발간등록번호 NIER-RP 에너지회수기준및환경인자 산정방법에관한연구 (Ⅰ) 환경자원연구부폐자원에너지연구과 김기헌, 윤영삼, 강준구, 김영란, 황동건, 손준익, 권영현, 오길종 A studyon Standard ofen

Transcription

1 발간등록번호 NIER-RP 에너지회수기준및환경인자 산정방법에관한연구 (Ⅰ) 환경자원연구부폐자원에너지연구과 김기헌, 윤영삼, 강준구, 김영란, 황동건, 손준익, 권영현, 오길종 A studyon Standard ofenergyrecoveryand estimation method ofenvironmentalfactors KiheonKim,Youngsam Yoon,JunguKang,YounglanKim,DonggunHwang, JuniK Son,YounghyunKwon, GiljongOh Waste-to-EnergyResearchDivision EnvironmentResourcesResearchDepartment NationalInstituteofEnvironmentalResearch 2014

2 목차 목 차 목차 ⅰ 표목차 ⅱ 그림목차 ⅲ Abstract ⅳ Ⅰ. 서론 1 Ⅱ. 연구내용 2 1. 국내 외에너지회수정책및동향기초자료조사 2 2. 국내 외에너지회수율기준및산정방법 5 3.EU 저위발열량산정공식 13 Ⅲ. 연구방법 조사대상시설의범위 저위발열량산정 에너지회수율산정 19 Ⅳ. 연구결과및고찰 저위발열량산정식도출결과 에너지회수율적용결과 에너지회수율적용방안 에너지회수산정방법및기준적용을위한제도개선방안 45 Ⅳ. 결론 49 참고문헌 51 부록 52 i

3 목차 표목차 <Table1> 국내에너지회수관련법률 3 <Table2> 유럽의폐기물지침의주요내용 4 <Table3> 국내에너지회수율세부기준및검사방법 8 <Table4>EU 및일본의가중치 ( 등가계수 ) 설정배경 ( 공공시설기준 ) 13 <Table5> 국내 외에너지회수율도출인자검토 13 <Table6> 조사대상시설현황 15 <Table7> 저위발열량및에너지회수율산정을위한필요인자 16 <Table8> 입열및출열계산식 19 <Table9> 각종혼합가스의온도별비열계산상수 20 <Table10>NCVKOREA 적용결과및오차율분석 22 <Table11> 에너지회수기준적용시설 NCV 도출결과 25 <Table12> 국내사업장폐기물설치 운영현황 27 <Table13> 사업장폐기물소각시설 NCV 도출결과 28 <Table14> 생산량중심 R1 및 K1 도출결과 30 <Table15> 사용량중심 R1 및 K1 도출결과 33 <Table16> 생산량중심 R1 및 K1 도출결과 35 <Table17> 사용량중심 R1 및 K1 도출결과 37 <Table18> 생산량중심 R1 및 K1 도출결과 38 <Table19> 사용량중심 R1 및 K1 도출결과 40 <Table20> 연료별저위발열량 43 <Table21> 열량및전력량을파악하기위해서필요한장치 45 <Table22> 계측기의종류, 측정방법, 기록방법 46 <Table23> 폐기물관리법재활용시설개정 ( 안 ) 47 <Table24> 폐기물관리법에너지회수기준개정 ( 안 ) 48 <Table25> 전기 전자제품및자동차의자원순환에관한법률개정 ( 안 ) 48 ii

4 목차 그림목차 <Figure1> EU-WtE 시설의에너지회수효율 (R1) 조사결과 5 <Figure2> 국내소각시설및보일러에너지회수율산정방법모식도 7 <Figure3> R1 적용범위및에너지흐름모식도 9 <Figure4> 열회수율산정방법모식도 11 <Figure5> 발열량추정및에너지회수율산정을위한체크리스트양식 16 <Figure6> 저위발열량산정식 (NCV) 및각구성인자 17 <Figure7> 입열및출열항목개요도 19 <Figure8> 열분해용융소각시설 ( 일체형 ) 열수지분배비율 24 <Figure9> 에너지회수기준적용시설 ( 일체형 ) 열수지분배비율 26 <Figure10> 에너지회수기준적용시설 ( 분리형 ) 열수지분배비율 26 <Figure11> 사업장폐기물소각시설 ( 일체형 ) 열수지분배비율 29 <Figure12> 사업장폐기물소각시설 ( 분리형 ) 열수지분배비율 29 <Figure13> 연소관리의열정산도 42 <Figure14> 열이용량의측정장치설치장소 45 iii

5 Absrtact Abstract 폐기물소각시설은지난오랜기간동안폐기물의적정처리에있어서많은기여를하여왔으며, 배출오염물관련방지시설의발전과배출허용기준강화로인하여환경적인관리또한상당부분발전되어왔다. 특히현재가장중요한이슈중의하나인에너지자원의확보문제와신재생에너지의필요성등을고려할경우폐기물소각시발생되는에너지회수의필요성은더욱증가할것으로판단된다. 반면, 국내폐기물관리법시행규칙제3조에서는에너지회수기준을명시하고있으나대상폐기물, 시설기준, 측정방법등세부규정이미흡한실정이다. 또한국내소각시설에서의에너지회수율산정방법은폐열보일러에대한효율만을산정한것으로서대기오염방지시설및슬러지건조시설, 부대시설 ( 수영장등 ) 등에서사용된에너지에대하여고려되지않아유효사용효율을반영하기곤란하다. 따라서열및전기에너지의생산에서부터사용까지의전주기적인관리를통한효율적이용을위해서는객관적이고정량적으로확인할수있는에너지회수율산정방법및기준이필요할것으로판단된다. 본연구에서는폐기물에너지화과정에서사용되는물질의양 ( 폐기물투입량, 보조연료투입량등 ) 및에너지 ( 전기, 스팀, 온수등 ) 에대하여현장실측및설문조사를통하여기초자료로활용하였다. 선행기초자료조사결과를바탕으로국내폐기물저위발열량산정식 (NCV KOREA ) 을도출하였으며, 유효생산효율및유효사용효율을분석하였다. 국내소각시설 ( 생활폐기물 61 개소, 에너지회수기준적용시설 14 개소, 사업장폐기물 17 개소 ) 을대상으로분석결과, 유효생산효율및사용효율로서각각생활폐기물소각시설 88.9%,39.7%, 에너지회수기준적용시설 65.8%,63.5%, 사업장폐기물소각시설 45.0%,39.7% 로분석되었다. 에너지회수기준적용시설의경우는대부분생산된에너지를사용하고있는것으로나타났으나생활폐기물소각시설및사업장폐기물소각시설에서는생산된에너지를적극활용하지못하는것으로분석되었다. 따라서, 국내소각열에너지회수정책을생산중심에서사용중심으로전환을위하여유효사용효율을신규및기존시설로구분하였으며, 신규시설은 65%, 기존시설은 60% 이상으로제시하고자한다. iv

6 Ⅰ. 서론 Ⅰ. 서론 폐기물소각시설은지난오랜기간동안폐기물의적정처리에있어서많은기여를하여왔으며, 배출오염물관련방지시설의발전과배출허용기준강화로인하여환경적인관리또한상당부분발전되어왔다. 특히현재가장중요한이슈중의하나인에너지자원의확보문제와신재생에너지의필요성등을고려할경우폐기물소각시발생되는에너지회수의필요성은더욱증가할것으로판단된다. 또한폐기물에너지의경우국내보유의가용가능한에너지자원이라는점과에너지자원의확보측면에있어서도안정적으로확보가가능하다는장점을가지고있다. 1) 이러한폐기물의적정처리와국가에너지자원의활용측면에있어서유럽연합 (EU) 에서는 2008 년 WasteFramework Directive(WFD,Directive2008/98/ EC) 에에너지유효사용률을적용한결과에따라에너지유효사용률이 0.6( 신규 0.65) 이상이면회수 (R1) 시설로,0.6 이하이면처분 (D13) 시설로구분하고있다. 또한, 일본에서는폐기물소각시설의설치단계부터민간 ( 사업장폐기물 ), 공공 ( 생활폐기물 ) 시설로구분하여공공 ( 생활폐기물 ) 시설은국고보조금을지원하고민간 ( 사업장폐기물 ) 시설은인센티브를부여하여에너지회수를유도하고있다. 반면국내의경우는현행폐기물관리법시행규칙제3조에서에너지회수기준 ( 에너지회수율 75% 이상 ) 을명시하고있으나대상폐기물, 시설기준, 측정방법등세부규정이미흡한실정이다. 또한국내소각시설에서의에너지회수율산정방법은폐열보일러에대한효율만을산정한것으로서대기오염방지시설및슬러지건조시설, 부대시설 ( 수영장등 ) 등에서사용된에너지에대하여고려되지않아유효사용효율을반영하기곤란하다. 2) 이에본연구에서는전기및열에너지의효율적이용을위하여객관적이고정량적으로확인할수있는에너지회수율산정방법및기준을마련하고자한다. 또한, 에너지회수율기준마련을통하여국내소각열에너지회수정책을회수중심에서사용중심으로전환하여폐기물의효율적인에너지화를도모할수있을것으로기대된다. 1

7 Ⅱ. 연구내용 Ⅱ. 연구내용 1. 국내 외에너지회수정책및동향기초자료조사가. 국내에너지회수정책및동향현재 폐기물관리법제2조제 7항 에서는 폐기물로부터에너지를회수하는활동 에대하여정의하고있으며, 폐기물관리법시행규칙제3조 에서는 에너지회수기준 을정의하고있다. 또한, 자원의절약과재활용촉진에관한법률제24 조의3항 에서는 에너지회수시설의설치운영및회수기준 을규정하고있으며이에대한세부검사방법으로 에너지회수기준의검사방법및절차등에관한규정 에서정하고있다. 국내에너지회수관련법률에대한세부내용은 <Table1> 과같이정리하였다. <Table 1> Domestic law related to energy recovery 구분법령명내용 폐기물관리법제 2 조제 7 항 [ 법률제 호, ] 폐기물관리법시행규칙제 3 조 [ 환경부령제 553 호, ] 에너지회수기준의검사방법및절차등에관한규정 [ 환경부고시제 호, ] 폐기물관리법시행규칙제 41 조 9 항 [ 환경부령제 553 호, ] 폐기물로부터에너지를회수하는활동 정의 에너지회수기준을명시 에너지회수기준측정업무에필요한사항을명시 검사기관지정, 검사기관의보고, 검사신청서류, 검사주기명시 ( 간략히 ) 5 폐기물처리시설의세부검사방법에관한규정 [ 환경부고시제 호, ] 소각시설, 소각열회수시설의검사방법 5 자원의절약과재활용촉진에관한법률제 24 조의 3 항 [ 법률제 호, ] 에너지회수시설의설치 운영등에관한규정 2

8 Ⅱ. 연구내용 나. 국외에너지회수정책및동향 (1)EU 2),3) EU( 유럽연합,EuropeanUnion) 의폐기물지침 (2009/28/EC) 에서는폐기물관리에적용되어야할우선순위를발생억제 감량, 재이용, 재활용, 재생, 처분등으로규정하고있으며, 바이오폐기물의정의 분리수거 처리등의기본방침을정리하고있으며세부내용관련참고자료를 < 부록 1> 에정리하였다. <Table2> 는 ANNEX I에제시된 RecoveryOperations 의종류중 R1 의주요내용을다음과같이정리하였다. <Table 2> The main content of the European waste directive R1 주로연료로사용하거나에너지를생성하는다른방법 R1 여기에는도시폐기물소각과정에서에너지효율이 0.60 또는 0.65 이상의소각시설이포함된다. 0.60:2009 년 1월 1일이전의기준에허가되어운영된시설 ( 기준시설 ) 0.65:2008 년 12 월 31 일이후에허가된시설 Annex I ( 재생활동 ) 에너지효율 =(Ep-(Ef+Ei)/(0.97*(Ew +Ef) -Ep(GJ/ 년 ): 열또는전기로년간생산되는에너지. 전기의형태로얻을수있는에너지 (Epe) 는 2.6, 상업적으로생산되는열에너지 (Eph) 에 1.1 를곱함. -Ef(GJ/ 년 ): 증기발생에기여하는연료의연간에너지투입량 -Ew(GJ/ 년 ): 연간처리된폐기물이가지고있는에너지량 ( 저위발열량 ) -Ei(GJ/ 년 ):Ew 와 Ef 을제외한연간에너지투입량 -0.97: 주로재와방열에의한에너지손실계수 EU 는 2008 년 WFD(WasteFrameworkDirective,Directive2008/98/EC) 에의해폐기물소각시설의에너지회수율이 0.6( 신규 0.65) 이상이면회수 (R1) 시설로, 에너지회수율이 0.6 이하이면처분 (D13) 시설로구분하고있다.EU 회원국마다차이는있지만도시폐기물의에너지회수율을증진시키기위하여회 3

