %(361.9 ktoe) 가증가한것으로조사되었으며, 회수된에너지의이용방식은주로발전과열이용이나, 지역별로차이가나타났다. 덴마크의경우세계에서 MSW 소각에너지이용이가장활발한국가로 2007 년도이용량은 740 ktoe 로서유럽에서 4위이며, 전력생산량 1,497 GWh이고열이용량은 455 ktoe로인구 1,000명당이용량은 toe로서유럽에서 1위이며, 이수치는 2위인네덜란드보다 4배이상많은수치이다. MSW 소각및열병합발전에대한정부보조금은 2004년 4월이전에열병합발전을시작하여전력망에연결되어있는경우에만지원하고있으며, 시장전력가격에 kwh당 유로센트의보너스를덧붙여서전력을구매해주고있다. 프랑스의경우연간총소각여열이용량의규모면에서는유럽에서 1위이며, 2007년도이용량은 1,142 ktoe이고, 인구 1,000명당이용량은 18 toe로서유럽중 5위에해당하고, 전력생산량은 1,680 GWh이고열이용량은 313 ktoe를나타내고있다. MSW 소각에너지로발전한전력은 유로센트 /kwh의우대가격으로구매해주고, 전력전환효율에따라 유로센트 /kwh 범위의보너스가추가된다. 유럽에서가장많은 130기의소각로를운영하고있으며, 이는독일 (70기) 의거의 2배에해당되고, 운영중인 130기중에서소각여열의회수가없는시설은 18기뿐이다. MSW 소각에너지회수사업의 90 % 이상은폐기물 에너지분야의대형회사들인 Novegie, Veolia, TIRU 등에의해주도되고있고, 나머지는 13개지방자치단체가담당하고있다. 독일의경우 2007년도이용량은 1,069 ktoe이며처음으로 1백만toe를넘었 6

15 Ⅱ. 연구내용및방법 고, 유럽에서의순위는 2위이지만인구 1,000명당이용량은 13 toe로서 10위를보이고있다. 소각에너지이용방식은전력생산에특화되어있으며, 2007 년도전력생산량은 4,250 GWh에도달하였고, 최근에소각여열회수시장이급성장하였으며, MSW 소각시설의연간처리용량은 3,000만톤에달한다. 이는독일의연간 MSW 발생량인 2,400만톤을초과하는수치이며, 이러한결과로일부시설들을단계적으로폐쇄하거나이탈리아등지의외국에서폐기물을수입해야하는상황에처해있다. 일본의경우소각여열의주요이용방법으로는폐기물소각시설을하수처리장인접에설치하여소각시설에서발생하는배가스, 발생증기또는발전전력을하수처리장에이용하거나폐기물과하수오니케이크의혼합소각에의해발생하는폐열을이용하고있다. 또한대형시설을중심으로여열을직접연소용공기의가열목적이외에보일러로부터나오는증기를시설내난방, 급탕또는시설내소요전력을포함한발전등에활용하고있으며, 최근에는주변주민급탕, 노인시설열공급, 온수풀등의복지시설, 지역난방플랜트등의열공급에사용하는등폐열을수증기로회수하여유효에너지로이용하는형태를주로갖추고있다. 일본의과거발전부분의폐열이용률은 2 3 % 밖에되지않았으나, 이후소각장치의개량, 기술적신뢰성향상, 쓰레기발열량증대및에너지절약이라는시대적인요청에의하여복수식터빈을이용한열이용효율을증대시키고있다. 일반폐기물소각시설은일본전국에약 2,000개이며, 이중발전가능한전연속식은약 440개로서약 130개소에서소각여열을이용하여발전을하고있다. 나. 국내현황 2009년부터 2012년까지국내폐기물에너지의보급통계를살펴보면연도별폐기물에너지의보급은꾸준히계속증가하고있음을볼수있으며, 특히 2012년에크게증가하여연간약 600만 toe의총폐기물에너지가생산 보급된것으로조사되고있다. 2013년기준으로소각열을회수하여에너지로활용하는국내소각시설은생활폐기물과사업장폐기물대상의소각시설을모두포 7

16 Ⅱ. 연구내용및방법 함하여약 253개소에이르는것으로조사되었다 8). 이들소각시설을통한국내소각열이용보급현황은 2013년기준으로약 1,756천toe에이르는것으로조사되었다. 또한생활폐기물과사업장폐기물의소각열이용현황은거의유사한것으로나타났다. 폐기물은그처리방법에따라에너지화기술도달라진다. 최종처리방법이소각일경우여열회수, 매립일경우매립가수회수로에너지화시키고, 그외에고형연료화나바이오가스화로에너지화시키는방법이있다. 폐기물에너지화기술은가연성폐기물과유기성페기물의 2가지로구분된다 9). 가연성폐기물의연료화기술들중고형연료생산기술은실용단계이나불안정한발열량등품질이미흡하며, 수요처가한정 ( 시멘트소성로 ) 되어있고공급단가가낮아활성화가부진하다. 또한소각시설여열회수및이용기술은소각시설위치제한에따른수요처와의접근성문제로여열회수와이용이저조하며, 막대한소요재원 ( 수송관설치등 ) 대비낮은공급가격이 (1/4수준) 시장진입의장벽으로간주된다 10). 유기성폐기물의기술로유기성폐기물바이오가스화기술은현재수준이 Pilot 플랜트및소규모시설의설치와운영단계로선진국에대비하여초보단계이고, 초기투자비용의과다및성공의불확실성으로투자를기피한다. 또한폐기물매립가스자원화기술은매립가스포집및정제기술은선진국의 65 % 정도로중질가스만상용화가가능하고전기 / 열에너지공급이가능한광역화, 집단화시설의입지확보가곤란하다. 생활계폐기물은가연성과불연성으로나뉘는데, 고형연료화는그중폐플라스틱고형연료화와폐지와폐목재의고형연료화로나눌수있다. 생활폐기물 RDF와폐플라스틱 RPF, 폐목재 WCF는각각특성과품질기준을달리한다. 3. 폐자원의소각열회수이용정책동향 EU 는 1870 년대에소각로를설치하고폐열을회수하여증기를생산한기록 이있을정도로소각폐열이용기술이일찍부터발달하였다. EU 에서소각로 보일러는대부분오스트리아, 네덜란드, 덴마크, 스웨덴, 핀란드에위치하고 8

17 Ⅱ. 연구내용및방법 있고, 연료로는산림폐기물이나농산폐기물을사용한다. 석탄과혼소하는방식은미국, 오스트레일리아, 핀란드, 독일등에많이보급되어있다. EU의소각폐열에너지이용은기술수준자체는높은편이지만현재상용화경쟁력에서는일본에비해미흡한수준이다. 최근폐기물의발생억제를통해배출단계에서선별한폐기물로부터가능한물질이나에너지를회수하고, RDF 또는 MBT 등에의한에너지회수율을높이고폐기물최종발생량을감소시켜매립량을최소화하는기술이중점적으로개발 보급되고있다. 미국의경우소각로에서회수된에너지로부터대부분전력을생산하고지역난방용열에너지공급은거의없지만유럽은열병합설비를설치하여전기와열을동시에공급하는것이특징이다. 프랑스와독일이폐기물의소각처리량이가장많은편으로이두국가가 EU 전체소각량의약 60 % 를차지하고있다. 폐기물소각폐열을회수하여열에너지형태로공급한양은프랑스가유럽전체생산량의약 30 %, 독일이 25 %, 스웨덴이 21 % 로 3개국가가전체의 57 % 를차지하고있다 11). 미국은지형및여건상경제적처리방법인매립에주로의존함으로써 EU에비해소각열회수이용에있어서기술적으로뒤져있으나미국환경보호국에의하면도시폐기물처리설비에의해전체폐기물중 13.6 %( 연간약 3,340만톤, 2005년기준 ) 가소각처리되고있으며 2000년을정점 (15.6 %) 으로줄어드는추세이다. 운영중인소각설비는 138개이며, 48개설비를계획또는건설중이다. 점차소각설비의설치는줄어드는추세이며 RDF 프로젝트에의한다량소각형태 ( 설비비율은전체의 1/5) 증가하고있다. 증기터빈으로발전하는설비는전체의 81 % 이며, 나머지 19 % 의소각설비는증기를생산하여자체소모하는형식이다. 소각설비의평균소각처리량은 937 ton/d이며, 발전용량은 34.8 MW로서전설비가생산하는전력생산량은 3,268 MW이다. 생산된전력은 5.3센트에판매되고있다 9 10). 폐기물소각설비에서생산된전력은 1978년제정된 PURPA(Public Utility R egulatory Policies Act) 에의해공공시설이전량구매하도록되어있다. 전력단가는 Avoided Cost 로적용되며, 이단가의구성은설비투자비, 운영비등을반영하고, 전력생산자의이윤을포함한단가 (Cent/kWh) 를적용한다. 또 9

