[환경기술] 폐기물소각시 다이옥신 제거 방안

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본문내용

저장하고 이를 사용하기 위하여 분사 tank에 채우는 작업이 어렵고 분사장치내 막힘 현장이 자주 일어나기 때문에 특별한 주의와 주기적인 maintenance가 필요하다.
3.3.3 Catalyzer (Selective Catalytic Reaction)을 사용한 다이옥신 제거
catalyzer 는 다이옥신을 직접 파쇄하는 기술이다. 사용되는 catalyzer 는 산화 티타늄이나 바나듐 계이며 산화질소 (NOx)를 낮추는 데에 사용되고 있는 기술이지만 다이옥신을 포함한 유기화합물을 제거하는데도 효과가 뛰어나다. 하지만 산화질소와 다이옥신을 동시에 제거하기 위해서는 catalyzer의 용량을 늘려야하기 때문에 투자비와 운영비에 대한 부담이 크다.
4. 다이옥신 제거 최적기술디자인과 경험상 문제점
4.1 다이옥신 제거 최적기술디자인
필자의 회사는 유럽폐연규제가 발표되기 전인 1997년부터 다이옥신 제거설비를 설치하고 있다. 현재까지 설치된 설비는 모두 24개로 대부분 0.1 ng TEQ/Nm3이하로 관리를 하고 있으며 다이옥신을 완벽하게 제거하게 위하여 전체 설비는 다음과 같이 구성되어 있다. 물론 다른 제조회사에서도 다른 형태의 자체 모텔이 개발되어 있겠으나 다이옥신의 발생을 낮추기 위하여 기본적으로 추구하는 기술 design 은 아래와 같다.
4.1.1 Pyrolytic combustion 1차 연소실
폐기물은 소각노에 투입된 이후 초기 10분에서 40분사이 유기물질 대부분의 연소가 이루어지며 이때 탄소를 다량 함유한 유기성 불완전 가스가(CO) 대량 발생한다. 사실 2차연소실은 이때를 기준하여 설계되지 않고 전체 연소기간 (약 2시간)의 평균 가스 발생량을 기준하기 때문에 초기에 발생되는 이 다량의 불완전연소가스는 2차연소실에서 완전처리가 어렵다. 처리되지 않은 연소가스내 organic carbon은 다이옥신을 재형성하는 원천이 된다.
Pyrolytic combustion System은 초기의 다량 발생하는 연소가스를 낮추기 위하여 폐기물이 연소실로 진입된 후 일정기간 산소 없이 열로만 폐기물을 분해 (Pyrolysis)를 한 후 폐기물의 성분과 연소실내의 Oxygen 양에 따라 자동으로 서서히 산소를 주입하여 폐기물을 연소 (Combustion)하는 방식이다. 이 방식을 적절히 사용할 시 연소가스 발생량을 60%까지 줄일 수가 있어 2차연소실의 효율을 극대화시킬 수가 있다.
4.1.2 고온 와류식 2차 연소실
일반적으로 2차 연소실은 2차 연소버너와 2차 연소공기 주입시설로 구성되어 있다. 여기도서도 마찬가지로 고온을 유지하면서 연소공기 주입을 적정하게 하여 과잉산소 주입을 방지하여만 다이옥신의 재형성을 줄일 수 있다. 이를 위하여 2차연소실 후단에 Oxygen 측정장치를 설치하고 실시간으로 측정하여 Oxygen 주입량을 자동으로 조절하도록 하여 2차 연소실내 적절한 Oxygen량인 6-9%을 유지하도록 한다.
한편 2차연소실의 기능을 완벽하게 하기 위해서는 적절한 Oxygen 량의 주입뿐만 아니라 주입 후 불완전연소가스와 반응을 촉진시키는 것이 무엇보다 중요하다. 이를 위해서 2차연소실의 전반부 연소실은 4개의 실린더형으로 구성하여 각 실린더형의 연소실 좌. 우측에서 강압의 Oxygen을 주입하여 연소가스가 강력한 와류현상 (VORTEX Effect) 을 일으키면서 불완전연소물과 반응하도록 설계되어있다. 이 방식은 Oxygen 사용량을 30% 절약할 수 있을 뿐만 아니라 CO의 발생량은 10mg/Nm3 이하로 낮출 수가 있다.
4.1.3 수관식 보일러
연소가스 냉각설비로서 보통 온수 또는 증기보일러가 많이 사용되고 있다. 이는 사용결과가 확실하고 발생된 에너지를 재활용 할 수 있기 때문이다. 보일러에는 두가지 종류가 있는데 가스가 관을 통과하면서 물과 접촉하여 냉각하는 방법 (연관식 보일러)과 물이 관을 통과하면서 가스와 접촉하여 냉각하는 방법 (수관식 보일러)이 있다. 연관식 보일러가 수관식 보다 가격은 2배 이상 저렴하지만 가스가 관속을 지나가면서 가스내에 아직도 소량 남아있는 유기성탄소 분진 (약 500 mg/Nm3)이 가스관에 접착하여 여기서 다이옥신이 재형성된다. 이를 방지하기 위해서는 매주 보일러 관을 철저히 청소하여야 한다. 또한 연관식 보일러는 수관식 보일러에 비하여 연소가스 냉각 (1100 도에서 200도) 속도가 느려 다이옥신 재형성 온도대인 250도-400도내 체류시간이 길어져 다이옥신을 재형성할 기회가 높다. 그러므로 다이옥신의 발생을 낮추려면 수관식 보일러를 사용하여야 한다.
4.1.4 다이옥신흡착설비
연소가스내에는 분진, 다이옥신뿐만 아니라 다량의 HCl, HF, SO2 등 산성 오염물들이 포함되어있다. 필자의 회사는 이들을 건식 다단계 방식으로 처리할 수 있도록 2중 반응 노를 사용하고 있다. 1차 반응 노는 Cyclone 형식으로 여기에 산성오염물들을 중화시키는 hydrated lime (CO3Ca)을 분사하여 연소가스와 수직방향으로 반응을 하여 굵은 알갱이는 하부로 배출하도록 하였다. 굴곡형 수평구조형태의 2차 반응 노에는 active carbon 또는 lignite coke를 배합한 hydrated lime (5-30%)을 분사하여 연소가스와 수평방향으로 반응시켜 다이옥신을 흡착하도록 설계되었다. 이러한 디자인은 반응시간을 늘리고 화학약품의 효율을 증대시켜 운전비용을 낮출 뿐만 아니라 폐연정제 효과를 높일 수 있다. 유럽에서는 NORIT (active carbon), CHEMVIRON (active carbon), RHEINBRAUN BRENNSTOFF GMBH (lignite coke) 제품이 다이옥신 흡착제로 주로 사용되고 있고 제품간의 질이나 가격은 거의 같은 수준이며 정제 효과가 모두 뛰어나다.
4.1.5 세라믹 필터
연소가스내 모든 반응제와 분진은 대기로 배출하기 전 마지막으로 걸러내야 한다. 보통 전기집진기나 백필터를 사용하는데 우리는 견고하며 고온 (최고 500도)에 견디는 세라믹 필터를 사용한다. 명칭은 세라믹 필터이지만 실지 재질은 calcium silicate 로 정확한 명칭은 \"내화

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