9 Ⅱ. 연구내용 수시설에한하여재생에너지로인정함으로서인센티브를부여하고있다. 에너지회수율에대한조사는 CEWEP(Confederation of Euro pean Waste-to-EnergyPlants) 에서수행하였으며,<Figure1> 은 EnergyReportⅢ ( 대상 :314 개의 WtE 시설, ) 에서제시한에너지회수율 (R1) 분석결과이다. <Figure 1> Energy recovery efficiency(r1) of the EU-WtE facility <Figure1> 에서중앙의수평축을기준으로상단은 R1 값이 0.6 이상인시설의개수이고, 하단은반대의경우이다. 또한중앙수직축을중심으로좌측은 ReportⅡ(R1 적용이전 ) 의결과이며우측은 ReportⅢ(R1 적용이후 ) 의결과를나타내고있다.R1>0.6 을만족하는시설은총 314 개시설중 65.6% 인 206 개시설로나타났다. 반면, 운영형태로는열병합발전 (CHP) 이 184 개시설로가장많으며, 이중 77.2% 인 142 개시설이 R1 을만족하는것으로나타났다. 전력만생산하는시설은 37.3%(31 개 ) 로나타났으며, 전력 < 열 <CHP 의순서로에너지회수율이높은시설임을나타낸다. (2) 일본 4) 일본환경성은발전효율 10% 이상의폐기물에너지회수시설을대상으로 4

10 Ⅱ. 연구내용 에너지효율증가를실현하고자하였다. 제도적방안으로서순환사회형성추진교부금제도를통하여 2012 년까지폐기물소각시설의발전용량을약 2,500MW 로증가시키는것을목표로정하였으나 2012 년도일반폐기물소각시설의총발전량은 1,748MW 에머물렀다. 이에,2013 년 5월새로운 폐기물처리시설정비계획 을수립하여소각시설의발전효율평균치를 16 % (2008~2012 년 ) 에서 21 %(2013~2017 년 ) 까지증가시키는목표를제시하였다. 이를위하여 2009 년부터고효율의폐기물발전시설을대상으로적극적인지원을하고있는실정이다. 현재일본은에너지회수율상승을위한방안으로서외부에너지공급증대를통하여수익을창출할수있는 FIT 제도를시행중이며공공시설뿐만아니라민간시설의적극적인참여를유도하는방안으로 폐기물열회수시설설치자인정제도 를운영하고있다. 이제도를통해인정된시설은폐기물보관시간을 21 일까지인정함과동시에정기검사의무면제등의혜택을부여하고있다. 또한, 폐기물소각시설의설치단계부터민간 ( 사업장폐기물 ), 공공 ( 생활폐기물 ) 시설로구분하여공공 ( 생활폐기물 ) 시설은국고보조금을지원하고민간 ( 사업장폐기물 ) 시설은인센티브를지급하여에너지회수를유도하고있다. 2. 국내 외에너지회수율기준및산정방법가. 국내에너지회수율기준및산정방법현행소각시설에서의에너지회수율산정방법은폐열보일러에대한효율만을산정한것으로서대기오염방지시설및슬러지건조시설, 부대시설 ( 수영장등 ) 등에서사용된에너지에대하여유효사용효율을반영하기곤란하다. 따라서, 열및전기에너지의효율적이용을위해서는객관적이고정량적으로확인할수있는에너지회수율산정방법이필요할것으로판단된다.( 식 1)~( 식 2) 는현행에너지회수율및보일러효율산정방법을정리하였으며 <Figure2> 와같이국내소각시설및폐열보일러에너지회수율산정방법모식도를나타내었다. 또한,<Table3> 은국내에서적용되고있는에너지회수율세부기준및검사방법에대하여정리하였다. 5

11 Ⅱ. 연구내용 총회수에너지량에너지회수율 ( 식 1) 총투입에너지량 유효출열량보일러효율 유효입열량 ( 식 2) 급수량 증기엔탈피 급수엔탈피 연료소비량 연료의저위발열량 총투입에너지량 폐기물투입열량 보조연료투입열량 ð 에너지총회수에너지량 ð 회수시설온수, 온풍, 스팀 <Incinerators energy recovery efficiency> 출열 온수또는증기 입열 급수, 공기, 연료 ñ ð 보일러 ð 손실 배기가스, 미연소분, 방열손실 <Boiler efficiency> <Figure 2> Estimation method of domestic incineration facilities and boiler efficiency 6

12 Ⅱ. 연구내용 <Table 3> Domestic energy recovery efficiency detailed criteria and test methods 5) 구분세부기준검사방법 에너지회수능력의유지여부 1. 대상폐기물의저위발열량이 3,000 kca l/kg 이상이어야한다. 2. 에너지회수율이 75% 이상이어야한다. 가. 기준온도는외기온도로한다. 나. 폐기물및보조연료의발열량은저위발열량을사용한다. 다. 구동에너지의경우전력량 1 kwh 를 860kcal 로환산한다. 라. 순환열은에너지계산에포함시키지않는다. 마. 에너지회수시설에서사용되는공기는수증기를포함하는것으로한다. 바. 시험시간은최소 2 시간이상으로한다. 사. 최대출력량을측정하기위하여반드시정격부하에서실시하여야한다. 아. 기타사항은 KSB6205 육상용보일러의열정산방식을따른다. 1. 발열량, 수분, 회분등의시료채취및분석은폐기물공정시험방법에따른다. 2. 에너지회수율의산정은다음과같이구한다. 가. 에너지회수율 (%)= 총회수에너지량 / 총투입에너지량 *100 투입에너지는폐기물, 보조연료, 연소용공기, 회수용공기및물등의보유에너지를포함하여야한다. 회수에너지는회수대상인온풍, 온수, 스팀등으로이에해당되는회수에너지는모두산정한다. 회수에너지량측정 1. 온풍, 온수, 스팀에너지량을구한다. 1. 온풍에너지량은다음과같이구한다. -온풍에너지 (kcal/kg)= 폐기물투입량당 온풍발생량 (Sm 3. ) * 공기의 평균비열 (kcal/sm3. )*[ 온풍온도 ( )- 기준온 도 ( )] 2. 온수에너지량은다음과같이구한다. -온수에너지 (kcal/kg)= 폐기물투입량당 온수발생량 (kg/kg) * [ 온수의 엔탈피 (kcal/kg) - 기준온도의 물 엔탈피 (kcal/kg)] 3. 스팀에너지량은다음과같이구한다. -스팀에너지 (kcal/kg)= 폐기물투입량당 스팀발생량 (kg/kg) * [ 스팀의 엔탈피 (kcal/kg) - 기준온도의 물 엔탈피 (kcal/kg)] 온풍 ( 공기 ), 온수 ( 급수 ), 스팀, 전기량측정 1. 온풍및공기량측정시보조연료의연소에필요한연소공기량은연료의종류및그조성과연소가스의조성으로부터산출한다. 2. 온수및급수량측정의허용오차는일반적으로 ±1.0% 로한다. 3. 발생스팀량은일반적으로급수량으로부터산정한다. 스팀유량계가설치되어있는경우는그측정값을참고값으로한다. 4. 사용된전기량은전력계로측정하여야한다. 1. 온풍및공기량측정은오리피스유량계, 피스관등을사용하여측정한다. 2. 온수및급수량측정은중량탱크식혹은용량탱크식또는용적식유량계, 초음파유량계, 오리피스등으로한다. KS 규격에적합한측정계를사용하여 5 회이상실측한후평균값으로적용한다. 7

13 Ⅱ. 연구내용 나. 국외에너지회수율기준및산정방법 (1)EU EU 는도시폐기물소각과정에서의에너지효율이 0.6( 신규 0.65) 이상인시설을에너지회수시설로인정하여폐기물배출자가단순소각시설보다에너지회수시설에서처리하도록에너지회수를유도하고있다. EU 폐기물에대한기초지령 2008/98/EC 에서는 도시고형폐기물처리전용소각시설 의 R1 산정식의적용범위를제시하여도시폐기물소각시설만을대상으로유해폐기물, 병원폐기물, 하수슬러지, 산업폐기물은제외하고있다. R1 적용범위는연소실, 보일러, 연도가스처리시스템, 모든전기적시스템 ( 펌프, 모터, 팬, 압축기, 열선, 관리시스템등 ) 뿐만아니라열교환기및터빈발전기와같은에너지변환및회수장치, 열소비시스템을포함한다. WFD(2008/98/EC) 에명시된 R1 산정식적용범위및에너지흐름에대한모식도를 <Figure3> 과같이나타내었으며산정식은 ( 식 3) 과같다. <Figure 3> R1 coverage and energy flow schematic 8

14 Ⅱ. 연구내용 에너지회수율 ( 식 3) 년 열또는전력생산연간에너지 전기에너지 배 상업용생산열 배 년 증기생산시스템에공헌한보조연료의연간투입에너지량 년 처리폐기물에포함되는연간에너지 폐기물저위발열량사용 년 와 이외에투입된연간에너지량 소각재배출과방열에의한열손실계수 ( 식 3) 에서의 Ep 는시스템경계외부로나가는에너지 ( 열및전력 ) 및장치또는시스템경계내부에서사용되는에너지를말하며증기나열생산에영향을주는에너지도포함되어있지만, 보일러급수예열및탈기기의열사용에대해서는제외하고있다. 여기서전기에너지 2.6, 상업용생산열 1.1 의가중치를적용하는이유는에너지의유용성을고려한보정계수이다. 보정계수중전기에너지 2.6 은 EU 회원국의석탄화력발전소의발전효율 38% 의역수 (1/0.38= ), 상업용생산열 1.1 은보일러효율 90% 의역수 (1/0.9= ) 를의미한다.Ef 는증기생산에기여한연료로서투입되는연간에너지로정의되며연료만을포함한다. 연료는 연소가능한비폐기물질 로디젤, 천연가스등소각공정의가동및중지시에사용되며보조버너를사용하여 >850 C 의필요온도를유지하기위한모든연료를포함한다. Ew 는 폐기물저위발열량 (GJ/ 년 ) 을이용하여산출한처리된폐기물의연간에너지 로정의되며 Ei 는 Ew 와 Ef 를제외하고연간투입된에너지를의미한다. 또한,Ei 에서는전기, 스팀, 온수와같은투입된비연료에너지로서배출가스방지시설의에너지뿐만아니라스팀생산에사용되지않고소각시설에서사용하기위해투입된기타에너지도 Ei 에포함된다. (2) 일본 일본의에너지회수율산정방법은크게민간시설 ( 사업장폐기물 ) 과공공시설 ( 생활폐기물 ) 로구분하며열회수율및에너지회수율로구분하여달리적용 9

15 Ⅱ. 연구내용 하고있다. 또한, 에너지회수뿐만아니라고효율화방안으로서소각시설의 설치단계및운영단계를구분하여에너지효율증진을도모하고있다. ( 가 ) 민간시설열회수율 <Figure4> 는민간시설의입열과회수열에대한모식도를나타내었다. 발전량 (E) 는열회수시설이외의전력공급량및해당열회수시설에서의자가소비전력량을포함하여발전한전기량의합계이다. 발전이외의열이용량 (H) 는열회수시설에서열을공급받아사용된주변시설의열이용량및당해회수시설에서의열이용량을포함한다. 폐기물의총발열량 (IW) 연료의총발열량 (IF) 발전이외의열이용량 (H) 열회수시설 배기가스보유열등 발전량 (E) <Figure 4> Heat recovery efficiency calculation method schematic ( 식 4) 열회수율 열회수율에의해얻어진전기의양 발전량 열회수에의해얻어진열중전기로변환되는양을빼고난열량 외부연료를이용하여얻은열량 열회수시설에투입되는폐기물열량과외부연료열량의총량 10