18 Ⅱ. 연구내용및방법 한적용단가는지역등여러요소에따라넓은범위로변화될수있다. 폐기물소각에의한열병합발전의장점은계절적증기요구가감소되는봄, 여름, 가을철에발생되는증기의대부분을발전에이용하고, 발전후증기의수요량조절이가능하다는것이다. 발생되는증기의조절에따라전력생산을증가하여 PURPA의 Avoided Cost 로서전력을판매함으로써, 소각설비시행자또는소유자가폐기물소각설비에안정적투자를유도하는촉진제가되기도한다. 일본은전국 1,396개의폐기물소각로에서하루 19만 4천톤의폐기물을소각처리하고있으며 (2003년말기준 ), 그중에서 995개소각로에서폐열에너지를회수하고있고, 전체플랜트의 19 % 인 271개소각로에 1,441 MW 규모의발전설비가설치되어있다. 그러나폐기물발전효율이 10 % 를상회하는소각로는약 50 % 정도수준으로알려져있다. 99년에는전국에약 1,900개의소각로중약 10 % 에해당하는 190개소각로에서폐열을회수하여발전을하고있었으나 2003년까지 40 % 이상증가하였다 12). 일본의폐기물소각발전용량은 2003년에약 1,500 MW 였으나, 2010년기준약 4,100 MW로증가되었다. 04년기준 RDF를이용하는발전규모는약 268 MW였으며, 생활폐기물 RDF를전용연료로사용하는발전소도 5곳이가동중이고발전규모는 10~20 MW 수준이며 RDF 사용량은 200~400 ton/d 규모이다. 사이타마현고시가야시 (800 ton/d) 의경우발전효율 20 % 를넘는 20,000 MW 발전을실현하였고, 동경도내의코토소각로는이미 1998년부터 50 MW의시설에서 17.9 % 의발전효율을실현하고있다. 4. 폐기물소각에서의온실가스배출 우리나라의폐기물부문온실가스배출량은국가전체배출량의 3 7 % 를차지한다. 이수치는 IPCC에의한배출량산정방법론에의해산정된것으로폐기물이연소될때배출되는이산화탄소 (CO 2 ), 아산화질소 (N 2 O) 및매립된폐기물이혐기성분해될때배출되는메탄 (CH 4 ) 의배출량만을고려한것이다. 폐기물소각부문흐름에서온실가스를배출하는공정은 3개이며, 수집운반, 소 10

19 Ⅱ. 연구내용및방법 각장설비운영및폐기물소각으로구성된다. 온실가스저감효과를유발하는공정은소각여열의회수를들수있다. 폐기물이연소될때이산화탄소, 아산화질소및메탄이발생한다. 소각시이산화탄소배출은생물계의경우생태계광합성과정을통해재순환되므로온실효과에영향을미치지않는다고 IPCC는결론내렸다. 따라서소각시발생되는이산화탄소배출은화석연료와연관된비생물계폐기물의소각이중요하다 13 14). 가. 이산화탄소 (CO 2 ) 배출화석연료기원의폐기물연소시배출되는 CO 2 배출량은보고대상온실가스에포함되지만바이오매스물질의소각시배출되는 CO 2 배출량은생물학적기원이므로보고대상온실가스에포함되지않는다. 처리대상폐기물에따라 CO 2 배출량이결정되어진다. 액상폐기물폐기물의경우성상별탄소함량과산화계수만고려되며, 고형물함량이 5 % 미만이면서화석연료기원의액상폐기물이이에해당된다. 음폐수는특성상음식물류이므로온실가스배출량을산정해야한다. 기상폐기물의경우공정에서발생하는부생가스, 소화가스로바이오가스 ( 메탄 ) 를지침에제시된기상폐기물배출계수를적용해야한다. 나. 메탄 (CH 4 ) 배출폐기물소각처리에서 CH 4 배출량을결정하는것은소각기술이다. 연속식, 배치식, 준연속식소각은운영상의차이로인해배출계수가결정된다. 일반적으로폐기물소각에는고정상, 유동상소각방식이많이이용되고있다. 다. 아산화질소 (N 2 O) 배출폐기물소각처리에서 N 2 O 배출량을결정하는것은처리대상폐기물이다. 생활폐기물은성상별 N 2 O 배출계수를동일하게적용하고있으며, 사업장폐기물의경우민간소각시설에서처리하는사업장폐기물은슬러지와슬러지제외성상별로 N 2 O 배출계수다르게적용하고있다. 지정폐기물의경우슬러지와슬러지이외폐기물로구분하여성상별로 N 2 O 배출계수다르게적용하고있다. 11

20 Ⅱ. 연구내용및방법 5. 온실가스배출감축사업등록및관리규정 온실가스배출감축사업등록및관리제도는국내에서추진중인온실가스감축사업을객관적인평가절차에따라평가한후계획량을등록하고사업유효기간동안검, 인증을거쳐감축실적을인증하여주는제도이다. 국내온실가스배출감축사업등록및관리규정은지식경제부고시제 호에의해규정하고있다. 2004년 1월이후인사업에한하여대상으로, 온실가스배출감축량이 500 ton CO 2 /y 이상이며, 신재생에너지를개발하는사업에대하여대상사업으로인정하고있으며, 국내폐기물소각시설여열활용을통한온실가스감축사업의경우에는국내온실가스감축사업의대상에해당된다 15 17). 온실가스배출감축사업등록및관리규정의감축사업의인증및관리제5장온실가스감축실적인증및관리제14조 ( 감축실적인증의평가 ) 1 제 13조제2항의규정에의한인증평가위원회는감축실적인증신청을한감축사업에대하여제13조제1항에의한검증보고서및모니터링보고서를검토하여해당감축사업의온실가스감축사업에의한감축실적의인증여부를결정한다. 2 인증평가위원회는감축실적인증신청서가시정또는보완이필요하다고인정되는경우, 60일이내의기간을정하여모니터링보고서와검증보고서를시정또는보완하여제출하도록요구할수있다. 제15조 ( 평가결과통보및인증실적관리 ) 1 등록소는제14조의규정에의한감축실적인증신청서의평가결과를지정된검증기관에통보하고지식경제부장관에게보고하여야한다. 2 지식경제부장관은제14조의감축실적인증의평가결과가인증하도록한경우별지제6호서식의온실가스배출감축실적인증서를발급하고, 해당감축사업의감축실적을등록 관리하여야한다. 제16조 ( 감축실적인증취소 ) 등록소는감축실적이다음각호의어느하나에해당하는때에는그실적을취소하여야한다. 1. 검증보고서및모니터링보고서에기술된내용이詐僞로판명된경우 2. 지식경제부장관이별도로정한고시에의해지정받지않은검증전문기관이나, 자격이정지또는지정취소된검증전문기관이검증보고서를작성하여인증신청한경우 12

21 Ⅱ. 연구내용및방법 가. CDM 사업 CDM사업은교토의정서에서정하고있는온실가스저감방안의한가지로온실가스감축노력에의해달성된감축량에대해배출권을부여받고, 배출권의거래를통해투자된비용을보상받을수있는제도이다. 기업은온실가스감축사업에투자를하고이를기후변화협약 (UNFCCC, United Nations Frame work Convention on Climate Change) 에등록하고배출권을확보, 이를판매함으로써투자비용을회수하는것이다. CDM 사업으로등록하기위해서는일단온실가스감축에대해측정가능하고검증가능해야하며추가성이입증돼야한다 13). 교토메커니즘중에서 CDM사업은온실가스감축목표를받은선진국이감축목표가없는개도국에서온실가스감축사업을수행하여달성한온실가스감축분을자국의감축량으로활용하는사업으로선진국은상대적으로저렴한비용으로온실가스감축량을, 개도국은기술과재정지원을획득하게되어개도국과선진국이 Win-Win전략을구사할수있는매력적인사업으로평가되고있으며, 현재국내외에서활발하게추진되고있다. UNFCCC에따르면전세계적으로모두 7,752건의 CDM 사업이 CDM집행위원회에등록되어있으며 2013년대비 46.4 % 증가하였다. 우리나라는 97건의 CDM 사업이집행위원회로부터승인을받은상태이다. (1) 분야에따른분류유엔기후변화협약은 CDM 사업의형태에따라, 에너지산업 (Energy industrie s), 에너지공급 (Energy distribution), 에너지효율향상 (energy demand), 공정개선에의한온실가스감축 (Manufacturing industries), 화학원료물질대체에의한온실가스감축 (Chemical industries ) 등 15개분야 (Sector) 로분류하고있다. (2) 가연성폐기물연료화의 CDM 사업가능성 폐기물을연료화했을때 CDM 사업이가능한분야는현재국내에서가장 많이추진되고있는매립가스회수사업과유기성폐기물바이오가스화사업, 13

