2012/08.7
영국, 세계 최대의 폐기물 가스화 설비를 개발
석탄을 비롯하여 폐기물, 바이오매스 등 다양한 고체 탄화수소 물질들의 에너지 전환에 이용될 수 있는 기술로서 가스화 기술이 높은 관심을 받고 있다. 특히 대용량 설비 개발이 가능하기 때문에 폐기물 분야에서의 가스화 기술 이용은 보다 빠르게 진행되고 있다.
최근 에어 프로덕트(Air Products)사는 폐기물로부터 에너지를 생산하는 차세대 가스화 기술을 이용하여 세계에서 가장 큰 재생 에너지 플랜트를 영국에 건설하고 운전할 것이다. 영국 빌링햄(Billingham) 근처에 있는 뉴에너지 기술 비즈니스 파크(New Energy and Technology Business Park)에 위치한 티즈 밸리(Tees Valley) 플랜트는 영국에서 최초로 개발되는 폐기물 가스화기이자 50메가와트의 용량을 가지는 세계 최대의 폐기물 가스화 설비가 될 것이다.
이 플랜트는 최대 50,000가구가 충분히 사용할 수 있는 전력을 생산할 것으로 예상되며, 지역 전력 분산망과 전국적인 국가 전력망에 쉽게 접근하고 연결할 수 있는 지역들에 설치된다. 더불어 매립지의 처리 시설들에서도 쉽게 접근할 수 있다.
폐기물 가스화기는 매년 매립지에서 재사용되지 못하는 최대 350,000톤의 폐기물을 처리할 것이다. 이는 영국의 폐기물 분산 처리 목표들을 만족시키도록 도와줄 것이다.
이 플랜트는 알터앤알지(AlterNRG)사가 제공한 웨스팅하우스 차세대 가스화 기술을 사용할 것이다. 이 기술은 열, 수소, 화학 물질들, 연료들을 포함하여 매우 폭넓은 범위의 유용한 제품들을 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 장기적으로 재생 수소(Renewable hydrogen)의 잠재적인 생산은 연료 수송과 같은 상업적 이용에 적용될 수 있다.
에어 프로덕트사의 최고책임자이자 사장인 존 맥글레이드(John McGlade)는 차세대 가스화 폐기물 에너지 전환 기술에 대한 에어 프로덕트사의 투자는 회사의 현장 사업 모델의 자연적인 확장이라고 말했다. 혁신적인 성장 기회를 제공함으로써 폐기물 가스화 분야는 에어 프로덕트사가 전세계 에너지 시장에서 선도적인 위치를 연장하도록 도와줄 것이며 지속 가능성에 대한 에어 프로덕트사의 노력을 지속하도록 해준다고 덧붙여 말했다.
에어 프로덕트사는 필요한 환경 및 계획 승인들을 확보하였다. 재생 에너지 시설은 2014년에 상업적 운전에 들어가도록 계획되어 있다. 플랜트 부지를 준비하기 위한 작업은 이미 시작되었다. 상업적 규모의 플랜트 건설은 수주 안에 시작될 것이다.
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Air Products to build, own and operate world’s largest advanced gasification energy-from-waste facility
7 August 2012
Air Products will build and operate the world’s largest renewable energy plant in the UK using advanced gasification energy-from-waste (EfW) technology. The Tees Valley plant, located at the New Energy and Technology Business Park, near Billingham, Teesside, will be the first of its kind in the UK, and the largest of its kind anywhere in the world with an approximate capacity of 50MW.
The plant is expected to produce enough electricity to power up to 50,000 homes. Situated in a location with good access and connectivity to the local and national electrical distribution infrastructure and in close proximity to landfill disposal facilities, it will divert up to 350,000 metric tons of non-recyclable waste from the landfill per year, helping to meet the UK’s waste diversion targets.
The plant will use Westinghouse advanced gasification technology provided by AlterNRG. The technology has the potential to generate a wider range of useful products, including heat, hydrogen, chemicals and fuels. Longer term, the potential generation of renewable hydrogen could be deployed for commercial use, such as fueling public transport.
Our investment in advanced gasification EfW technology is a natural extension of our onsite business model. Offering an innovative growth opportunity, it allows us to further extend our leading position in the global energy market and continue to deliver on Air Products’ commitment to sustainability.