16 Ⅱ. 연구내용 ( 나 ) 공공시설에너지회수율공공시설에너지회수율은발전효율과열이용률의합을에너지회수율로산정한다. 시설내외에열공급을실시하지않은시설은발전효율만으로판단하며반대의경우또한동일하게적용한다. 발전효율과열이용률을합하는경우에는가동률을감안하여발전을우선하고터빈발전기정격출력을기준으로발전효율에열이용율을합한값을에너지회수율로산정한다. 폐기물에너지를최대한회수한다는관점에서외부연료사용은최대한적게사용하도록제시하고있으며, 안정적인연소를유지하기위해전체투입에너지의 30% 를상한으로규정하고있다.( 식 5) 과 ( 식 6) 은발전효율을,( 식 7) 은열이용률산정방법을나타내었다. 발전출력설계단계발전효율 투입에너지 폐기물 외부연료 ( 식 5) 총발전량 운영단계발전효율 소각량 보조연료 ( 식 6) 유효열량 열이용율 투입에너지 폐기물 외부연료 ( 식 7) 열이용율에서의유효열량은시설내 외에공급된열량중시설내에서사용되는연소용공기예열, 배기가스재가열, 백연방지용공기가열, 탈기기가열등소각시설내에서이용된열에너지는포함하지않는다. 열이용율산정에있어서 EU R1 산정식과같이생산된열원에대하여 0.46 의가중치를부여하고있다. 가중치는전기 1에대한열의등가계수로서석탄발전효울 42% 의역수와보일러효율 91% 역수의비를이용하여적용된값이다.<Table4> 는일본과유럽 (EU) 의등가계수설정배경을비교한것이다. 11

17 Ⅱ. 연구내용 <Table 4> The background the establishment of weight for EU and Japan 국가가중치산정기준 EU 일본 -Ep( 회수에너지 ) 열 1.1 배 전기 2.6 배 - 에너지회수율 = 발전효율 + 열이용율 - 열이용율 = 유효열량 전기 : 석탄화력발전소 EU 평균발전효율 38% 역수 (1/0.38= ) - 열 : 보일러효율 90% 의역수 (1/0.9= ) - 등가계수 ( 전기 1 에대한열의등가계수 ) = 전기 : 열 = 석탄발전효율 42% 역수 : 보일러효율 91% 역수 = 1/0.42:1/0.91=2.38:1.10 1:0.46 (EU 기준환산하면전기 2.4, 열 1.1 와동일개념 다. 국내 외에너지회수율산정방법비교검토국내 외에너지회수율산정방법을비교하여 <Table5> 에나타내었으며각국에서의에너지회수율측정및산정방법이차이가있는것을확인할수있다. 국내의경우에너지회수율산정시폐열보일러에한정하고회수대상에너지원을열원 ( 스팀, 온수 ) 에한정하고있다. 일본및 EU 에서는열원 ( 스팀, 온수 ) 및전기를회수대상으로하여에너지회수율을산정하고있다. 또한, 일본및 EU 에서는에너지회수율산정을위한 Data 수집기간을 1년으로규정하는반면, 국내에서는 4시간 Data 를기준으로에너지회수율을산정하고있는실정이다. <Table 5> Domestic and international energy recovery efficiency concept 국가 시설 데이터수집기간 측정위치 에너지원 에너지원별보정계수 한국민간 4 시간폐열보일러열에한정없음 일본 determinants review 민간모든공정열, 전기없음 1년간 0.46 공공모든공정열, 전기 ( 열과전기동일 ) EU 공공 1 년간모든공정열, 전기열 1.1, 전기

18 Ⅱ. 연구내용 3.EU 저위발열량산정공식 (Low CalorificValue) 저위발열량 (NCV) 는 R1 Formula 공식에서의 E W ( 투입폐기물의저위발열량 ) 를구하기위한것으로서에너지회수율에많은변화요인으로작용한다.( 식 8)~( 식 9) 는 EU 저위발열량산정식및산정식구성인자들을나타내었다. ( 식 8) NCV =low calorificvalue(ncv)oftheincineratedwastewithmstw/m 1(GJ/tonne) ( 식 9) : 에해당하는기간에폐기물에서생산되는증기의총량 (ton/year) : 규정된기간에생산된증기의총량 (ton/year) : 에해당하는기간에증기생산을하는연료의양 (ton/year) : 로규정된기간에소각된폐기물의양 (ton/year) : 증기의순엔탈피 ( 증기엔탈피에서보일러물의엔탈피를공제 )(GJ/ton) : 증기생산하는연료의순발열량 (GJ/ton) : 보일러출구의배출가스의온도 ( 배기가스내의 4~12% O 2 )( ) : 배출가스내의 spec. 에너지함량 (GJ/ton )(γ) : 회귀등식에의한상수 (α) : 회귀등식에의한상수 (β) 13

19 Ⅲ. 연구방법 Ⅲ. 연구방법 1. 조사대상시설의범위국내실정에적합한저위발열량산정식도출및에너지회수율산정을위하여폐기물투입량시간당 2톤이상의소각시설 (134 개소 ) 을대상으로현장조사및설문조사를실시하였다. 생활폐기물소각시설, 에너지회수기준적용시설, 사업장폐기물소각시설을대상으로폐열보일러설치형태및소각로타입별로구분하였으며세부내용은 <Table6> 과같이정리하였다. <Table 6> Investigation condition of incineration facility 구분 생활폐기물소각시설 에너지회수기준적용시설 사업장소각시설 현장및설문조사 폐열보일러설치형태 소각로 TYPE 스토커 (54 개소 ) 76 일체형 (61 개 ) 열분해용융 (5 개소 ) 유동층 (2 개소 ) 일체형 (4 개 ) 스토커 (4 개소 ) 11 스토커 (5 개소 ) 분리형 (6 개 ) 유동층 (1 개소 ) 스토커 (4 개소 ) 일체형 (9 개 ) 로터리킬른과스토커조합 (4 개소 ) 유동층 (1 개소 ) 47 스토커 (7 개소 ) 분리형 (12 개 ) 로터리킬른과스토커조합 (3 개소 ) 유동층 (2 개소 ) NCV 산정방법 NCV 산정식도출 열수지법 NCV 도출 열수지법 NCV 도출 현장및설문조사는폐기물저위발열량및에너지회수율산정시적용되는폐기물투입량, 발열량, 보일러급수량, 스팀생산량등의 1년간운영데이터 ( ~ ) 와현장측정당일의운영데이터를기준으로조사하였고, 배가스온도및수분,O 2,CO,CO 2 등과같은배출가스인자들은굴뚝과폐열보일러후단에서동시측정하여분석하였다. 저위발열량및에너지회수율산정을위한필요인자를 <Table7> 에정리하였다.<Table8> 은조사에사용된에너지효율체크리스양식이며, 세부내용관련참고자료를 < 부록 2> 에정리하였다. 14

20 Ⅲ. 연구방법 <Table 7> Necessary foctor for the low calorific value and energy recovery efficiency calculation 구분 측정및조사항목 가연성폐기물공급 공급량, 온도, 저위발열량, 강열감량 보조연료공급 연료명, 공급량, 온도, 비열, 저위발열량 연소용공기공급 1차 2 차연소실공급공기 ( 유량, 온도, 외기온도, 엔탈피 ) 급수 급수유량, 온도 ( 절탄기입구, 보일러입구 ), 압력, 비중량엔탈피 ( 절탄기입구, 보일러입구 ) 보일러증발스팀보유열 증발량, 온도, 압력, 증발잠열, 비체적, 엔탈피 과열증기보유열 온도, 압력, 비체적, 엔탈피 연소가스보유열 유량, 온도, 외기온도, 엔탈피 보일러출구가스보유열 유량, 온도, 외기온도, 엔탈피, 산소농도, 연소공기비 부로운다운 유량 ( 브로우다운 ), 온도, 압력, 엔탈피 공기예열기 유량 ( 입구온도, 출구온도 ), 엔탈피 보일러표면열방사손실 방열면적 ( 외부케이싱면적 ), 표면온도 ( 평균 ) 소각로표면열방사손실 방열면적 ( 외부케이싱면적 ), 표면온도 ( 평균 ) 외기온도 온도, 압력, 습도 ( 상대, 절대 ), 엔탈피 연간생산에너지 열또는전력으로생산되는연간에너지 소각재열손실 소각재배출량, 온도, 수분함량 <Table 8> Checklist for low calorific value and energy recovery efficiency calculation(see attachment) 에너지효율계산데이터체크 리스트 시설의이름 작성기간 운영회사 준공일자 / 가동일자 주소 전화 / 팩스 담당자 시설용량 ton/hr 소각로타입 4) 호기 1) 운전방식 5) 처리폐기물종류 2),3) 가동일수 수관설치여부 유 / 무 2차연소실온도 허가사항 6) 국립환경과학원담당자 방지시설구성 1) 각호기별로분리작성하여주시기바랍니다. 2) 생활폐기물, 고형연료 (RDF,RPF,WCF,TDF 등 ), 사업장폐기물 ( 생활계일반, 건설, 지정등 ), 음식물류폐기물 3)2 종이상폐기물이투입되는경우각각의조성비율을기입 4) 스토커 ( 이동식, 고정식 ), 유동층, 로터리킬른, 로터리킬른 + 스토커등 5) 연속식, 준연속식 6) 소각시설또는재활용시설, 기타시설중해당사항기입 1. 폐기물로부터의에너지투입량 Ew 폐기물종류 저위발열량 (kcal/nm 3 (kg)) 투입량 폐기물투입량 ton/ 년 ton/ 년 합 계 ton/ 년 15

21 Ⅲ. 연구방법 2. 저위발열량산정대상시설의저위발열량 (NCV) 산정은생활폐기물소각시설의경우 EU 저위발열량산정공식 (NCV) 을기반으로국내실정에적합한하나의저위발열량산정식을마련하였으며, 에너지회수기준적용시설및사업장폐기물소각시설의경우투입폐기물성상및각시설별공정특성을고려하여열정산법에의한저위발열량을산출하였다. 가. 생활폐기물소각시설저위발열량 (NCV) 생활폐기물소각시설의경우 EU 저위발열량산정식을기반으로상수보정 (,, ) 을통하여국내실정에적합한산정식을도출하고자하였다.<Table 9> 는 NCV 산정식및구성인자들에대하여나타내었다. 상수값에서의 (1.133) 는소각과정에서발생되는보일러및소각로의방열손실, 소각재배출손실, 증기흡수열등으로구성된다. (1.085) 는폐기물이외에사용된부가입열계수로서실제소각장을운영하는과정에서폐기물이외에투입된보조연료의부가입열량을나타내며, (0.085) 는배출가스보유열및보일러출구온도로구성된다. 16

22 Ⅲ. 연구방법 <Table 9> low calorific value(ncv) calculation fomula and composition factor( : Heat loss of Unburned matter and radiant, : Additional heat input, : Heat loss of flue gas) : 에해당하는기간에폐기물에서생산되는증기의총량 (ton/year) : 규정된기간에생산된증기의총량 (ton/year) : 에해당하는기간에증기생산을하는연료의양 (ton/year) : 로규정된기간에소각된폐기물의양 (ton/year) : 증기의순엔탈피 ( 증기엔탈피에서보일러물의엔탈피를공제 )(GJ/ton) : 증기생산하는연료의순발열량 (GJ/ton) : : 보일러출구의배출가스온도 ( 배출가스내의 4~12% O 2 )( ) : 배출가스내의 spec. 에너지함량 (GJ/ton )(γ) : 회귀등식에의한상수 (α) : 회귀등식에의한상수 (β) b : 열교환효율 (asapproach0.80) : ( 총출열량 배출가스보유열 )/ 증기가흡수한열 : 총입열량 ( 폐기물 + 보조연료 + 연소공기 )/ 폐기물 : 배출가스보유열 / 보일러출구온도 나. 에너지회수기준적용시설 사업장폐기물소각시설저위발열량 (NCV) 에너지회수기준적용시설및사업장폐기물소각시설의경우육상용보일러의열정산방식 (KSB6205) 6) 을이용하여투입폐기물의저위발열량을도출하였다. 열정산방식에있어유입되는열량으로는폐기물보유헌열및열량, 연소공기 ( 산화제 ) 열량, 보조연료열량등으로구성되며유출되는열량으로는바닥재헌열및열량, 불완전연소 ( 미연분 ) 열량, 방열손실, 배출가스보유열량등으로구성된다.<Figure5> 는입열및출열에대한항목개요도를나타내었다. 열수지계산과정을 <Table10> 과같이정리하였으며, 연소배출가스의비열 (Cp) 의경우 <Table11> 을이용하여산정하였다. 17