22 Ⅱ. 연구내용및방법 가연성폐기물고형연료화사업, 소각여열회수사업, 화석연료를가연성폐기물로대체하는연료대체사업등을꼽을수있다. 가연성폐기물을연료화할경우절약되는화석연료대체에따른온실가스감축을 CDM 사업으로인정받는데는우리나라실정에서는제한이있어보인다. 가연성폐기물을연료화할경우가능한 CDM 사업은소각여열회수, 고형연료 (RDF) 화사업, 화석연료대신가연성폐기물을연료로사용한발전이나열생산사업이 CDM 사업대상이다. <Table 1> GHG reduction effect when burning flammable waste (ton/y) 폐기물을소각 매립하지 화석연료를 연료화된 온실 가스 않기때문에발생하는온실가스저감효과 (A) 소각매립 대체함으로폐기물의써발생하는연소로인한온실가스온실가스저감효과 (B) 발생 (C) 감축효과 (A+B-C) TCE TCO 2 CO 2 발생량 N 2O 발생량 CH 4 발생량 6,582, ,108, ,622, (-)1,068, (-)291, (-)1,068, (+) (+)8, (+)32,686,4 394, (-)394, (-)2,259, (-)8,285, 총량 (-)2,542, (-)9,321, (3) 소각여열회수사업소각여열회수사업은현재 UN에 30개의사업이등록되어있으며대부분인도에서등록하였다. 아직까지국내에서등록한사례는없다. 가연성폐기물소각처리할때나오는여열을이용해난방이나온수를생산할경우이미 CDM을시행하지않더라도그사업자체로폐열판매수입등경제성이있어 CDM 사업을추진하는데어려움이있을수있다. 폐열회수에의한경제성을파악하기위해서는설비의수명, 규모, 이용율등의기본정보와이자율, 투자비, 운영비의비용, 보일러의효율등의자료가필요하다. 현재점차강화되는추세에있기는하지만사업분석을했을경우배출권 14

23 Ⅱ. 연구내용및방법 을고려하지않았을때 IRR(internal rate of return) 이은행이자율정도의경제성이있는것으로분석되면 CDM 사업을인정해주고있는추세이다. 또사업추진초기부터 CDM사업을염두에두고사업을시작했는지여부도중요한고려사항이다. 다만현재여열회수사업에적용하는기술이우리나라에서는상례화된기술이기때문에 CDM사업으로인정받는데장애가될수있으므로보다최신기술을적용해폐열회수를하거나발전사업을시행할경우 CDM 사업화가보다용이할것으로판단된다. 우리나라의경우전국 201개소각시설가운데 42개대형시설에서소각여열을활용전기생산등회수된여열을적극적으로활용하고있다. 총발생여열 5,521,278 Gcal 가운데 88.6 % 에달하는 4,891,184 Gcal를이용하고있다. 이들여열회수사업을제한적으로 CDM 사업화가가능할것으로판단된다. 다만경제적추가성분석이필요하며, 여열이용자체로사업성이양호한경우는 CDM 사업에제한될수있다. 또한시설개선이나새로운기술적용으로에너지회수효율을높일경우에도 CDM 사업이가능하며, 소규모로여러 site에서발생할경우에는여러사이트를한꺼번에묶어 CDM 사업을하는번들 CDM으로추진이가능하다. 국내에서도수자원공사가규모가작은여러소수력발전을묶어한꺼번에 CDM을추진한바있다. 6. 발전효율향상을위한요소기술과향상효과 폐기물의연소에의해발생하는배기가스의보유에너지에서발전효율을향상시키기위해필요한요소는더많은열을증기로회수하고, 회수한증기를이용하여증기터빈에공급하는증기량을증가시켜, 회수한증기를보다효율적으로전기로변환하는것이다. 발전효율의향상은온실가스배출억제에도효과적이며, 지구환경보전의관점에서도의미있다. <Table 2> 는발전효율향상을위한기술적요소및대책에대한일본환경성자료를나타내었다 19). 15

24 Ⅱ. 연구내용및방법 <Table 2> Improvement of the power generation efficiency improves 발전효율향상에관한기술적인요소 발전효율개선효과 발전효율비교조건 열회수능력강화 1 저온이코노마이저 1 % 보일러출구배기가스온도 : 낮은공기비연소 0.5 % 300 톤 / 일, 연소공기비 저온촉매탈질 3 % 촉매입구가스온도 : 증기의효율적이용 2 3 고효율건식배기가스처리 백연저감미적용또는백연저감장치중지 3 % 습식배기가스처리 고효율건식처리 0.4 % 백연방지조건 : 5, 60 % 조건없음 4 배수폐쇄시스템미적용 1 % 보일러출구배기가스온도 : 증기터빈시스템효율향상 1 고온고압보일러 1.5~2.5 % 증기조건 :3 MPaG x MPaG x 추기복수터빈 0.5 % 탈기기가열용증기열원 : 증기 터빈추기 3 수냉식응축기 2.5 % 터빈배기압력 :-76 KPaG -94 KPaG 16

25 Ⅲ. 연구결과및고찰 1. 사업장폐기물처리및발생현황사업장폐기물발생량은 153,189 ton/day 로 2013년 (148,443 ton/day) 대비 3.2 % 증가하였다. 전체폐기물중사업장폐기물은 39.4 % 로전년 (39.0 %) 대비 0.4 % 로 09년도이후소폭의증가세를나타내고있다 18). 사업장폐기물의재활용율은 77.3 % 로전년 (75.4 %) 대비 1.9 % 증가하였으며소각율은 5.7 % 로전년 (6.3 %) 대비 0.6 % 감소, 매립율은 16.1 % 로전년 (16.6 %) 대비 0.5 % 감소한것으로나타났다. <Table 4> 는소각시설의에너지생산량 (TOE) 으로사업장폐기물소각시설로부터생산된에너지량을제시하였다. 2014년기준폐기물에너지원으로부터전체에너지생산량은 6,904,733 TOE로사업장폐기물은 11.3 % 비율로에너지가생산되었다. <Table 3> Occurrences and disposal current states of industrial wastes 구분발생량처리량매립소각재활용해역배출 ton/d ton/d % ton/d % ton/d % ton/d % ,961 ( 0.1) 23, , , , ,390 ( 6.1) 21, , , , ,443 ( 1.4) 24, , , , ,189 ( 3.2) 24, , , , 자료 : 2014 전국폐기물발생및처리현황 (2015, 환경부 ) <Table 4> Energy production of incineration facilities (TOE) 구분 산업폐기물 873, , , ,801 TOE : Ton of Oil Equivalent 자료 : 2014년신 재생에너지보급통계 (2015) 17

26 <Table 5> Generation of incineration facilities (MWh) 구분 전체 45,713 27,598 23,410 66,381 산업폐기물 사업용 11,708 4,600 11,613 51,158 자가용 34,005 22,998 11,797 15,223 자료 : 2014 년신 재생에너지보급통계 (2015) 사업장소각시설에서발생하는전기생산량을 <Table 5> 에제시하였다 년도 기준으로사업장소각시설로부터전체 66,381 MWh 의전기를생산하였고그중사 업용전기생산량은 % 비율로자가용보다많은양의전기를생산하였다. 2. 에너지회수능력평가를위한대상시설선정사업장폐기물소각시설은고온및일반소각, 소각로타입 ( 스토커, 스토커 로터리킬른, 로터리킬른, 유동층 ) 및폐열보일러설치형태 ( 일체형, 분리형 ) 등으로구분된다. 본연구에는국내설치 운영중인사업장폐기물소각시설 43개시설중시설용량 100 ton/d 이하 (15개시설 ), 100~200 ton/d (9개시설 ), 200~300 ton/d (4개시설 ), 300 ton/d 이상 (2개시설 ) 으로구분하여총 30개소각시설을선정하였다. 실측자료확보를위해선정된소각시설은시설용량, 방지시설구성및발전효율향상효과분석을위한요소기술별로분리하였고현장조사를바탕으로실측자료를확보하기위하여자체적으로체크리스트를구성하였다. 체크리스트를통한현장실측결과는투입에너지를폐기물이가진고유에너지량과보조연료 (LNG, 경유 ) 의에너지량으로구분하고, 회수에너지는폐열회수를통한열생산량을기준으로전국사업장폐기물소각시설의에너지회수효율을검토하였다. <Table 6> 및 <Figure 1> 에조사대상사업장폐기물소각시설현황과제출된체크리스트예시를나타내었다. 18

27 <Table 6> Surveyed industrial waste facilities 소각용량 No. 업체명 (ton/d) No. 1 뉴그린 업체명 KC 환경서비스 화치공장 소각용량 (ton/d) 84 2 대일개발 와이엔텍 부경산업 ( 유 ) 남해환경 36 4 비노텍 동양환경 - 무안 48 5 성림유화 엔아이티 한국환경개발 ( 유 ) 하늘과에너지 60 7 신대한정유산업 이엠케이승경 KG ETS KC 에코에너지 청송산업개발 KC 한미산업 이알지서비스 창원에너텍 케이비텍 동양에코 그린스코 국인산업 대길그린 네비엔 - 영천사업소 에이티에너지 제일에너지 동양환경 - 대전 에너지네트웍 영흥산업환경 거림 우진환경개발 범우 진주산업 코엔텍 다나에너지솔루션 ( 주 ) 토탈 ( 유 ) 초당환경 NC 울산 명성환경 유니큰 lkc 환경서비스

