수열탄화를 통한 축분의 연료화 및 연소시 파울링 저감 특성

The fuel properties and agglomeration of livestock manure by hydrothermal carbonization

국내 발생 유기성 폐자원 중에서 많이 발생되는 유기성폐 자원은 축분과 폐목재, 농업부산물, 유기성슬러지이다. 이 중에서 폐목재와 농업부산물은 현재 가축 사료, 퇴비화 및 재활용 기술(Bio-SRF) 이 개발되어 많이 이용되고 있다. 그러나 축분과 같은 유기성 폐자원은 함수율이 높아 직접 연료화보다는 생물학적 처리를 통한 활용방안으로 퇴비화, 혐기성 소화 등이 가장 많이 사용하고 있다. 본연구에서는 바이오매스 중 축산분뇨를 적용하여, 수열반응을 적용하여 무기물의 변화를 확인하였다. 수열탄화 반응온도 180~300℃, 반응시간 60분에서 실시하였다. 수열반응를 통해 탄소함량이 증가하였으며, 고정탄소 함량도 높아졌다. 이러한 결과로 발열량의 증가를 얻었다. 축산분뇨는 일반적인 바이오매스에 비해 높은 염소 함량 및 인의 함량이며, 연소 반응기 내에 클링거를 형성하거나 후단에열교환기 등에 파울링을 형성하여 효율을 저감하는 효과를 나타낸다. Agglomeration test를 통해서수열탄화를한 축분연료 연소시 발생하는 파울링의 저감 효과를 분석하였다. XRF의 결과에서 나타낸것과 같이, K2O, Cl , SO3의 저감을 확인할 수 있으며, 앞서 설명한 것 과 같이 KCl, K2SO4 저감 효과에 의해 파울링의 저감 효과를 나타내었다고 판단된다. 이는 수열탄화의 아임계수의the dielectric constants (ε)의 변화를 통해 무기물의 K2O, Cl , SO3를 액상으로 녹여냄으로서Ash 중의 함량이 감소되었음을확인할 수 있다.