23 Ⅲ. 연구방법 <Figure 5> Overviews of heat input and heat output <Table 10> Calculation of heat input and heat output 입열출열 W water : moisture content, W ash : ash content, Cp waste : 0.71 kcal/(kg- ), Cp ash : 0.20 kcal/(kg- ) 7) LHV fuel : 9,550 kcal/nm 3 (LNG), 8,350 kcal/l(diesel), 8,300 kcal/l(lamp oil), Waste firing temperature:

24 Ⅲ. 연구방법 <Table 11> Calculated constants for temperature specific heat of the mixed gas 8) 단위 Cp=a+bT+cT 2 +dt 3 kj/(kmol K) A B C D Temp range CO E CO E N E O E HCl E H 2 O E SO E Air 계산 :(79% N 2,21% O 2 ) 3. 에너지회수율산정에너지회수율산정시 EU R1 에서의전기에대한가중치 2.6 은석탄플랜트의평균유럽계수 38% 를기반으로한것으로서전기 1kWh 의생산에대한 2.6kWh 의에너지수요를의미하며발생한열에대한가중치 1.1 은열플랜트의평균유럽계수 91% 를기반으로산출된계수이다. 이에본연구에서는가중치 ( 전력 2.6, 열에너지 1.1) 적용을통한에너지회수율 (R1) 과가중치를제외한에너지회수율 (K1) 을비교하고자하였다. 또한, 국내소각시설의경우사용하는에너지의관리가미흡한실정을고려하여사용량및생산량중심으로 R1 및 K1 을산출하여비교검토하였다. 19

25 Ⅳ. 연구결과및고찰 Ⅳ. 연구결과및고찰 1. 저위발열량산정식도출결과 9), 10), 11) 가. 생활폐기물소각시설 생활폐기물소각시설 (76 개소 ) 을대상으로폐기물저위발열량 (NCV) 를도출 하였다. 도출과정중스토커와유동상방식의발열량산정인자는큰차이가 없어하나의산정식으로도출하였으며,( 식 10) 과같이한국형 NCV KOREA 산정 공식을나타내었다. ( 식 10) 위와같이도출된한국형 NCV KOREA 산정식을이용하여저위발열량을계산하였으며, 결과값을 <Table12> 에정리하였다. 또한한국형 NCV KOREA 와각시설별 NCV( 상수값,, ),EU NCV 간의오차율을검토하였다. 한국형 NCV KOREA 의전체평균은 2,350.4kcal/kg(1,869.4~2,995.1kcal/kg) 으로산정되었으며, 유럽의 NCV 와비교하면약 0.8%, 각시설별 NCV 와비교하면약 0.9% 정도의오차율이나타났다. 이에본연구에서도출한저위발열량산정공식 NCV KOREA 를한국형생활폐기물저위발열량산정공식으로사용하는것이적합할것으로판단된다. 반면, 열분해용융시설은스토커방식및유동상방식소각시설과공정이다르고저위발열량산정인자도출과정에서상이한결과가나타나열정산법과 EU NCV 공식을이용하여 ( 식 11) 과같이별도의산정식을도출하였다. <Figure6> 은열분해용융시설 (5 개소 ) 의열수지분석결과이며,EU NCV 와약 9.3%, 각시설별 NCV 와약 0.3% 정도의오차율로상이한결과를나타내었다. 따라서, 열분해용융시설의저위발열량산출방식은추가적인검토가필요할것으로판단된다. 열분해용융 ( 식 11) 20

26 Ⅳ. 연구결과및고찰 <Table 12> Result of low calorific value and error rate through the application NCV KOREA 구분 저위발열량 (kcal/kg) NCV KOREA 기준 (%) NCV E NCV S NCV KOREA NCV E NCV S 1 구리시 1호기 2, , , 구리시 2호기 2, , , 군포시 2, , , 부산명지 1호기 2, , , 부산명지 2호기 2, , , 서울양천 1호기 2, , , 서울양천 2호기 2, , , 세종시 2, , , 아산시 2, , , 울산시 1호기 1, , , 울산시 2호기 1, , , 울산시 3호기 2, , , 이천시 1호기 2, , , 이천시 2호기 2, , , 청라 1호기 2, , , 청라 2호기 1, , , 광주상무 1호기 2, , , 광주상무 2호기 2, , , 밀양 2, , , 부천 2, , , 안성 2, , , 스토커인천송도 1호기 2, , , 인천송도 2호기 2, , , 구미 2, , , 김해 2, , , 아산 2, , , 청주 2, , , 수원 1호기 2, , , 수원 2호기 2, , , 의정부 1호기 2, , , 의정부 2호기 2, , , 태백 2, , , 부산-해운대 2, , , 익산 1호기 2, , , 익산 2 호기 2, , , 춘천 2, , , 대전 2호기 2, , , 천안 2, , , 성산 1호기 2, , , 성산 2호기 2, , , 용인 2, , , 노원 1호기 2, , ,

27 Ⅳ. 연구결과및고찰 구분 저위발열량 (kcal/kg) NCV KOREA 기준 (%) NCV E NCV S NCV KOREA NCV E NCV S 43 노원 2호기 2, , , 성서 1호기 1, , , 성서 2호기 1, , , 성서 3호기 1, , , 마포 1호기 2, , , 마포 2호기 2, , , 스토커 49 마포 3호기 2, , , 파주 1호기 2, , , 파주 2호기 2, , , 목동 1호기 2, , , 목동 2호기 2, , , 속초 2, , , 제주 1호기 2, , , 유동층 56 제주 2호기 2, , , AVERAGE 2, , , 양산 1호기 2, , , 양산 2호기 3, , , 열분해 59 양주 2, , , 용융 60 고양 1호기 3, , , 고양 1호기 3, , , AVERAGE 2, , , NCV E : 각시설의 α, β, γ 값적용, 현장조사및설문조사자료 2. NCV S : EU NCV 의 α, β, γ 값적용, CEWEP Energy Report(2001~2004) 3. NCV KOREA : 국내생활폐기물소각시설저위발열량산출식, 각시설의 α, β, γ 평균값적용 총투입열량 = 스팀열량 + 손실열량 + 배출열량 = 총배출열량 100% 80.3% 7.6% 12.1% 100% 폐기물에너지 89.2% 보조연료에너지 10.2% 산화제에너지 0.6% 소각로방열 보일러방열 0.1% 1.2% 절탄기흡수열 보일러스팀열량 80.3% 공기예열기흡수열 5.1% 0.0% 소각재헌열 1.3% 배출가스열량 12.1% <Figure 6> Heat balance ratio of pyrolysis melting facility(integral type) 22

28 Ⅳ. 연구결과및고찰 나. 에너지회수기준적용시설조사대상시설 (10 개소 ) 을대상으로열정산법을이용하여저위발열량을산출하였으며 <Table13> 과같이정리하였다. 저위발열량산출결과, 조사대상시설 (10 개소 ) 의전체평균은 4,394.9kcal/kg (2,188.1~6,544.4kcal/kg) 로분석되었다. 폐열보일러설치형태에따른일체형의경우는 3,744.9kcal/kg(2,188.1~5,849.2kcal/kg) 로나타났으며분리형의경우는 kcal/kg(3,180.5~6,544.4kcal/kg) 로분석되었다. 이와같이, 에너지회수기준적용시설에서의폐열보일러설치형태및소각로타입 ( 스토커, 유동층 ) 에따라서저위발열량값의오차가큰것으로나타났다. <Table 13> NCV result of energy recovery facilities No. 시설명 소각로 열수지법 (kcal/kg) 1 미래페이퍼 스토커 4, 아세아제지 1호기 스토커 2,188.1 일체형 3 아세아제지 2호기 스토커 2, 아진피엔피 스토커 5,849.2 일체형 AVERAGE 3, 대양제지 스토커 4, 동일패키지 스토커 4, 깨끗한나라 스토커 3,180.5 분리형 8 동일제지 스토커 6, 진영제지 스토커 6, 전주페이퍼 유동층 3,783.0 AVERAGE 4,828.2 TOTALAVERAGE 4,394.9 <Figure7>,<Figure8> 는폐열보일러설치형태 ( 일체형 4개소, 분리형 6개소 ) 에따른열수지분석결과를나타내었다. 폐열보일러일체형의경우 66.5% 의효율을나타내며소각로및보일러방열손실, 절탄기흡수열, 공기예열기흡수열, 소각재헌열등을통하여약 11.8% 가량의에너지손실이발생되는것으로분석되었다. 또한, 폐열보일러분리형의경우 69.0% 의효율을나타내며소각로및폐열보일러에서약 21.0% 가량의에너지손실이발생되는것으 23

29 Ⅳ. 연구결과및고찰 로분석되었다. 이러한특성에따라생활폐기물소각시설과같이하나의정형 화된산정식으로모든시설특성을반영할수없기때문에각시설마다의특 성을고려한열수지법을이용하여산출해야할것으로판단된다. 총투입열량 = 스팀열량 + 손실열량 + 배출열량총배출열량 = 100% 66.5% 11.8% 21.8% 100% 폐기물에너지 98.3% 보조연료에너지 1.0% 산화제에너지 0.7% 소각로방열 보일러방열 0.8% 1.1% 보일러스팀열량 66.5% 절탄기흡수열공기예열기흡수열 3.8% 0.0% 소각재헌열 6.0% 배출가스열량 21.8% <Figure 7> Heat balance ratio of energy recovery facilities(integral type) 총투입열량 = 스팀열량 + 손실열량 + 배출열량총배출열량 = 100% 69.0% 21.0% 73.5% 100% 소각로보일러 % % % Qcout1 보일러효율 η Qc in Qc out Qb out Qc in % Qc out Qb in % Qb out Qc in Qc out Qb out Qcin4 0.8 Qc in 합계 100 Qc out 합계 100 Qc out % Qb in % Qc out3 2.3 % Qb in 합계 % Qb out 합계 소각로 Qc in 1 : 폐기물보유헌열, Qc in 2 : 폐기물저위발열량, Qc in 3 : 연소공기열량, Qc in 4 : 보조연료열량 Qc out 1 : 폐기물이연소시작온도에도달시까지필요한열량, Qc out 2 : 바닥재헌열, Qc out 3 : 바닥재보유열량, Qc out 4 : 불완전연소손실, Qc out 5 : 로벽방열손실, Qc out 6 : 배출가스보유헌열 보일러 Qb in 1 : 보일러입구배출가스열량, Qb in 2 : 급수열량 (at149.7 ) Qb out 1 : 보일러출구배출가스열량, Qb out 2 : 스팀열량, Qb out 3 : 보일러손실열량 <Figure 8> Heat balance ratio of energy recovery facilities(separate type)

30 Ⅳ. 연구결과및고찰 다. 사업장폐기물소각시설사업장폐기물소각시설은고온소각및일반소각으로대별되며세부적으로소각로타입 ( 스토커, 스토커와로터리킬른조합, 로터리킬른, 유동층 ) 및폐열보일러설치형태 ( 일체형, 분리형 ) 등으로구분된다. 국내설치 운영중인 74 개소의사업장폐기물소각시설을대상으로조사결과, 일반소각 폐열보일러분리형 스토커소각로타입의소각시설이약 40 개소로가장많은것으로분석되었으며세부조사결과는 <Table14> 와같이정리하였다. <Table 14> Installation status of Industrial waste incinerator 구분소각로 type 폐열보일러설치형태시설수 고온소각 일반소각 스토커 분리형 1단 2 스토커 일체형 1단 1 2단 1 스토커 + 로터리킬른 분리형 1단 6 2단 1 스토커 + 로터리킬른 일체형 1단 4 2단 2 로터리킬른 분리형 1단 3 스토커 분리형 1단 40 2단 2 스토커 일체형 1단 6 2단 1 스토커 + 로터리킬른 분리형 1단 3 2단 3 로터리킬른 일체형 2단 2 일반소각유동층분리형 1 단 1 TOTALAVERAGE 78 국내설치 운영중인사업장폐기물소각시설 (21 개시설 ) 을대상으로열정산법을이용하여저위발열량을산출하였으며 <Table15> 와같이정리하였다. 저위발열량산출결과, 전체평균은 4,121.6kcal/kg(1,352.7~7,681.8kcal/kg) 로나타났다. 폐열보일러설치형태에따른일체형의경우는평균 3,004.9 kcal/kg(1,352.7~5,198.2kcal/kg) 로나타났으며폐열보일러분리형의경우는전체평균은 4,959.2kcal/kg(1,881.2~ 7,681.8kcal/kg) 로나타났다. 이와같이 25