28 <Figure 1> Check list files (sample). 20

29 3. 에너지회수능력향상을위한현장실측평가 <Table 7> 은대상사업장폐기물소각시설의소각용량및처리량, 보조연료사용량을나타내었다. 대상사업장폐기물소각시설은 30개시설 (62개호기 ) 로서일반, 고온소각방식에따라스토커방식 38호기, 로터리킬른 스토커방식 18호기, 로터리킬른 5호기, 유동층 1호기로설계운영되고있다. 시설의소각처리량은평균 150 ton/d로나타났다. S시설은고온소각로터리킬른방식으로시설용량 463 ton/d로가장큰처리용량을가지고있다. 또한 LNG를보조연료로사용했을때호기별로각각 88,195 및 120,634 Nm 3 /y의보조연료를사용하였다. <Table 7> Surveyed industrial waste incineration facility 업체명 소각소각보조연료소각소각로용량처리량사용량방식타입 (ton/hr) (ton/y) (L/y) 일반 Stoker , ,050 1 A 일반 Stoker , ,890 고온 R/K+St , ,860 고온 Stoker , ,120 2 B 고온 R/K+St , ,900 일반 Stoker , ,600 3 C 일반 Stoker , ,230 일반 Stoker , ,800 고온 R/K+St , ,000 4 D 일반 Stoker , ,000 일반 Stoker , ,000 일반 Stoker , ,863 5 E 일반 Stoker , ,863 고온 R/K+St , ,322 6 F 일반 R/K+St , 일반 Stoker , 일반 Stoker , ,455 7 G 고온 Stoker , ,404 일반 R/K+St , ,141 8 H 일반 Stoker , ,100 9 I 일반 Stoker , ,278 일반 R/K+St , , J 일반 Stoker , 일반 Stoker , , K 고온 R/K+St , ,520 일반 Stoker , , L 고온 R/K+St , ,191 일반 R/K+St ,

30 일반 Stoker , , M 일반 Stoker , 일반 Stoker , N 일반 Stoker , ,430 일반 Stoker , , O 일반 R/K , ,000 일반 R/K , , P 고온 Stoker , ,200 고온 R/K+St , , Q 일반 Stoker , ,800 고온 R/K+St , , R 일반 Stoker , , S 고온 R/K , ,195 Nm 3 /y 고온 R/K , ,634 Nm 3 /y 20 T 일반 Stoker , 고온 R/K , 일반 Stoker , , U 일반 Stoker , ,500 일반 Stoker , ,000 고온 R/K+St , , V 일반 Stoker , ,900 일반 Stoker , , W 일반 Stoker , , X 일반 Stoker , , Y 일반 Stoker , ,096 고온 R/K+St , , Z 일반유동상 , ,808 고온 R/K+St , , AA 일반 Stoker , ,060 고온 R/K+St , , BB 일반 R/K+St , ,500 일반 Stoker , , CC 일반 Stoker , , DD 일반 R/K+St , ,400 국내설치, 운영중인사업장폐기물소각시설을대상으로조사결과, 전체소각시설의소각용량은 7,653,40 ton/d, 스팀생산량은평균 166,008 ton/y(49, ,000), 스팀이용량은평균 138,586 ton/y(12, ,798), 에너지생산량에따른이용비율은약 % 로나타났다. 사업장소각시설중 S 시설이 410,000 ton/y로가장많은스팀을생산하였고그중 85.4 % 스팀을판매하였으며 14.6 % 는소각시설내에서자체사용하였다. S 시설의경우스토커, 로터리킬른형태의소각로로시설규모가 463 ton/d(6.25ton/h 3기 ) 로사업장폐기물소각시설중 22

31 최대규모이기때문에폐기물반입량및스팀생산 이용량이다른시설에비해 현저히높게나타났다. <Table 8> Occurrences of steam generation in industrial waste incineration facility 업체명 소각처리량 (ton/y) 스팀생산량 (ton/y) 스팀이용량 (ton/y) 판매자체이용소계 회수효율 (%) 평균 24, , , , , 최소 4,143 49, , 최대 51, , , , , A 11, , , , , B 11, , , , , C 11, , , , , D 4, , , , , E 29, , , , , F 15, , , , G 29, , , , , H 36, , , , , I 34, , , , , J 42, , , , K 42, , , , , L 15, , , , M 31, , , , , N 37, , , , , O 20, , , , , P 17, , , , , Q 33, , , , , R 16, , , , , S 16, , , , T 38, , , , , U 21, , , , V 13, , , , W 28, , , ,

32 24 X 15, , , , Y 23, , , , Z 42, , , , , AA 6, , , , , BB 28, , , , , CC 11, , , , DD 51, , , , 고효율에너지회수를위한요소기술평가 (1) 열회수능력강화 열회수능력강화를위해서는급수예열장치와저공기비연소가효과적인 것으로알려져있다. ( 가 ) 저온이코노마이저이코노마이저는보일러본체의다운스트림에설치하고, 보일러출구의연소배기가스의열을이용하여보일러급수를가열시키는기능을가진다. 저온이코노마이저는이코노마이저의전열면적을크게하여낮은온도까지배기가스를냉각하여보일러효율의향상을도모하는방법이다. 배기가스량이같아도이코노마이저출구온도를낮춰보일러설비출구의배기가스반출열량을줄일수있기때문에보일러시설에서회수열량을증가시키는것이가능하다. 기존시설은이코노마이저출구배기가스온도의설계값으로 220~250 정도를채용하는사례가많았지만, 최근에는적극적인열회수를도모하는관점에서 200 이하까지냉각 열회수하는사례도있다. 이코노마이저출구배기가스온도의저온화에따른발전효율의향상효과를저위발열량및보일러배가스량변화에따라 <Table 9>, <Figure 2> 에수록하였다. 보일러배가스량 9,500 11,500 m 3 /ton(500 m 3 /ton 간격 ), 저위발열량 3,300 4,100 kcal/kg(200 kcal/kg 간격 ), 이코노마이저출구배기가스온도 (10 40 간격 ) 으로변화시키면서보일러효율및발전효율을열정산법에의해산정하였다. 24

33 폐기물톤당발생되는배가스량변화의경우배가스량이증가할수록같은온도변화에대해보유열량이증가하여보일러효율및발전효율이높게산정되었다. 이코노마이저출구온도 190, 저위발열량 3,300 kcal/kg을기준으로배가스량변화에따른발전효율을살펴보면배가스량 9,500, 10,500, 11,500 m 3 /ton에서각각발전효율 1.50, 1.66, 1.82 % 향상되었으며, 이는배가스량 9,500 m 3 /ton에비해 11,500 m 3 /ton의경우 % 의발전효율증가효과가있는것으로나타났다. 또한이코노마이저출구온도변화에따른발전효율변화를살펴보면출구온도가감소함에따라발전효율은증가하였으며, 기준배기가스온도인 250, 보일러배가스발생량 10,500 m 3 /ton, 저위발열량 3,500 kcal/kg의결과와비교하면, 260 및 300 에서각각발전효율 0.26, 1.31 % 감소하는것으로나타났으며, 230, 210, 190 로출구온도가감소함에따라각각 0.52, 1.04, 1.57 % 발전효율이증가하는것으로나타났다. 아울러저위발열량변화에따른발전효율변화의경우저위발열량이증가할수록폐기물처리시설의총생산된에너지가증가되어발전효율은감소하였다. 또한, 한층더고효율화를도모하기위해이코노마이저에의한열회수능력을강화하여 160~170 정도까지열회수, 감온탑을설치하는사례도있다. <Table 9> Generating efficiency according to change of NCV and economizer outlet temperature [%] NCV (kcal/kg) 출구온도 ( ) (1.50~1.82) 1.57 (1.42~1.72) 1.48 (1.34~1.62) 1.41 (1.27~1.54) 1.34 (1.21~1.47) (1.00~1.21) 1.04 (0.95~1.14) 0.99 (0.89~1.08) 0.94 (0.85~1.03) 0.89 (0.81~0.98) (0.50~0.61) 0.52 (0.47~0.57) 0.49 (0.45~0.54) 0.47 (0.42~0.51) 0.45 (0.40~0.49) (-0.30~-0.25) (-0.29~-0.24) (-0.27~-0.22) (-0.26~-0.21) (-0.24~-0.20) (-1.52~-1.25) (-1.43~-1.18) (-1.35~-1.12) (-1.28~-1.06) (-1.22~-1.01) 25

34 (a) NCV 3300 kcal/kg (b) NCV 3500 kcal/kg (c) NCV 3700 kcal/kg (d) NCV 3900 kcal/kg (e) NCV 4100 kcal/kg <Figure 2> Generating efficiency according to change of NCV and economizer outlet temperature. [%] 26