31 Ⅳ. 연구결과및고찰 사업장폐기물소각시설의경우폐열보일러의설치형태및소각로타입에따라저위발열량값의오차가큰것으로분석되었다. <Figure9>,<Figure10> 는폐열보일러설치형태 ( 일체형 9개소, 분리형 12 개소 ) 에따른열수지분석결과를나타내었다. 폐열보일러일체형의경우 68.5 % 의효율을나타내며소각로및보일러방열손실, 절탄기흡수열, 공기예열기흡수열, 소각재헌열등을통하여약 9.6% 가량의에너지손실이발생되는것으로분석되었다. 반면, 폐열보일러분리형의경우 35.4% 의효율을나타내었으며폐열보일러효율및에너지손실에서모두일체형이높은효율과낮은열손실률을나타내는것으로분석되었다. <Table 15> NCV result of industrial waste incinerator 구분 시설명 소각로타입 저위발열량 (kcal/kg) 1 범우 3호기 스토커 1, 영흥 2호기 스토커 3, 진주산업 스토커 2, 동원제지 스토커 4,886.3 일체형 5 국인 1호기스토커 + 로터리킬른 5, 동양환경스토커 + 로터리킬른 2, 범우 2호기 스토커 + 로터리킬른 2, 엔아이티 1호기 스토커 + 로터리킬른 2, 보워터코리아 유동층 1,352.7 일체형 AVERAGE 2, 다나에너지 스토커 5, 영흥 1호기 스토커 6, KC 한미 2호기 스토커 6, KGETS2 호기 스토커 3, 비노텍 1호기 스토커 5, 비노텍 2호기 스토커 7,681.8 분리형 16 국인산업 2호기 스토커 3, KC 에코 스토커 + 로터리킬른 6, 엔아이티 2호기 스토커 + 로터리킬른 3, KGETS3 호기 스토커 + 로터리킬른 5, 대한제지 유동층 1, 한솔제지 유동층 2,260.5 분리형 AVERAGE 4,959.2 TOTALAVERAGE 4,

32 Ⅳ. 연구결과및고찰 총투입열량 = 보일러효율 + 손실열량 + 배출율 = 총배출에너지 100% 68.5% 9.6% 21.9% 100% 폐기물에너지 98.6% 보조연료에너지 0.2% 산화제에너지 1.1% 소각로방열 보일러방열 0.7% 2.3% 보일러스팀에너지 68.5% 절탄기흡수열공기예열기흡수열 3.5% 0.0% 소각재헌열 3.0% 배출가스에너지 21.9% <Figure 9> Heat balance ratio of industrial waste incinerator(integral type) 총투입열량 = 스팀열량 + 손실열량 + 배출열량총배출열량 = 100% 69.0% 21.0% 73.5% 100% 소각로 보일러 % % % Qcout1 보일러효율 η Qc in Qc out Qb out Qc in % Qc out Qb in % Qb out Qc in Qc out Qb out Qc in Qc in 합계 100 Qc out 합계 100 Qc out2 0.2 % Qb in % Qc out3 3.7 % Qb in 합계 % Qb ou 합계 소각로 Qc in 1 : 폐기물보유헌열, Qc in 2 : 폐기물저위발열량, Qc in 3 : 산화제열량, Qc in 4 : 보조연료열량 Qc out 1 : 폐기물이연소시작온도에도달시까지필요한열량, Qc out 2 : 바닥재헌열, Qc out 3 : 바닥재보유열량, Qc out 4 : 불완전연소손실, Qc out 5 : 로벽방열손실, Qc out 6 : 배가스보유헌열 보일러 Qb in 1 : 보일러입구배가스열량, Qb in 2 : 급수열량 (at149.7 ), Qb out 1 : 보일러출구배가스열량, Qb out 2 : 스팀열량, Qb out 3 : 보일러손실열량 <Figure 10> Heat balance ratio of industrial waste incinerator(separate type) 100 이처럼다양한형태로설치 운영이되고있는사업장폐기물소각시설의저위발열량을산정방법으로는그시설마다의특성 ( 투입폐기물의조성, 소각로타입, 폐열보일러설치형태등 ) 이반영되는열수지법을이용하여산출해야할것으로판단된다. 27

33 Ⅳ. 연구결과및고찰 2. 에너지회수율적용결과가. 생활폐기물소각시설에너지회수율산정은 R1( 전기에너지 2.6, 열에너지 1.1 가중치적용 ) 과 K1 ( 가중치미적용 ) 을이용하여산정하였다. 국내소각시설의경우사용하는에너지의관리가미흡한실정을고려하여사용량및생산량중심으로 R1 및 K1 을산출하여비교검토하였다. (1) 생산량중심총에너지이용률로서 NCV E 적용결과 R1 평균 88.2%(74.8~99.6%),K1 평균 77.8%(66.0~87.8%) 의효율로분석되었으며,NCV S 적용결과 R1 평균 89.5%(75.2~ 96.4%),K1 평균 78.9%(66.2~ 85.0%) 로산출되었다. 또한 NCV KOREA 에서는 R1 평균 88.9%(74.2~96.0%),K1 평균 78.3%(65.3~84.6 %) 의효율로분석되었다. 국내대상시설을통해도출된 K1 의에너지회수율산출값이 R1 에비해다소낮게산정되었으나, 이는가중치 ( 전기에너지 2.6, 열에너지 1.1) 에대한차이로판단되며가중치를적용시유사한경향이나타날것으로판단된다. <Table 16> Energy recovery efficiency result of the municipal waste incinerators (production standards) 구분 시설명 NCV E NCV S NCV KOREA R1(%) K1(%) R1(%) K1(%) R1(%) K1(%) 1 구리시 1호기 구리시 2호기 군포시 부산명지 1호기 부산명지 2호기 서울양천 1호기 스토커 7 서울양천 2호기 세종시 아산시 울산시 1호기 울산시 2호기 울산시 3호기

34 Ⅳ. 연구결과및고찰 구분 시설명 NCV E NCV S NCV KOREA R1(%) K1(%) R1(%) K1(%) R1(%) K1(%) 13 이천시 1호기 이천시 2호기 청라 1호기 청라 2호기 광주상무 1호기 광주상무 2호기 밀양 부천 안성 인천송도 1호기 인천송도 2호기 구미 김해 아산 청주 수원 1호기 수원 2호기 의정부 1호기 의정부 2호기 태백 스토커 33 부산-해운대 익산 1호기 익산 2호기 춘천 대전 2호기 천안 성산 1호기 성산 2호기 용인 노원 1호기 노원 2호기 성서 1호기 성서 2호기 성서 3호기 마포 1호기 마포 2호기 마포 3호기 파주 1호기 파주 2호기 목동 1호기

35 Ⅳ. 연구결과및고찰 구분 시설명 NCV E NCV S NCV KOREA R1(%) K1(%) R1(%) K1(%) R1(%) K1(%) 53 목동 2호기 스토커 54 속초 제주 1호기 유동층 56 제주 2호기 AVERIGE 양산 1호기 양산 2호기 열분해 59 양주 용융 60 고양 1호기 고양 2호기 AVERIGE TOTALAVERIGE NCV E : 각시설의 α, β, γ 값적용, 현장조사및설문조사자료 2. NCV S : EU NCV의 α, β, γ값적용, CEWEP Energy Report(2001~2004) 3. NCV KOREA : 국내생활폐기물소각시설저위발열량산출식, 각시설의 α, β, γ 평균값적용 (2) 사용량중심소각시설에서생산된전기는소내사용후남는전력을전력거래소에판매하고있는실정이며생산된스팀은지역난방또는인근열수요처에판매하며편익시설 ( 수영장등 ) 슬러지건조설비등에사용을하게된다. 이러한용도로사용된에너지를중심으로 R1,K1 을산출하였으며 <Table17> 과같이정리하였다. 총에너지사용량 ( 열분해용융제외 ) 은 NCV E 적용결과 R1 평균 40.1% (0.0~77.4%),K1 평균 35.5%(0.0~68.2%) 의효율로분석되었으며, NCV S 적용결과 R140.2%(0.0~75.8%),K1 평균 35.7%(0.0~69.7%) 로산출되었다. 또한 NCV KOREA 에서는 R1 평균 39.7%(0.0~ 74.5%),K1 평균 36.0%(0.0~ 68.7%) 의값을나타내었다. 전체대상시설 (61 개소 ) 중에너지를회수하여이용하는시설은 57 개소로나타났으며,4 개소에서는미사용시설인것으로분석되었다. 총유효생산에너지 ( 열분해용융제외 ) 는 R1 의경우 88.9% 인반면유효사용에너지는 39.7% 로서유효생산에너지에비하여유효사용에너지는많지않은것으로분석되었다. 이러한결과의이유로는첫째, 소각시설조사시열생산및이용에대한각종정확한자료확보가필요하나적산유량계등의미설치또는최소한의데이터수집을위한계측기만이설치되어있어정확한자료확보가어려운실정이다. 둘째, 소각시설의위치가도심에서벗어난외곽지역에위치하고있어 30

36 Ⅳ. 연구결과및고찰 소각여열을효율적으로수급받을수있는시설이부족한실정이다. 또한, 계 절에따른영향으로는하절기지역난방의사용량저하로인하여에너지회수 율이낮게나타나는것으로판단된다. 생활폐기물소각시설의생산량및사용 량에대한에너지회수율의정확한측정과안정적인열수요처를확보할수있 다면본연구에서제시하는새로운에너지회수율기준을충족할수있을것으 로판단된다. <Table 17> Energy recovery efficiency result of the municipal waste incinerators (usage standards) 구분 시설명 NCV E NCV S NCV KOREA R1(%) K1(%) R1(%) K1(%) R1(%) K1(%) 1 구리시 1호기 구리시 2호기 군포시 부산명지 1호기 부산명지 2호기 서울양천 1호기 서울양천 2호기 세종시 아산시 울산시 1호기 울산시 2호기 울산시 3호기 이천시 1호기 이천시 2호기 청라 1호기 스토커 청라 2호기 광주상무 1호기 광주상무 2호기 밀양 부천 안성 인천송도 1호기 인천송도 2호기 구미 김해 아산 청주 수원 1호기 수원 2호기 의정부 1호기 의정부 2호기

37 Ⅳ. 연구결과및고찰 구분 시설명 NCV E NCV S NCV KOREA R1(%) K1(%) R1(%) K1(%) R1(%) K1(%) 32 태백 부산-해운대 익산 1호기 익산 2호기 춘천 대전 2호기 천안 성산 1호기 성산 2호기 용인 노원 1호기 노원 2호기 성서 1호기 성서 2호기 성서 3호기 스토커 마포 1호기 마포 2호기 마포 3호기 파주 1호기 파주 2호기 목동 1호기 목동 2호기 속초 제주 1호기 유동층 56 제주 2호기 AVERAGE 양산 1호기 양산 2호기 열분해 59 양주 용융 60 고양 1호기 고양 2호기 AVERAGE TOTALAVERIGE NCV E : 각시설의 α, β, γ 값적용, 현장조사및설문조사자료 2. NCV S : EU NCV 의 α, β, γ 값적용, CEWEP Energy Report(2001~2004) 3. NCV KOREA : 국내생활폐기물소각시설저위발열량산출식, 각시설의 α, β, γ 평균값적용 나. 에너지회수기준적용시설에너지회수기준적용시설은폐열보일러설치형태에따라일체형과분리형으로구분되며소각로형태별 ( 스토커, 유동층 ) 로세분화된다. 이에각시설 (10 개소 ) 을대상으로 R1( 전기에너지 2.6, 열에너지 1.1 가중치적용 ) 및 K1 ( 가중치미적용 ) 을산출하였다. 32

38 Ⅳ. 연구결과및고찰 (1) 생산량중심대상시설의에너지생산량을중심으로 R1 평균 65.8%(40.1~91.0%),K1 평균 62.8% (40.2~82.6%) 의에너지회수율을나타내었다. 반면, 폐열보일러일체형만을고려하였을시 R1 평균 62.4% (48.2~ 80.3%),K1 평균 62.8 %(54.5~ 76.2%) 의에너지회수율로분석되었으며분리형의경우 R1 평균 68.0% (40.1~91.0%),K1 평균 62.7%(40.2~82.6%) 의에너지회수율로분석되었다. 분석결과, 현행폐기물관리법에서제시하는에너지회수기준 75% 를만족하는시설은 3개시설로서나머지시설은기준치를만족하지못하고있는것으로나타났다. 세부내용은 <Table18> 과같이정리하였다. <Table 18> Energy recovery efficiency result of the energy recovery facilities (production standards) 구분 시설명 소각로 열수지법 R1(%) K1(%) 비고 1 미래페이퍼 스토커 에너지회수 일 2 아세아제지 1호기 스토커 에너지회수 체 3 아세아제지 2호기 스토커 에너지회수 형 4 아진피엔피 스토커 에너지회수 일체형 AVERAGE 대양제지 스토커 에너지회수 6 동일패키지 스토커 에너지회수 분 7 깨끗한나라 스토커 에너지회수 리 8 동일제지 스토커 에너지회수 형 9 진영제지 스토커 에너지회수 10 전주페이퍼 유동층 에너지회수 분리형 AVERAGE 생산량기준 AVERAGE (2) 사용량중심대상시설 (10 개소 ) 의에너지사용량중심으로 R1 평균 63.5%(39.1~87.4 %),K1 평균 60.5% (39.2~80.6%) 의에너지회수율을나타내었다. 반면, 폐열보일러일체형만을고려하였을시 R1 평균 61.4% (47.2~79.3%),K1 평균 61.3%(53.4~73.4%) 의에너지회수율로분석되었으며분리형의경우 R1 평균 64.9% (39.1~87.4%),K1 평균 59.9%(39.2~80.6%) 의에너지회수율로분석되었다. 세부내용은 <Table19> 와같이정리하였다. 33

39 Ⅳ. 연구결과및고찰 에너지회수기준적용시설이타대상시설보다에너지사용량이높은이유는생산된에너지가모두생산공정에공급되기때문인것으로판단된다. 이와같이안정적인공급처가확보된다면에너지의사용량은증가할것으로판단된다. 그러나본연구에서조사한대상시설의에너지회수율은현재우리나라에서제시하고있는에너지회수기준 75% 보다낮게나타났다. 폐기물관리법에서제시하고있는에너지회수율산정방법은회수에너지총량을투입에너지총량으로나눈비율로서단순생산량만을고려한기준으로서실제유효사용에너지에대한적절한에너지회수기준적용이필요할것으로판단된다. <Table 19> Energy recovery efficiency result of the energy recovery facilities (usage standards) 일체형 분리형 구분 시설명 소각로 열수지법 R1(%) K1(%) 비고 1 미래페이퍼 스토커 에너지회수 2 아세아제지 1호기 스토커 에너지회수 3 아세아제지 2호기 스토커 에너지회수 4 아진피엔피 스토커 에너지회수 일체형 AVERAGE 대양제지 스토커 에너지회수 6 동일패키지 스토커 에너지회수 7 깨끗한나라 스토커 에너지회수 8 동일제지 스토커 에너지회수 9 진영제지 스토커 에너지회수 10 전주페이퍼 유동층 에너지회수 분리형 AVERAGE 사용량기준 AVERAGE 다. 사업장폐기물소각시설사업장폐기물소각시설은폐열보일러설치형태에따라일체형과분리형으로구분되며소각로형태별 ( 스토커, 스토커와로터리킬른조합, 로터리킬른, 유동층 ) 로세분화된다. 이에각시설 (21 개시설 ) 을대상으로 R1( 전기에너지 2.6, 열에너지 1.1 가중치적용 ) 및 K1( 가중치제외 ) 을산출하였다. 34

40 Ⅳ. 연구결과및고찰 (1) 생산량기준대상시설의에너지생산량을중심으로 R1 평균 46.6%(15.1~78.1%),K1 평균 44.6% (15.7~75.1%) 의에너지회수율을나타내었다. 폐열보일러일체형만을고려하였을시 R1 평균 64.0%(41.8~78.1%),K1 평균 61.2% (52.8 ~75.1%) 의에너지회수율을나타내었으며분리형의경우 R1 평균 33.6%(15.1 ~53.9%),K1 평균 32.1%(15.7~ 49.7%) 로분석되었다. 세부내용은 <Table 20> 과같이정리하였다. <Table 20> Energy recovery efficiency result of the industrial waste incinerator (production standards) 구분 시설명 소각로 R1(%) K1(%) 1 범우 3호기 스토커 영흥 2호기 스토커 진주산업 스토커 동원제지 스토커 일체형 5 국인 1호기스토커 + 로터리킬른 동양환경스토커 + 로터리킬른 범우 2호기 스토커 + 로터리킬른 엔아이티 1호기 스토커 + 로터리킬른 보워터코리아 유동층 일체형 AVERAGE 다나에너지 스토커 영흥 1호기 스토커 KC 한미 2호기 스토커 KGETS2 호기 스토커 비노텍 1호기 스토커 비노텍 2호기 스토커 분리형 16 국인산업 2호기 스토커 KC 에코 스토커 + 로터리킬른 엔아이티 2호기 스토커 + 로터리킬른 KGETS3 호기 스토커 + 로터리킬른 대한제지 유동층 한솔제지 유동층 분리형 AVERAGE 생산량 TOTALAVERAGE

41 Ⅳ. 연구결과및고찰 (2) 사용량중심사용량중심으로에너지회수율적용결과 R1 평균 42.1% (14.1~78.1%), K1 평균 40.7%(14.8~75.1%) 의에너지회수율을나타내었다. 일체형소각로만을고려하였을시 R1 평균 59.5% (32.3~78.1%),K1 평균 57.2%(32.4 ~75.1%) 의에너지회수율을나타내었으며분리형의경우 R1 평균 29.1%(14.1 ~52.9%),K1 평균 28.3%(14.8~49.2%) 로분석되었다. 전체대상시설 (21 개소 ) 모두에너지를회수하여사용하는것으로분석되었으며, 총유효생산에너지는 R1 및 K1 의경우각각 46.6%,44.6% 인반면유효사용에너지는 42.1%, 40.7% 로서유효생산에너지에비하여유효사용에너지는많지않은것으로분석되었다. 특히, 폐열보일러설치형태에따른일체형소각시설의에너지생산량 (R1 64.0,K161.2) 및사용량 (R142.1,K140.7) 이분리형소각시설의에너지생산량 (R133.6,K132.1) 및사용량 (R129.1,K128.3) 보다높은이유는일체형의경우에너지회수를위한목적으로설계된시설이대부분인반면에분리형의경우는회수보다는폐기물처리의목적으로설계된시설이대부분인것으로서운영목적에따른차이점으로판단된다. 이와같이시설별특성 ( 투입폐기물성상, 소각로형태등 ) 및운영목적 ( 폐기물처리시설, 에너지회수시설 ) 에따른유효생산에너지및유효사용에너지의차이가큰것으로분석되었으며, 에너지회수시설로서의유인책으로서국가보조금지원및인센티브적용등의제도적방안이강구되어야할것으로판단된다. 또한, 각시설별특성을고려하여합리적이고정확한인자도출을위하여추가적인연구가필요할것으로판단된다. 이에국립환경과학원에서는 2015 년도에사업장폐기물소각시설과같은민간시설만을대상으로에너지회수산정인자도출및측정방법, 에너지회수능력향상기술등에관한연구를진행할예정이다. 36

42 Ⅳ. 연구결과및고찰 <Table 21> Energy recovery efficiency result of the industrial waste incinerator (usage standards) 구분 시설명 소각로 R1(%) K1(%) 1 범우3호기 스토커 영흥2호기 스토커 진주 스토커 동원제지 스토커 일체형 5 국인1호기스토커 + 로터리킬른 동양환경스토커 + 로터리킬른 범우2호기 스토커 + 로터리킬른 엔아이티1 호기 스토커 + 로터리킬른 보워터코리아 유동층 일체형 AVERAGE 다나에너지 스토커 영흥1호기 스토커 KC 한미2호기 스토커 KGETS2 호기 스토커 비노텍1 호기 스토커 비노텍2 호기 스토커 분리형 16 국인산업 2호기 스토커 KC 에코 스토커 + 로터리킬른 엔아이티2 호기 스토커 + 로터리킬른 KGETS3 호기 스토커 + 로터리킬른 대한제지 유동층 한솔제지 유동층 분리형 AVERAGE 사용량 TOTALAVERAGE 에너지회수율적용방안가. 저위발열량산정시필요인자 (1) 열정산을위한연소관리자료보관에너지의회수효율적용대상사업장 ( 제지시설등 ) 및사업장폐기물소각시설등은열정산에의한저위발열량을산정하기때문에연소관리자료의수집이필요가있다. 연소관리자료중입열자료는폐기물의투입열량, 폐기물의현열, 연료투입열량, 연소용공기입열량이필요하고, 출열자료는방열및바닥재손실열량, 배가스출열량, 보일러흡수열량의자료를관리하여제출되어야한다. 37

43 Ⅳ. 연구결과및고찰 연소관리데이터로부터폐기물투입에너지량을추정하는경우다음의산정식을기본으로서산정하고, 산정에이용하는비열이나온도, 계수등은그근거를나타내는것과동시에폐기물투입량, 연료투입량, 연소용공기입열량, 연소가스유량, 보일러발생증기량의실측데이터를첨부한다. 연료관리데이터의작성방법에대하여다시설명하면다음과같다. ( 가 ) 폐기물의량 - 소각량은마니페스트데이터, 트럭스케일에서의계량치, 크레인투입량 또는이들의조합으로한것으로한다. ( 나 ) 폐기물의현열 - 폐기물현열 ( 반입열량 )= 폐기물투입량 ( 실측치 ) 비열 ( 고정치 ) 온도 ( 고정치 ) ( 다 ) 연료투입열량 - 연료투입열량 = 연료사용량 ( 실측치 ) 저위발열량 ( 종별, 고정치 ) ( 라 ) 연소용공기입열량 - 연소용공기반입열량 = 연소공기량 ( 실측치 ) 비열 ( 고정치 ) 온도 ( 실측치 ) ( 마 ) 방열손실열량 - 방열손실열량 = 소각로표면적 ( 실측치 ) 온도 ( 실측치 ) ( 바 ) 바닥재손실열량 - 바닥재현열손실 = 소각재의량 ( 건조상태 ) 비열 ( 고정치 ) 온도 ( 고정치 ) - 바닥재미연분손실 ( 사 ) 배가스유출열량 - 연소배가스유출열량 = 연소배가스유량 ( 실측치 ) 비열 ( 설계치 ) 온도 ( 실측치 ) 38

44 Ⅳ. 연구결과및고찰 - 보일러후단의유량, 온도또는산소, 온도를연속측정하는시스템구축 하여기록지또는전자적방법에의해기록하는것으로한다. 기존 TMS 시스템에부착하여연동하는경우는제외할수있다. ( 아 ) 보일러흡수열량 -보일러흡수열량 = 보일러발생증기유량 ( 실측치 ) 엔타르피 ( 압력 온도조건에의한고정치 ) 저위발열량산정식 1 = (2+3+4) <Figure 11> Heat balance of combustion management 나. 에너지회수효율산정시필요인자 (1) 폐기물의총열량폐기물의총열량은인정받고자하는 1년간의폐기물을대상하여연간폐기물처리량에연간저위발열량을곱하여산정한다. 폐기물및연료투입에너지량은처리량또는이용량에각폐기물또는연료의저위발열량 ( 건기준의경우는수분량으로보정한값 ) 을곱해산출한다. 생활폐기물처리시설에서는저위발열량산출공식에따라산출하는것을원측으로한다. 다만, 투입폐기물및시설등의특성등이인정될경우연 4회이상의제시자료를이용하여대상시설을분리산출할수있다. 39