35 ( 나 ) 저공기비연소소각로등에공급하는연소공기를줄임으로써연소된배기가스량을감소시키고보일러설비출구에서의배기가스반출열량이감소하여보일러효율향상을도모하는방법이다. 연소배기가스의보유에너지는배기가스량, 비열과온도의곱으로, 연소배기가스로부터더많은열을회수하기위해서는보일러시설에서의발열손실을줄일뿐만아니라, 보일러시설에서나가는배기가스의반출열량을감소시킬필요가있다. 배기가스의반출열량을줄이기위해열회수설비출구배기가스온도의저온화및배기가스량을저감하는것이효과적이다. 이코노마이저출구배기가스온도가같아도, 배기가스량을줄임으로써보일러설비출구의배기가스방출열량이줄어보일러에서회수열량의증가가예상된다. 소각로에공급하는연소공기저감에따른발전효율의향상효과를저위발열량및보일러배가스량변화에따라 <Table 10>, <Figure 3> 에수록하였다. 보일러배가스량 9,500 11,500 m 3 /ton(500 m 3 /ton 간격 ), 저위발열량 3,300 4,100 kcal/kg(200 kcal/kg 간격 ), 소각로공급연소가스과잉공기율 ( 간격 ) 으로변화시키면서보일러효율및발전효율을열정산법에의해산정하였다. 과잉공기비를 1.0에서 2.0까지변화시키면서발전효율에미치는영향을살펴본결과, 과잉공기비가감소할수록보일러효율및발전효율은증가하였다. 보일러배가스량 10,500 m 3 /ton, 저위발열량 3,500 kcal/kg을기준으로과잉공기비의변화에따른발전효율의변화를살펴보면과잉공기비 1.8을기준으로과잉공기비가 1.7, 1.5, 1.2, 1.0으로감소함에따라발전효율의경우각각 0.2, 0.6, 1.21, 1.61 % 증가하는것으로산정되었으며, 과잉공기비를 2.0으로증가시킨결과발전효율이 0.4 % 감소하는것으로나타났다. 보일러배가스량 11,500 m 3 /ton, 저위발열량 3,500 kcal/kg을기준으로살펴보면과잉공기비 1.7, 1.5, 1.2, 1.0에서발전효율이각각 0.22, 0.66, 1.32, 1.77 % 증가하는것으로나타났으며, 2.0으로과잉공기비를증가시킨결과발전효율은 0.44 % 감소하는것으로계산되었다. 또한저위발열양의경우저위발열량이증가함에따라폐기물처리시설에서 27

36 총생산되는에너지가증가하게되어동일한에너지가절약될경우발전효율은감소하는것으로계산되었으며, 보일러배가스량 11,500 m 3 /ton, 과잉공기비 1.5를기준으로저위발열량변화에따른발전효율변화를살펴보면저위발열량 3,300, 3,500, 3,700, 3,900, 4,100 kcal/kg에서발전효율은각각 0.70, 0.66, 0.63, 0.59, 0.57 % 로저위발열량이증가함에따라발전효율은감소하는것으로나타났다. 과잉공기비가감소함에따라배기가스량이감소되고, 촉매반응탑입구의배기가스재가열용증기양이동시에감소되게되어, 터빈에공급되는증기유량증가가가능하게되어발전효율의향상을기대할수있다. 아울러배가스량감소에유인송풍기등의후단설비의소비전력저감에의한송전효율의향상도가능하다. 게다가, 배가스량이감소됨으로써연소온도의고온화를도모하여다이옥신생성을억제할수있다. <Table 10> Generating efficiency according to change of NCV and excess air ratio [%] NCV (kcal/kg) 과잉공기율 (-0.47~-0.39) (-0.44~-0.36) (-0.42~-0.35) (-0.40~-0.33) (-0.38~-0.31) (0.00) 0.00 (0.00) 0.00 (0.00) 0.00 (0.00) 0.00 (0.00) (0.19~0.23) 0.20 (0.18~0.22) 0.19 (0.17~0.21) 0.18 (0.16~0.20) 0.17 (0.16~0.19) (0.58~0.70) 0.60 (0.55~0.66) 0.57 (0.52~0.63) 0.54 (0.49~0.59) 0.52 (0.47~0.57) (1.16~1.40) 1.21 (1.09~1.32) 1.14 (1.04~1.25) 1.09 (0.98~1.19) 1.03 (0.93~1.13) (1.55~1.87) 1.61 (1.46~1.77) 1.53 (1.38~1.67) 1.45 (1.31~1.58) 1.38 (1.25~1.51) 28

37 (a) NCV 3300 kcal/kg (b) NCV 3500 kcal/kg (c) NCV 3700 kcal/kg (d) NCV 3900 kcal/kg (e) NCV 4100 kcal/kg <Figure 3> Generating efficiency according to change of NCV and excess air ratio. [%] 29

38 (2) 증기의효율적이용 ( 가 ) 저온촉매탈질촉매입구의배기가스온도를저온화하고배기가스를재가열하는증기량을줄이거나사용하지않도록하는것으로이때절약된에너지를발전용으로이용하여발전효율을향상시키는방법이다. 촉매탈질에서는배기가스온도를높게유지함으로써탈질효율을높일수있어촉매의양을줄일수있으며, 아울러탈질촉매는배기가스중의 SO 3 와암모니아가반응하여생성하는산성황산암모늄 ((NH 4 ) 2 SO 4 ) 에의한영향으로성능저하를일으킬수있지만, 운전온도를높게하여촉매피독등에대한위험을줄일수있다. 하지만배기가스의재가열용열원으로고압증기를사용하기때문에재가열에따른에너지소모가발생하게된다. 예를들어촉매반응탑입구의배기가스온도를 210 정도로운영하는경우백필터후단의배가스온도인 165 에서촉매반응에필요한 210 까지는 45 의온도증가가필요하고, 저온촉매적용의경우촉매반응탑요구온도가 185 로 20 만온도를상승시키면된다. 따라서가열용증기량을감소시킬수있으며, 만약백필터입구배기가스온도를 190 까지올려운전할수있다면, 저온촉매와결합하여배기가스재가열기를제거하여소모되는에너지를저감할수있다. 한편배기가스의재가열용열원으로고압증기를사용하기때문에재가열온도가제한되어있으며, 이러한조건에따라촉매반응탑입구의배기가스온도는 200~220 정도에서설계되는경우가많다. 30

39 <Table 11> Generating efficiency according to change of NCV and low temperature catalyst [%] NCV (kcal/kg) 출구온도 ( ) (0.75~0.91) (0.71~0.86) (0.67~0.81) (0.64~0.77) (0.61~0.73) (0.63~0.76) 0.65 (0.59~0.72) 0.62 (0.56~0.68) 0.59 (0.53~0.64) 0.56 (0.50~0.61) (0.50~0.61) 0.52 (0.47~0.57) 0.49 (0.45~0.54) 0.47 (0.42~0.51) 0.45 (0.40~0.49) (0.25~0.30) 0.26 (0.24~0.29) 0.25 (0.22~0.27) 0.23 (0.21~0.26) 0.22 (0.20~0.24) (0.00) 0.00 (0.00) 0.00 (0.00) 0.00 (0.00) 0.00 (0.00) (-0.30~-0.25) (-0.29~-0.24) (-0.27~-0.22) (-0.26~-0.21) (-0.24~-0.20) (-0.61~-0.50) (-0.57~-0.47) (-0.54~-0.45) (-0.51~-0.42) (-0.49~-0.40) (-1.21~-1.00) (-1.14~-0.95) (-1.08~-0.89) (-1.03~-0.85) (-0.98~-0.81) 31

40 (a) NCV 3300 kcal/kg (b) NCV 3500 kcal/kg (c) NCV 3700 kcal/kg (d) NCV 3900 kcal/kg (e) NCV 4100 kcal/kg <Figure 4> Generating efficiency according to change of NCV and low temperature catalyst. [%] 32

41 ( 나 ) 고효율건식배기가스처리산성가스 ( 염화수소, 황산화물등 ) 의대기오염기준치가낮게설정되어이에대한기준을준수하기가어려운경우기존가성소다에의한습식배기가스처리가사용되는것이일반적이었다. 습식배기가스처리는습식세정탑에서물을순환하고배기가스중의산성가스를흡수제거하고, 습식세정탑출구에서수분이포화 ( 상대습도 100 %) 까지증가한배기가스온도는 50~60 가된다. 따라서 150 정도의배기가스의재가열이필요하다. 이에반해고효율건식배기가스처리의경우고효율반응소석회와나트륨계약제등의고효율탈염약을이용하여대기오염기준치를만족시키고배기가스재가열용증기사용량을줄여발전용으로활용하여발전효율의향상을도모하는기술이다. 건식배기가스처리를사용할수있다면 45 정도의재가열로충분하므로재가열용증기량을줄일수있는것으로발전효율의향상이기대된다. 습식배기가스처리를적용한경우, 세연폐수를하수도등에방류가필요한반면, 건식배기가스처리에서는세연폐수가발생하지않는특징이있다. 한편, 습식배기가스처리는제거프로세스가액기접촉이며, 산성가스제거용으로약제와거의같은당량으로반응한다. 그러나건식배기가스처리에서는고기접촉이고습식배기가스처리에비해제거효율이낮다. 따라서제거용제품을과잉공급해야할필요가있어산성가스발생농도가높아지면약품사용량이많아질수있음으로산성가스의발생농도, 시설의입지조건을충분히고려하여안전 안정운전이확보되는것을중점으로시설계획을세울필요가있다. 33