45 Ⅳ. 연구결과및고찰 사업장폐기물처리시설은열수지를이용한열정산방식에따라산출을원칙으로한다. 다만, 대상시설에서매월분석한자료를검토하여타당하다면제시자료로산출할수있다. 소각량은마니페스트데이터, 트럭스케일에서의계량치, 크레인투입량또는이들의조합으로한것으로한다. (2) 투입된에너지총열량폐기물소각시설의가동에소요된에너지의총열량은아래의식과같이에너지의투입량에해당되는저위발열량을곱해산출하는것으로한다. 또한, 연료는화석연료 ( 등유, 중유, 가스, 코크스등 ) 및전기등으로한다. 투입되는에너지는소각로가동 ( 폐기물투입시설, 연소용가온,F.D. 팬등 ) 및방지시설운영 (I.D. 팬,SCR 재가열등 ) 을포함하여연간전산이가능한계측을부착하여야한다. 연료의총열량 (Mcal)=Σ ( 연료 i의투입량 [l,kg] 연료 i의저위발열량 [kcal/l,kg]) 1000 에너지투입량은종류마다계측관리한실적값을기입한다. 또한, 에너지의저위발열량은구입처로부터제공되거나자가측정한계량증명서에근거해기입한다. 일반적인연료의저위발열량은 <Table22> 와같다. <Table 22> low calorific value of various fuels 구분 환산기준단위발열량 등유 kcal /l 8,700 경유 kcal /l 9,200 방카 A 유 kcal /l 9,400 방카 B유 kcal /l 9,700 방카 C 유 kcal /l 9,900 도시가스 kcal /N m3 11,000 코크스 kcal / kg 6,500 전기 kcal / kwh 2,500 비고 1. 이기준은에너지이용합리화법제 8 조 제 11 조 제 25 조의규정에의한에너지사용계획의협의, 사업주관자외의자의신고및에너지관리대상자지정을위한기준임. 2. 최종에너지사용기준으로전력량을환산하는경우에는 1 kwh = 860 kcal를적용함. 40

46 Ⅳ. 연구결과및고찰 (3) 순환이용되는총열량순환이용되는총열량은발전에의한전기를포함한에너지가운데, 해당열회수시설의소각로또는보일러에순환해이용되고있는것 ( 소각로가동에소요된전기, 연소용공기예열기, 스토부로와, 보일러급수가열기, 탈기기, 이젝터복수기등 ) 으로한다. (4) 열회수에의해얻은열량및열을전기로변환하는경우에있어서의해당전기의 양을파악하기위한장치가설치할것 ( 가 ) 발전이외의열이용량을파악하기위해서필요한장치열회수에의해얻은열량을파악하기위한장치는증기, 온수, 공기등의온도, 압력, 유량등을측정하는기기또는직접적또는간접적으로열량을측정하는기기를이용하는것으로 1)~3) 의방법에의해파악하는것으로기록지또는전자적방법에의해기록하는것으로한다.<Figure14> 는열이용량의측정장치설치장소에대한모식도를나타내었다. 1) 열량이용측정기기 (C) 를이용하는방법 2) 열이용기기 (D) 에입열량 (A) 을측정하고기기의열회수효율을곱하여이용열량을추정하는방법 -입열량계측 (A) 만을이용하는경우에는입열량에열이용기기 (D) 의열회수효율 ( 설계치혹은실적값 ) 을곱하여이용열량을추정한다. 3) 열이용기기 (D) 에의입열량 (A) 과출열량 (B) 을측정하여차이를이용열량으로하는방법 -시설외에의열공급인경우는입열량 (A) 과출열량 (B) 의쌍방의측정기기를이용해그차이에의해외부에의열공급량을파악한다. ( 나 ) 발전량파악하기위한장치 41

47 Ⅳ. 연구결과및고찰 발전량은전력량계에의해상시측정하여, 출력지또는전자적방법에의 해기록하는것으로한다. <Figure 12> Installation place of using heat quantity measuring device (5) 열회수에의해얻은열량및전기로변환한전기량을파악하기위해서필요한장치위치열량및전력량을계측하는장치의위치는아래표와같이, 열회수방법별로열이용대상, 계측기기, 기록방법, 계측기기의위치를기재하고열회수계장설비플로우로도시한다. 열회수에관한처리공정도로서보일러, 발전기를설치하고, 증기를이용하는열을이용하는처리공정및계장기기에관한상황을알수있는도면을첨부한다. 열량및전력량측정에필요한장치에대한세부내용은 <Table23> 와같이정리하였으며 <Table24> 을참고하여계측기의종류와측정방식, 기록방법등을기재한다. <Table 23> Heat and energy measuring equipment 열회수방법열이용대상계측기기기록방법계측기기의위치 보일러및발전기 발전 기계식전력량계 자동기록, 적산, 지시 발전기기측 보일러및열교환기 주민편의시설의급탕 온도계 ( 열전식 ), 유량계 ( 차압식 ) 자동기록, 적산, 지시 열교환기기측 42

48 Ⅳ. 연구결과및고찰 <Table 24> Instrument type and measurement, recording methods 종류측정방식기록방법 전력량계 기계식전력량계 ( 유도형전력량계 ), 전자식전력량계 기록, 적산, 지시등에대해자동기록또는지시만의구분을명시하는것 온도계저항식, 열전식, 액체압력식, 증기압력식, 방사식등상동 유량계 압력계 차압식, 면적식, 용적식, 날개차식, 전자식, 초음파식, 소용돌이식, 동압식 ( 피토관 ), 적식, 열선유속계등 탄성체방식 ( 부르동관형, 멘브렌형, 빌로우즈형, 다이아프램형 ), 액주방식 (U 자관형, 단관형, 경사관형 ) 상동 상동 5. 에너지회수산정방법및기준적용을위한제도개선방안가. 국내폐기물에너지회수관련제도개선방안 (1) 관련법규의제도개선방안우리나라의소각여열에너지화와관련된국내규정으로는폐기물관리법시행규칙제3조에서 에너지회수규정 을제시하고있으며, 자원의절약과재활용촉진에관한법률 제2조에서폐기물을통하여회수할수있는에너지및폐열을재활용가능한자원으로규정하고있다. 현재에너지회수기준을적용받는시설 ( 제지회사등 ) 뿐만아니라폐기물소각시설까지에너지회수시설로서기준적용및에너지사용 보급을확대하기위해서는기존폐기물관리법에서규정하고있는폐기물처분시설과재활용시설에대한개선이필요하다. 폐기물관리법에서는재활용시설을크게기계적, 화학적, 생물학적, 화학적재활용시설등으로나누고있으며,<Table25> 에분류하여나타내었다. 소각열을이용한재활용시설은 재활용능력이시간당 200kg 이상인시설로서에너지를회수하기위하여설치하는시설만해당된다 라고제시하고있다. 폐기물소각시설의주목적은폐기물의안정적처리이며, 에너지회수는 43

49 Ⅳ. 연구결과및고찰 처리와함께동반되는공정이므로법으로회수목적으로만해당되는사항또 한재활용시설과더불어개정을함으로서에너지회수시설로서확대시킬필요 가있다. <Table 25> Recycling facilities revision(draft) of waste control act 현행개정안 3. 재활용시설 가. 기계적재활용시설 1)~10) 생략 나. 화학적재활용시설 1)~3) 생략 3. 재활용시설 가. 열적재활용시설 1) 열분해 ( 탄화및오일화시설을포함한다 ) 2) 가스화시설 3) 시멘트소성로 4) 용해로 ( 폐기물에서비철금속을추출하는경우로한정한다 ) 5) 소각로열회수시설 ( 시간당재활용능력이 200 킬로그램이상인시설로서법제 13 조의 2 제 1 하제 5 호에따라에너지를회수하기위하여설치하는시설이해당한다 ) 6) 고형연료제품사용시설 나. 물리적재활용시설 1)~10) 생략 다. 생물학적재활용시설 1) 사료화 퇴비화 ( 지렁이분변토생산시설및생석회처리시설을포함한다 ) 소멸화 부숙토생산시설 (1 일재활용능력 100 킬로그램이상인시설로한정하며, 건조에의한사료화 퇴비화시설을포함한다 ) 2) 호기성 혐기성분해시설 3) 버섯재배시설 다. 화학적재활용시설 1)~3) 생략 라. 생물학적재활용시설 1) 사료화 퇴비화 ( 지렁이분변토생산시설및생석회처리시설을포함한다 ) 소멸화 부숙토생산시설 (1 일재활용능력 100 킬로그램이상인시설로한정하며, 건조에의한사료화 퇴비화시설을포함한다 ) 2) 호기성 혐기성분해시설 3) 버섯재배시설 44

50 Ⅳ. 연구결과및고찰 또한우리나라의경우폐기물관리법과전기 전자제품및자동차의자원순환에관한법률에서제시하고있는에너지회수기준은 75%,60% 로제시하고있다. 그러나계산방식은회수에너지를투입에너지총량으로나눈비율을적용하고있다. 계산방법과기준을본연구에서제시하는방법인유효사용에너지량으로계산된비율로개정될필요가있다. 아래 <Table26>,<Table27> 는현재폐기물관리법과전기 전자제품및자동차의자원순환에관한법률에서제시하고있는에너지회수기준과본연구의결과를통해개선하고자하는기준의개정 ( 안 ) 을나타내었다. <Table 26>Energy recovery standard revision(draft) of waste control act 현행개정안 1. 가연성고형폐기물로부터다음각목에맞게에너지를회수하는활동 1. 가연성고형폐기물로부터다음각목에맞게에너지를회수하는활동 가. 다른물질과혼합하지아니하고해당폐기물의저위발열량이킬로그램당 3 천킬로칼로리이상일것나. 에너지의회수효율 ( 회수에너지총량을투입에너지총량으로나눈비율을말한다 ) 이 75 퍼센트이상일것다. 회수열을모두열원 ( 熱願 ) 으로스스로이용하거나다른사람에게공급할것라. 환경부장관이정하여고시하는경우에는폐기물의 30 퍼센트이상을원료나재료로재활용하고그나머지중에서에너지의회수에이용할것 가. 열및전기에너지를회수하는활동 1) 에너지의유효사용효율 ( 유효사용에너지총량을투입에너지총량으로나눈비율을말한다 ) 은신규시설 65 퍼센트이상, 기존시설 60 퍼센트이상일것 2) 소각시설허가일을기준 (2017 년 1 월 1 일 ) 으로신규시설은 2017 년 1 월 1 일이후, 기존시설은 2017 년 1 월 1 일이전인시설로 2018 년 6 월 30 일까지에너지의유효사용효율을제출할것라. 환경부장관이정하여고시하는경우에는폐기물의 30 퍼센트이상을원료나재료로재활용하고그나머지중에서에너지의회수에이용할것 45

51 Ⅳ. 연구결과및고찰 <Table 27> Revision(draft) of act on the resource circulation of electrical and electronic equipment 현행개정안 전기 전자제품및자동차의자원순환에관한법률 ( 이하 법 이라한다 ) 제 2 조제 7 호에서 환경부령으로정하는정하는기준 이란다음각호와같다. 전기 전자제품및자동차의자원순환에관한법률 ( 이하 법 이라한다 ) 제 2 조제 7 호에서 환경부령으로정하는정하는기준 이란다음각호와같다. 1. 에너지회수효율 ( 회수에너지총량을투입에너지총량으로나눈비율을말한다 ) 이 60 퍼센트이상일것 2. 회수열을모두열원으로스스로이용하거나다른사람에게공급할것 1. 에너지의유효사용률 ( 유효사용에너지총량을투입에너지총량으로나눈비율을말한다 ) 이 60 퍼센트이상일것 2. 회수열을모두열원으로스스로이용하거나다른사람에게공급할것 46