42 <Table 12> Generating efficiency according to change of NCV and temperature [%] NCV (kcal/kg) 재가열온도 ( ) (2.88~3.49) 3.00 (2.72~3.29) 2.84 (2.57~3.11) 2.70 (2.44~2.95) 2.56 (2.32~2.81) (2.63~3.19) 2.74 (2.48~3.00) 2.59 (2.35~2.84) 2.46 (2.23~2.70) 2.34 (2.12~2.56) (2.38~2.88) 2.48 (2.25~2.72) 2.35 (2.12~2.57) 2.23 (2.01~2.44) 2.12 (1.92~2.32) (2.13~2.58) 2.22 (2.01~2.43) 2.10 (1.90~2.30) 1.99 (1.80~2.18) 1.90 (1.71~2.08) (1.88~2.28) 1.96 (1.77~2.15) 1.85 (1.68~2.03) 1.76 (1.59~1.93) 1.67 (1.51~1.83) 34

43 (a) NCV 3300 kcal/kg (b) NCV 3500 kcal/kg (c) NCV 3700 kcal/kg (d) NCV 3900 kcal/kg (e) NCV 4100 kcal/kg <Figure 5> Generating efficiency according to change of NCV and temperature. [%] 35

44 ( 다 ) 배수클로즈시스템미도입폐기물처리시설은혐오시설로간주되어일반적으로그입지가쉽지않음으로대부분환경기준을만족시키는것보다더욱엄격한기준치가요구되기때문에이러한엄격한조건을만족시키기위해다양한시설을폐기물처리시설에도입하여운영하고있으며, 이러한시설들중하나로배수폐쇄시스템이있다. 배수폐쇄시스템을채용한경우시설내배수를감온탐에서분무증발처리하여보일러출구배기가스온도가높게설정되어보일러효율즉, 발전효율이저하된다. 시설에서발생한폐수를적절하게처리 재이용한후, 잉여물을하수구등에방류하여하수처리시설에서처리하게할경우, 이코노마이저출구배기가스온도를 190~230 이하에서운영할수있게되어보일러로열회수능력을증가시킬수있다. 하지만배수폐쇄시스템을적용한경우조건에따라다르지만이코노마이저출구배기가스온도를 250 이상으로설정하는것이필요하다. 이코노마이저출구배기가스온도를배수클로즈시스템미도입의 190 와배수클로즈시스템의 250 를비교하면의경우를비교하면보일러효율및발전효율을높일수있다. 따라서보다효율적인에너지회수를위해가능한시설내에서발생하는배수는가능한재사용하고재사용후남은최소한의배수만을하수도등에방류하는것을검토할수있으며, 특히폐수및세차폐수등에폐기물처리와직접적인관련이없이발생되는폐수의경우하수도등을활용하여하수처리장으로이송하여처리하는것이에너지관점에서는유리하다고판단된다. <Table 13> Generating efficiency according to change of NCV and outlet temperature [%] NCV (kcal/kg) 출구온도 ( ) (1.50~1.82) (1.42~1.72) (1.34~1.62) (1.27~1.54) (1.21~1.47) (1.25~1.52) (1.17~1.43) (1.12~1.35) (1.06~1.28) (1.01~1.22) (1.00~1.21) (0.95~1.14) (0.89~1.08) (0.85~1.03) (0.81~0.98) (0.75~0.91) (0.71~0.86) (0.67~0.81) (0.64~0.77) (0.61~0.73) (0.50~0.61) (0.47~0.57) (0.45~0.54) (0.42~0.51) (0.40~0.49) 36

45 (a) NCV 3300 kcal/kg (b) NCV 3500 kcal/kg (c) NCV 3700 kcal/kg (d) NCV 3900 kcal/kg (e) NCV 4100 kcal/kg <Figure 6> Generating efficiency according to change of NCV and outlet temperature. [%] 37

46 ( 라 ) 백연저감미도입또는백연저감장치작동중지백연저감장치는열원과열교환개소에의해증기가열공기취입방식으로보일러설비등의증기를이용한열교환기로공기를가열하여굴뚝에불어넣는방식인오프라인방식, 가스식가열공기를불어넣는방식으로연소배기가스 ( 주로보일러출구 ) 열교환기에서공기를가열하여굴뚝에불어넣는방식인인라인방식과연료식가열공기취입방식으로별도등유등의연료를이용한열풍버너에의해공기를가열하여굴뚝에불어넣는방식등 3가지방식으로분류된다. 백연저감의경우배기가스를재가열하여사용하거나혼합공기가열증기가사용되는경우가많으며, 증기사용량은백연방지조건에따라다르며, 외기온도가낮을수록, 습도가높을수록많아지고, 이에따라발전량이저하된다. 백연저감장치의사양이외부온도 5, 습도 60 % 로설계된시설에서백연저감장치를중지함으로써발생하는잉여증기를증기터빈에사용함으로서발전전력량및발전효율을향상시킬수있다. <Table 14> Generating efficiency according to change of plume prevention system stop [%] 주증기량절감보일러회수열절감효과발전효율증가 백연저감장치의사양이외부온도 5, 습도 60 % 로설계된시설에서백연저감장치를중지함으로써발생하는잉여증기를터빈에돌리는것으로발전전력량은약 3 %( 발전효율 0.4 %) 증가 (4,600 kw 4,740 kw) 하였다. 그러나이러한결과는터빈의여유용량에의존한다. 이경우, 연간 3개월동안백연저감장치를정지했다고한다면, 매전단가 8원 /kwh 일때, 매전수익 = (4,740 kw - 4,600 kw) 24h 30 일 3개월 8원 /kwh = 2.4 백만원 / 년 ( 팬등전 38

47 력절감분은제외 ) 이된다. 백연저감의경우배기가스의재가열및혼합공기의가열증기가사용되는경우가많다. 그증기사용량은백연방지조건에따라다르며, 외기온도가낮을수록, 습도가높을수록많아지고, 이에따라발전량이저하된다. <Figure 7> Generating efficiency according to change of plume prevention system stop. [%] (3) 증기터빈시스템의효율향상 ( 가 ) 고온 고압보일러증기압력과온도균형에따라다르지만, 고온 고압화를통해터빈의열낙차를크게하여증기터빈의발전효율상승시킬수있다. 고온 고압화에따라보일러주증기량은 10 % 정도적어지지만열낙차상승률이증기유량의저하비율보다커지므로발전효율의향상으로이어진다. 미국에너지부증기터빈계산기를활용하여증기온도및압력변화에따라생산되는전기량을산정하였다. 본연구에서는증기온도 20 kg/ cm2 300 를기준으로증기의온도의경우 300 에서 50 씩증가시켜 500, 압력의경우 20 kg/ cm2에서 10 kg/ cm2씩증가시켜 60 kg/ cm2까지변화시켜전기생산량변화를조사하였다. 온도와압력이증가함에따라전기생산량은증가하였다. 비교를위한기준조건인 20 kg/ cm2 300 에비해 40 kg/ cm2 400 에서 %, 60 kg/ cm2 500 에서 % 전기생산량이증가되는것으로나타났다. 39

48 <Figure 8> Power generation according to change of pressure and temperature. (steam generator = 5 ton/h) <Figure 9> Power generation according to change of pressure and temperature. (steam generator = 10 ton/h) 40

49 (a) steam generator, 5 ton/hr (b) steam generator, 10 ton/hr <Figure 10> Generating efficiency according to change of pressure and temperature. 41

50 ( 나 ) 추기복수터빈증기터빈출구압력을대기압이상으로운전하는것을배압터빈, 대기압보다낮추어진공영역으로운전하는것을복수터빈이라한다. 배압터빈은구조가간단하고취급이용이하기때문에이전발전에많이적용되어왔다. 증기터빈의출구증기온도가높기때문에증기를계단식으로이용하여다른열수요자가사용할수있는큰열공급처가확보되면좋은방법이지만, 증기터빈에서사용할수있는증기열낙차가작기때문에발전량은작다. 초기의폐기물발전은시설내사용전력을충당할목적으로한경우가많아발전량이작은배압터빈으로도문제가없었지만, 소각발전출력의대규모화에따라열낙차를크게할수있는복수터빈에관심을갖게되었다. 최근에는발전고효율화를목표로추기복수터빈을적용하는사례가많아지고있다. 복수터빈을적용한단순순환에서는보일러증기에서공기예열, 탈기장치가열, 예열이용설비목적으로증기를분기하는반면, 추기복수터빈을적용한재생순환은필요압력이비교적낮은탈기장치가열이나여열이용설비목적으로터빈추기증기를이용하는것이가능하게된다. 따라서터빈증기량을증가하여발전효율이증가하게된다 21). 조건에따라다르지만, 탈기장치가열을위한증기터빈추기로교체할경우약 0.5 % 의발전 효율향상이기대된다. 또한추기복수터빈을 2단추기구조로, 저압추기증기를이용하여탈기기급수를가열하면복수기의방열이적어지기때문에 0.2 ~ 0.5 % 의발전 효율향상이기대할수있다. 탈기기가열용증기열원, 연소용공기예열기용증기열원, HVAC용등폐기물처리시설내소비되는저압증기를터빈추기증기 (extraction or bleeding steam) 를사용하면시스템효율이증가하여발전효율이증가하게된다. 본연구에서는명확히주증기량을얼마만큼사용했는지에대한기준이별도로존재하지않기때문에추기복수터빈의적용에따른발전효율을정밀하게산정하기는어렵다. 예를들어추기복수터빈적용예에서와같이만약전체주증기 17.7 ton/h 중 1.3 ton/h를추기하여탈기기에활용한다면약 7 % 의엔탈피향상효과가있으며, 엔탈피 7 % 는발전효율로환산하게되면일본환경성자료를적용하여계산하면약 1.4 % 의발전효율향상이발생하게된다. 우리나라의 42

51 경우평균적인추기복수에서사용하는증기량이약 9 % 정도되는것을감안 하면추기복수에의한발전효율향상은약 1.7 % 의발전효율향상이기대된다. <Figure 11> Extraction condensing turbine application examples. 43

52 ( 다 ) 수냉식응축기터빈배기응축방식은공냉방식과수냉방식으로나누어지며, 공냉방식은냉각매체로입지조건의제약이없는공기를이용할수있지만, 비열이작은데다기체이기때문에부피가커서물에비해 4,000 배정도의넓은복수기설치공간이필요하다. 따라서 " 경제성을고려한최적의냉각매체온도와응축수온도차이는 30 정도 " 로알려져있다. 즉, 설계공기온도를여름의외기온도를고려하여 35 라고하면응축수온도는 65 정도가된다. 한편, 수냉식의경우공냉방식에비해열관류율이높기때문에 " 냉각매체온도와응축수온도의차이 13 ~ 15 정도 " 로알려져있다. 즉, 설계냉각수온도를냉각탑에서표준으로사용되는 32 하면응축수온도는 45 ~ 47 정도이며, 증기터빈배기압력을줄일수있다. 이러한증기터빈의배기압력감소를통해수냉식응축기를이용하여 13 % 정도의터빈출력향상을기대할수있다. 발전효율로대체하면공냉식발전효율 20 % 로했을경우수냉식으로하여 2.5 % 정도의향상을기대할수있다. <Figure 12> Turbine condensing methods. 44

53 <Table 15> Property data of entropy and enthalpy 터빈 ( 복수기 ) 출구증기 구분 터빈입구증기 변경前 변경後 P(MPaG) kpag kpag T( ) 300 H(kJ/kg, P=3) h`(kj/kg, P=3) h``(kj/kg, P=3) h``-h`(kj/kg) S(kJ/kg K, P=3) s`(kj/kg K, P=3) s``(kj/kg K, P=3) s``-s`((kj/kg K) 예를들어수냉식응축기도입에따른발전효율향상효과를계산해보면, 먼저고압증기의저압증기화에따른엔탈피변화량은, 변경전의경우건도 % 에서단열팽창 ( 등엔트로피 ) 이므로 S= 건도 = 이된다. 추기증기이론엔탈피는 H1= = kj/kg이된다. 그러므로 이론열낙차는 H-H1= =831.2 kj/kg이다. 따라서실제유효열낙차인 H1 H2는처리시설별특성치인팽창효율을 60 % 로가정할경우 H1 H2= =498.7 kj/kg이된다. 변경후의경우건도 % 에서단열팽창 ( 등엔트로피 ) 이므로 S= 건도 = 이고, 추기증기이론엔탈피는 H1= = kj/kg 이다. 그러므로이론열낙차는 H1-H2= =899.7 kj/kg이다. 따라서실제 유효열낙차는설비특성치인팽창효율을 60% 로가정할경우 H1 H2= =539.8 kj/kg이된다. 그러므로증기터빈배기압력변화에따른엔탈피증 가율은 ( )/498.7=0.0824이므로약 8.2 % 의엔탈피가증가가가능하 고이들엔탈피증가정도를발전효율로환산하면, 일본환경성자료에의하 면엔탈피 13 % 증진에발전효율 2.5 % 증진하는것으로제안되어있기때문 에이러한결과를산술적으로적용하면계산가능한증기터빈배기압력 kpag에서발전효율은약 1.6 % 증가가가능한것으로계산되었다. 45

54 (4) 발전효율향상효과분석 ( 종합 ) 열회수능력향상과관련한저온이코노마이저의경우 NCV, 배가스량및보일러출구배기가스온도변화에대한발전효율개선효과의경우최소 0.40 에서최대 1.82 % 증가되는것으로나타났으며평균적으로 0.99 % 증가하는것으로나타났다. 낮은공기비의경우 NCV, 배가스량변화와함께기준연소공기비 1.8에서공기비를낮춤에따라최소 0.19에서최대 1.87 % 의발전효율향상이가능하였으며평균 0.86 % 향상이가능한것으로나타났다. 증기의효율적이용과관련하여서는탈질을위해저온촉매를적용한경우최소 0.20에서최대 0.91 % 의발전효율향상이가능한것으로분석되었으며평균적으로는 0.53 % 향상이가능한것으로나타났다. 고효율건식배가스처리를적용한경우표 36에수록된 NCV, 배가스량및습식공정재가열온도변화조건에대해최소 1.51 %, 최대 3.49 %, 평균 2.36 % 발전효율향상이가능한것으로나타났다. 또한백연저감미적용또는백연저감장치중지의경우주증기량점감에기인하여평균 0.7 % 발전효율이증가하는것으로나타났으며, 배수폐쇄시스템미적용의경우보일러출구배기가스의온도를낮춤으로서최소 0.40 %, 최대 1.82 %, 평균 0.99 % 증가가가능한것으로나타났다. 증기터빈시스템효율향상을통한발전효율향상을위해고온 고압보일러를적용한경우증기조건 2 MPaG 300 ( 기준 ) 에서 6 MPaG 600 까지증가시키는경우최대 %, 평균 % 발전효율증가효과가있는것으로나타났다. 추기복수터빈및수냉식응축기이경우각각 1.7 %, 1.6 % 발전효율증가가가능한것으로나타났다. 46

55 <Table 16> Comprehensive results of the power generation efficiency improvement from waste-to-energy high efficiency 발전효율향상에관한기술적인요소 발전효율개선효과 ( 최소 최대 ) % 발전효율비교조건 1 저온이코노 마이저 0.99 (0.40~1.82) - NCV: kcal/kg, 배가스량 : 9,500 11,500 m 3 /ton - 보일러출구배기가스온도 : 250 (230,210,190 ) 열회수 능력 강화 2 낮은공기비연소 0.86 (0.19~1.87) - NCV: kcal/kg, 배가스량 : 9,500 11,500 m 3 /ton - 연소공기비 : 1.8 (1.7, 1.5, 1.2, 1.0) 1 저온촉매탈질 0.53 (0.20~0.91) - NCV: kcal/kg, 배가스량 : 9,500 11,500 m 3 /ton - 촉매입구온도 : 210 (200, 190, 185, 180 ) 2 고효율건식배기가스처리 2.36 (1.51~3.49) - NCV: kcal/kg, 배가스량 : 9,500 11,500 m 3 /ton - 습식공정재가열온도 : 120, 130, 140, 150, 160 증기의효율적이용 3 백연저감미적용또는백연저감장치중지 0.7 (0.4~1.0) - 주증기량저감 : 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0 % 4 배수폐쇄시스템미적용 0.99 (0.40~1.82) - NCV: kcal/kg, 배가스량 : 9,500 11,500 m 3 /ton - 보일러출구배기가스온도 : 250 (230, 220, 210, 200, 190 ) - 증기조건 증기터빈 1 고온고압보일러 (7.99~89.07) 2 MPaG 300 ( 기준 ) 에서압력 1 MPaG 간격, 온도 50 간격 압력 : 2 MPaG 6 MPaG, 온도 : 시스템효율 2 추기복수터빈 탈기기가열용증기열원 : 증기 터빈추기, 평균추기량 9 % 기준 향상 3 수냉식 응축기 터빈배기압력 : 76 KPaG 86 KPaG 47

56 5. 에너지고효율화를통한온실가스배출감축량 (1) 열회수능력강화 ( 가 ) 저온이코노마이저이코노마이저배가스량 5,000~6,500 m 3 /ton, 출구온도 190~250 변화에따른온실가스감축량산정결과는 <Table 17> 에나타내었다. 이코노마이저출구온도 190, 210, 230 에서 0.13, 0.09, 0.04 MWh/ton의에너지절감효과를나타냈고각각 CO 2 기준 284.4, 189.6, 94.8 천ton-CO 2 /y, CH 4 는 3,386, 2,258, 1,129 kg-ch 4 /y, N 2 O는 1,650, 1,100, 550 kg-n 2 O/y의온실가스가감축량되는것으로산정되었다. <Table 17> Estimation of energy saving and GHG reduction according to change of economizer outlet temperature 출구에너지절감에너지절감 CO 2 감축량 CH 4 감축량 N 2 O 감축량온도 (Mcal/ton) (MWh/ton) (ton-co 2 /y) (kg-ch 4 /y) (kg-n 2 O/y) ( ) (99.00~128.70) 0.13 (0.12~0.15) 284, (247,277.45~321,460.69) 3, (2,869.76~3,730.68) 1, (1,434.88~1,865.34) (66.00~85.80) 0.09 (0.08~0.10) 189, (164,851.63~214,307.13) 2, (1,913.17~2,487.12) 1, (956.59~1,243.56) (33.00~42.90) 0.04 (0.04~0.05) 94, (82,425.82~107,153.56) 1, (956.59~1,243.56) (478.29~621.78) ) 배가스량 : 5,000 ~ 6,500 m 3 /ton, 평균 ( 최소 ~ 최대 ) 2) 연간생활폐기물소각량 (2014년도) : 4,616,520 ton/y 3) 국가고유전력배출계수 ( 자료 : 온실가스배출량등의산정방법제6조제2항관련, 2007~2008년평균 ) CO 2 (ton-co 2/MWh) : , CH 4 (kg-ch 4/MWh) : , N 2O (kg-n 2O/MWh) :