52 Ⅳ. 결론 Ⅳ. 결론 1. 국내실정에적합한생활폐기물소각시설의저위발열량산정식은 이다. 에너지회수기준적용시설및사업장폐기물소각시설의저위발열량은반입폐기물의특성이다양성을고려하여시설의특성을고려하여열정산법으로산정하는것이타당하다. 2. 유효사용에너지산정은연간유효사용에너지총량을연간투입에너지총량으로나눈것으로산정한다. 에너지원으로열과전기를대상으로하고에너지유효성을고려하여전기 2.6, 열 1.1 의보정계수 ( 가중치 ) 를반영하여계산한다. 3. 생활폐기물소각시설의유효생산에너지의경우평균 88.9%(74.2~96.0) 로높은에너지회수율을보였으나유효사용에너지의경우평균 39.7%(0.0~ 74.5) 로약 49.2% 가량사용하지못하는것으로나타났다. 이는, 생산된에너지를적극활용하지못하고소내사용등에그치고있기때문인것으로판단된다. 4. 에너지회수기준적용시설유효생산에너지의경우평균 65.8%(40.1~ 91.0) 로나타났으며유효사용에너지는 63.5%(39.1~87.4) 로서대부분의생산된에너지를사용하고있는것으로분석되었다. 반면, 사업장폐기물소각시설의경우유효생산에너지및유효사용에너지는각각평균 46.6%(15.1~ 78.1),42.1%(14.1~ 78.1) 로낮은에너지회수율을나타내었다. 5. 에너지유효사용효율기준은신규및기존시설로구분하며소각시설허 가일을기준 ( ) 으로신규시설 ( 이후 ) 은 65% 이상, 기존 시설 ( 이전 ) 은 60% 이상으로규정한다. 47

53 Ⅳ. 결론 6. 국내소각열에너지회수정책을회수중심에서사용중심으로변화하기위해서는증기에너지의경우수요처를확보할수있는방안이필요하고기존및신규시설의경우저에너지사용과에너지회수능력향상을위한기술연구가필요하다. 48

54 참고문헌 참고문헌 1. 첨단환경기술, 오세천, 박래, 폐기물소각시설의에너지회수현황, 녹색기술동향보고서, 박상우, 도시폐기물에너지화를위한소각기술동향, European Commission, Guidelines on the interpretation of the R1 energy efficiency firmula for incineration facilities dedicated to the processin of municipal solid waste according to ANNEX Ⅱ of Directive 2008/98/EC on waste, 저탄소자원순환연구소, 박상우, 폐기물에너지회수기준과효율산정방법비교 : 한국 일본 EU, 환경부, 에너지회수기준의검사방법및절차등에관한규정, 제 호, 산업통상자원부국가기술표준원, KS B 6205 : 육상용보일러의열정산방법, 국립환경과학원, 폐기물소각시설을이용한음식물폐수처리연구, B.G.Kyle, Chemical and Process Thermodynamics. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1984, Used with permission : 쉽게배우는열전달 ( 인터비전, Introduction to Thermodynamics & Heat transfer) 9. 환경부, 생활폐기물소각시설비교검토연구, 한국소각기술협의회, 생활폐기물소각로에대한현황조사및 database화조사연구, Dieter O. Reimann, ientific and Technical Advisor to CEWEP, Results of Specific Data for Energy, Efficiency Rates and Ciefficients, Plant Efficiency factors and NCV of 97 European W-t-E Plants and Determination of the Main Energy Results,

55 부록 부 록 < 부록 1> 본참고자료는 Guidelineson theinterpretation ofther1 energy eficiencyfirmulaforincinerationfacilitiesdedicatedtotheprocessin of municipal solid waste according to ANNEX Ⅱ of Directive 2008/98/EC onwaste 을참고하여전문을한글로번역한자료이다. < 부록 2> 본참고자료는유럽 IPPC 지침에근거하여작성된 ReferenceDocument on the Best Available Techniques for Waste Incineration( , EuropeanCommision) 의내용중에너지효율계산을위한기본운영데이터체크리스트일부를발췌하여정리하였다. 50

56 부록 < 부록 1> 유럽연합집행위원회 환경총국 폐기물지침 2008/98/EC 1) 의부록 Ⅱ 에따른 도시고형폐기물처리전용소각시설에대한 R1 에너지효율공식해석에대한가이드라인 GUIDELINES ON THE INTERPRETATION OFTHER1ENERGY EFFICIENCY FORMULA FOR INCINERATION FACILITIESDEDICATED TO THEPROCESSING OF MUNICIPALSOLID WASTEACCORDING TO ANNEX Ⅱ OF DIRECTIVE 2008/98/EC ON WASTE 1) 폐기물지침 2008/98/EC 및특정지침폐기 OJ L 312,22,11, 2008, p

57 부록 서 문 2010 년 12 월 12 일이후모든회원국에의해적용되었던새로운 폐기물지침 은폐기물을자원으로여길수있도록했다. 폐기물지침 은회원국들이폐기물정책과법률에대한의사결정을위해우선순위로 5단계폐기물계층구조를확립하고있다. 폐기물발생억제가가장바람직하며, 재사용, 재활용및에너지회수를비롯한기타회수그리고최종매립처분하는것이다. 폐기물계층구조를적용했을때 EU 회원국들은제품과서비스의전체수명에대한전반적인최선의환경적결과물을가져다줄수있는이러한선택사항들을권장하여야한다. 폐기물을새로운제품으로재처리하여재활용하는것은폐기물이함유하고있는자원에대한가장효율적인사용이라고할수있다. 폐기물재활용이환경적으로선호되지않거나, 기술적으로실현불가능하거나또는경제적으로도실행가능하지않은경우에폐기물을에너지원으로사용되어야한다. 새로운 폐기물지침 은폐기물로부터에너지를생산하는것을추구한다. 폐기물지침 은 R1 공식 2) 으로산업및가정의에너지공급에기여하는도시고형폐기물소각시설에대한이점을제시했다. 이공식이제시하는에너지효율한계점을만족시키거나또는초과하는도시폐기물소각시설은폐기물계층구조에따라폐기물로부터에너지를회수하기위한시설로분류될수있다. 이가이드라인은 R1 공식을해석하고적용하는것을돕기위한것으로서참고자료로활용할수있다. 가이드라인은회원국, 산업및 NGO 의전문가들과함께개발되었으며집행위원회의견해를반영하고있으며법적구속력은없다.EU 법에대한구속력이있는해석은유럽연합의사법재판소의배타적인권한이다. 가이드라인은실질적인문서이며회원국의시행으로인한경험과더나아가유럽폐기물관리정책의발전에따라개정될수있다. 2) 부록 Ⅱ, 지침 2008/98/EC 의각주 (*) 52

58 부록 제 1 장서론 이가이드라인은폐기물지침 2008/98/EC( 폐기물기본지침 WFD) 의도시고형폐기물에대한에너지효율한계점적용에있어서법적명확성과공정한경쟁의장을제시하는데그목적을둔다. 새로운 WFD 는폐기물발생억제를가장최상위로하여이후재사용, 재활용, 에너지회수를포함하는기타회수및최종매립처분까지의우선순위로구성된 5단계폐기물계층구조를제시했다. 폐기물기본지침은도시폐기물소각시설에서의효율적인에너지생산및폐기물사용을통하여고효율성의에너지발생에기여한다고가정하여회수작업으로분류하도록하고있다. WFD 의부록 Ⅱ에서제시하는회수작업의불완전목록은 R1 을 연료로사용되거나에너지를발생시키는다른수단 의회수작업으로정의한다. 이목록은에너지효율성이다음과동일하거나그이상인도시고형폐기물 (MSW) 처리전용소각시설을포함한다. o2009 년 01 월 01 일이전허가되어운영중인시설 0.60 o2008 년 12 월 31 일이후허가받은시설 0.65 에너지효율 R1 = E p -(E f +E i ) 0.97 (E w +E f ) 공식에서, E p : 열또는전기로생산되는연간에너지를의미한다. 전기의형태로생산되는경우에는 2.6, 열로생산되는경우에는 1.1(GJ/ 년 ) 을곱한에너지로계산 E f : 스팀생산에사용되는연료에서시스템으로연간에너지투입을의미 (GJ/ 년 ) E w : 폐기물의저위발열량을이용하여계산한처리된폐기물이함유하고있는연간에너지를의미 (GJ/ 년 ) E i :E w 및 E f 를제외하고투입된연간에너지를의미 (GJ/ 년 ) 0.97: 바닥재와복사로인한에너지손실계수 53

59 부록 1.1 에너지효율성공식의범위 공식의범위를 도시고형폐기물처리전용소각시설 (MSWI) 로정의한다. 도시고형폐기물처리전용소각시설은허가를받고혼합도시고형폐기물을소각할수있도록기술적으로설계된소각시설이다. R1 공식은위험폐기물, 병원폐기물, 하수슬러지또는산업폐기물소각전용공동소각플랜트에는적용하지않는다. 소각시설은 IPPC 제5.2 조 시간당 3톤을초과하는용량의도시폐기물 ( 가정폐기물및유사한상업, 산업및기관폐기물 ) 전용소각시설 ( 용량제한은 R1 공식에서는적용할수없다는것 ) 에따른다. 단, 아래의경우변경될수있다. 5.2 폐기물소각플랜트혹은폐기물공동소각플랜트에서의다음의폐기물처리혹은회수 : (a) 시간당 3톤을초과하는용량의비위험폐기물 (b) 하루 10 톤을초과하는용량의위험폐기물 IED 의맥락에서도시폐기물전용소각시설은다음과같은제5.2 조의하위항목에따라야한다.:(1) 도시고형폐기물전용소각의경우만 R1 에너지효율한계점의범위에해당한다.(2)R1- 공식은공동소각시설에적용하지않는다. 도시폐기물은위원회판결문 2000/532/EC 의 20 장에따라분류된다. 대개 MSWI 는 혼합도시폐기물 소각이허용된소각시설이다. 혼합도시폐기물은 WID 제3(3) 조에서가정을비롯하여재활용가능한폐기물을별도로수집한부분을제외하고는그특성과구성물로인해가정폐기물과유사한상업, 산업및기관폐기물로정의되고있다. 덧붙여, 기타폐기물스트림은 IPPC 제5.2 조에대한허가증혹은 WID 에따른허가증에등재되어있다면 MSWI 에의해수용될수있다. 혼합도시고형폐기물을제외한모든폐기물투입에대한권한은폐기물소각에관한 54

60 부록 BREF 및폐기물계층구조 (WFD 제4조 ) 와맥락을같이하여야한다. 실제로 MSWI 의폐기물투입은호퍼로주입되기전혼합된서로다른혼합및이질성폐기물로이루어진다. R1 공식의산출은실제로소각되는폐기물구성물에대하여행해지며도시폐기물혹은혼합도시폐기물로분류되는폐기물일부에대해서도행해진다. 소각플랜트가두가지별개의라인을가지고있는경우 MSW 라인만이공식에따른 R1 등급에적용될수있다. 1.2 에너지자립도및근접성, 폐기물계층구조의원리 R1 공식의도입과아울러에너지자립도및근접성의원리는폐기물처분시설에서다른생산자로부터수집된폐기물을비롯하여개인가정에서수집된혼합도시폐기물의회수로확장되어왔다. WFD 제4(2) 조에따르면회원국은전반적인환경적결과물을가져오는이러한폐기물관리선택사항을권장하여야한다. 재활용이바람직한선택사항인폐기물스트림에대하여는분별수집계획의도입과같은적절한조치및재활용, 재활용대상을시행하고폐기물관리계획상에서폐기물소각시설에대한설비과잉을피하는것을지지하는기타조치를포함해야한다. 특정폐기물스트림의재활용에대한국가법률은또다른선택사항이될수있다. 위험폐기물은일반적으로 R1 공식의범위안에있지않은위험폐기물처리전용소각시설에서가장적절한방식으로처리된다. 에너지자립도및근접성의원칙 (WFD 제16(1) 조 ) 은회수로분류되는소각시설용으로개인가정에서나오는혼합도시폐기물에적용된다. 다른생산자로부터나오는유사한폐기물은가정에서나오는혼합도시폐기물과함께수집되었을때포함이된다. 폐기물계층구조원칙 (WFD 제4조 ) 는폐기물예방을가장바람직한해결책으로하여재사용, 재활용, 기타회수 ( 에너지회수포함 ) 및최후보루로써폐기물처분에이르는 5단계우선순위를설정한다.WFD 제4조 (2) 에의하면회원국은전과정적평가를고려한최선의전반적인환경적인결과를가져오는이러한폐기물관리선택사항을권장하여야한다. 55