57 ( 나 ) 저공기비연소과잉공기비 1.0~1.8 변화에따른에너지절감및온실가스감축량을산정한결과과잉공기율을기준값 1.8에서 1.7, 1.5, 1.2, 1.0으로낮추었을경우각각 36.6, 109.7, 219.4, 천ton-CO 2 /y, CH 4 는 424, 1,273, 2,547, 3,395 kg -CH 4 /y, N 2 O는 212, 637, 1,273, 1,698 kg-n 2 O/y 으로온실가스감축량이산정되었다. 과잉공기비변화에따른에너지절감은최소 0.02 MWh/ton, 최대 0.14 MWh/ton의절감효과를나타냈다. <Table 18> Estimation of energy saving and GHG reduction according to change of excess air ratio 과잉 공기율 에너지절감 (Mcal/ton) 에너지절감 (MWh/ton) CO 2 감축량 (ton-co 2 /y) CH 4 감축량 (kg-ch 4 /y) N 2 O 감축량 (kg-n 2 O/y) (12.73~16.55) 0.02 (0.01~0.02) 36, (31,801.74~41,342.26) (369.07~479.79) (184.54~239.90) (38.20~49.66) 0.05 (0.04~0.06) 109, (95,405.21~124,026.77) 1, ( ~ ) (553.61~719.69) (76.39~99.31) 0.10 (0.09~0.12) 219, (190,810.41~268,053.54) 2, ( ~ ) 1, (1,107.22~1,439.38) (101.86~132.41) 0.14 (0.12~0.15) 292, (254,413.89~330,738.05) 3, ( ~ ) 1, (1,476.29~1,919.18) 1) 배가스량 : 5,000 ~ 6,500 m 3 /ton, 평균 ( 최소 ~ 최대 ) 2) 연간생활폐기물소각량 (2014년도) : 4,616,520 ton/y 3) 국가고유전력배출계수 ( 자료 : 온실가스배출량등의산정방법제6조제2항관련, 2007~2008년평균 ) CO 2 (ton-co 2/MWh) : , CH 4 (kg-ch 4/MWh) : , N 2O (kg-n 2O/MWh) :

58 (2) 증기의효율적이용 ( 가 ) 저온촉매탈질탈질을위해저온촉매를적용하여배가스량및촉매탑온도변화에따른온실가스감축량산정결과를 <Table 19> 에나타내었다. 촉매탑입구온도 210 에서 180 까지변화시켰을때온실가스감축결과 CO 2 기준 47.4, 94.8, 118.5, 천ton-CO 2 /y, CH 4 는 550.0, , , kg-ch 4 /y, N 2 O는 275.0, 550.0, 687.6, kg-n 2 O/y 으로산정되었다. <Table 19> Estimation of energy saving and GHG reduction according to change of low temperature catalyst 촉매탑에너지절감에너지절감 CO 2 감축량 CH 4 감축량 N 2 O 감축량온도 (Mcal/ton) (MWh/ton) (ton-co 2 /y) (kg-ch 4 /y) (kg-n 2 O/y) ( ) (49.50~64.35) 0.07 (0.06~0.07) ( ~ ) ( ~ ) (717.44~932.67) (41.25~53.63) 0.06 (0.05~0.06) ( ~ ) ( ~ ) (597.87~777.23) (33.00~42.90) 0.04 (0.04~0.05) ( ~ ) (956.59~ ) (478.29~621.78) (16.50~21.45) 0.02 (0.02~0.02) ( ~ ) (478.29~621.78) (239.15~310.89) (-21.45~-16.50) (-0.02~0.02) ( ~ ) ( ~ ) ( ~ ) (-42.90~-33.00) (-0.05~-0.04) ( ~ ) ( ~ ) ( ~ ) (-85.80~-66.00) (-0.10~-0.08) ( ~ ) ( ~ ) ( ~ ) 1) 배가스량 : 5,000 ~ 6,500 m 3 /ton, 평균 ( 최소 ~ 최대 ) 2) 연간생활폐기물소각량 (2014년도) : 4,616,520 ton/y 3) 국가고유전력배출계수 ( 자료 : 온실가스배출량등의산정방법제6조제2항관련, 2007~2008년평균 ) CO 2 (ton-co 2/MWh) : , CH 4 (kg-ch 4/MWh) : , N 2O (kg-n 2O/MWh) :

59 ( 나 ) 고효율건식배가스처리고효율건식배가스처리의경우온도 120 ~ 160 및배가스량 5,000 ~ 6,500 m 3 /ton 변화에따른온실가스감축의경우 CO 2 기준최소 355,461 ton/y 에서최대 545,041 ton/y 감축이가능하였고 CH 4 기준최소 4,125 ton/y에서최대 6,325 ton/y, N 2 O는최소 2,045 kg/y 최대 3,135 kg/y 감축이가능한것으로나타났다. <Table 20> Estimation of energy saving and GHG reduction according to change of temperature 재가열에너지절감에너지절감 CO 2 감축량 CH 4 감축량 N 2 O 감축량온도 (Mcal/ton) (MWh/ton) (ton-co 2 /y) (kg-ch 4 /y) (kg-n 2 O/y) ( ) (189.75~246.68) 0.25 (0.22~0.29) (102.66~133.46) ( ~ ) ( ~ ) (173.25~225.23) 0.23 (0.20~0.26) (93.74~121.86) ( ~ ) ( ~ ) (156.75~203.78) 0.21 (0.18~0.24) (84.81~110.25) ( ~ ) ( ~ ) (140.25~182.33) 0.19 (0.16~0.21) (75.88~98.65) ( ~ ) ( ~ ) (123.75~160.88) 0.17 (0.14~0.19) (66.95~87.04) ( ~ ) ( ~ ) 1) 배가스량 : 5,000 ~ 6,500 m 3 /ton, 평균 ( 최소 ~ 최대 ) 2) 연간생활폐기물소각량 (2014년도) : 4,616,520 ton/y 3) 국가고유전력배출계수 ( 자료 : 온실가스배출량등의산정방법제6조제2항관련, 2007~2008년평균 ) CO 2 (ton-co 2/MWh) : , CH 4 (kg-ch 4/MWh) : , N 2O (kg-n 2O/MWh) :

60 ( 다 ) 배수클로즈시스템미도입출구온도 190 에서 10 씩 230 까지증가시켜배수클로즈시스템을미도입했을때고효율화에따른온실가스감축의경우 CO 2 기준최소 97,262 ton/y에서최대 291,787 ton/y 감축이가능하였고 CH 4 기준최소 1,129 ton/y에서최대 3,386 ton/y, N 2 O는최소 550 kg/y 최대 1,650 kg/y 감축이가능한것으로나타났다. 출구온도변화에따른에너지절감또한최소 0.05 MWh/ton에서최대 0.14 MWh/ton 절감효과를타나내었다. <Table 21> Estimation of energy saving and GHG reduction according to change of outlet temperature 출구온도 ( ) 에너지절감 (Mcal/ton) 에너지절감 (MWh/ton) CO 2 감축량 (ton-co 2 /y) CH 4 감축량 (kg-ch 4 /y) N 2 O 감축량 (kg-n 2 O/y) (99.00~128.70) 0.14 (0.12~0.15) ( ~ ) ( ~ ) ( ~ ) (82.5~107.25) 0.11 (0.10~0.12) ( ~ ) ( ~ ) ( ~ ) (66.0~85.80) 0.09 (0.08~0.10) ( ~ ) ( ~ ) (956.59~ ) (49.50~64.35) 0.07 (0.06~0.07) ( ~ ) ( ~ ) (717.44~932.67) (33.00~42.90) 0.05 (0.04~0.05) ( ~ ) (956.59~ ) (478.29~621.78) 1) 배가스량 : 5,000 ~ 6,500 m 3 /ton, 평균 ( 최소 ~ 최대 ) 2) 연간생활폐기물소각량 (2014년도) : 4,616,520 ton/y 3) 국가고유전력배출계수 ( 자료 : 온실가스배출량등의산정방법제6조제2항관련, 2007~2008년평균 ) CO 2 (ton-co 2/MWh) : , CH 4 (kg-ch 4/MWh) : , N 2O (kg-n 2O/MWh) :