—John McGlade, chairman, president and CEO of Air Products
Air Products has secured the necessary environmental and planning approvals and the renewable energy facility is scheduled to enter commercial operation in 2014. Work has already begun to prepare the site. Full-scale construction
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쓰레기가 에너지가 된다?! 新개념 에너지 생산 ‘폐기물 가스화 용융 시스템’ - 고등기술연구원 플랜트 엔지니어링센터
폐기물 분야 전문위원회가 발표한 ‘폐기물 에너지 국내시장 전망’에 따르면 국내 폐기물 가스화 분야는 2030년까지 연간 8254억 원의 매출액과 1660억 원의 수출실적을 기록할 것으로 전망되고 있다. 아울러 폐기물 가스화 분야는 산업 폐기물을 대상으로 많은 업체에서 관심을 보이고 있는 상용플랜트 시장의 도입기로 앞으로 생활 폐기물로의 접목도 가능해지면 그 규모는 더욱 증가할 것으로 예상된다. 따라서 앞으로 폐기물 가스화 시장을 촉진하기 위한 제원 마련이 절실하게 요구되고 있는 상황이다.
지난 2000년부터 본격적인 연구가 시작된 폐기물 가스화 분야는 현재 가스화 용융로, 합성가스 정제 및 이용 기술에 대한 Pilot 규모의 연구가 주로 진행되고 있다.
<글.김혜림 기자 hrkim@ianews.com>
<폐기물 가스화 용융 시스템 주요 설비>
폐기물 압축기
투입되는 폐기물의 부피를 1/5~1/8 정도로 압축한다.
- 폐기물 내부의 수분을 균일하게 분포시킨다.
- 폐기물 내의 공기를 제거하여 후단 연계 공정인 열분해 공정에서의 열분해 시간 단축
- 폐기물을 가스화 용융로로 공급
탈가스화 장치
압축된 폐기물을 고온의 가스화 용융로 본체로부터의 복사 열전달에 의해 열분해한다.
- 가스화 용융로에서의 운전 안정성을 도모하기 위해 압축된 폐기물을 열분해 가스와 탄화물로 분리하여 탄화물만을 가스화 용융로 하부로 공급하여 가스화 용융로 하부의 가스화 반응 및 운전 안정성을 도모한다.
가스화 용융로
열분해된 탄화물 내의 탄소, 수소 성분은 가스상의 CO, H2로 전환하면서 무기물은 용융 처리한다.
- 다양한 성상을 갖는 국내 폐기물에 적합한 고정층 가스화 용융 방식을 채택하여 일정량의 탄화물을 가스화 용융로 하부에 적층한 상태로 운전함으로써, 폐기물의 성상 변동에 대해 연료가스의 성상 변화를 최소화한다.
- 가스화 용융로 하부에서는 가스화 및 용융이 진행되며,상부에서는 열분해로에서 배출된 열분해 가스와 가스화 용융로 하부로부터 배출되는 연료가스를 1200℃ 이상으로 유지시키며, 고분자 유기물을 CO, H2로 전환시키는 개질 반응이 진행된다.
- 가스화 용융로 하부에 발생된 슬랙의 성상을 균일하게 하면서 연속적인 슬랙 배출이 가능하도록 하기 위한 균질화로가 설치되어 있다.
폐열 보일러
가스화 용융로에서 배출되는 합성가스가 보유하고 있는 현열을 회수하기 위한 폐열회수용 보일러
- 복사열 보일러 형식으로 스팀압력 7kg/cm2G, 스팀온도 169.9 ℃
- 폐열회수보일러의 합성가스 설계온도는 입구온도 1200℃, 출구온도 250
슬랙 배출 장치
용융 슬랙은 슬랙 배출구를 통해 수냉 파쇄 된 후 2개의 호퍼로 구성된 배출 장치에 의해 주기적으로 외부로 배출한다.
합성가스 급속냉각 및 정제장치
폐열보일러에서 250℃ 정도로 배출된 합성가스는 수분사에 의한 75℃ 이하로 급냉, 집진, NaOH 수용액 분사에 의한 탈염, 철킬레이트 수용액 분사에 의한 탈황으로 구성되며, 가스엔진의 연료로 사용 가능한 수준인 수 ppm 수준까지 정제한다.
- 폐열보일러 미 설치시 급속냉각장치에서는 1,200℃ 합성가스를 75℃ 이하로 급냉한다.
- 급속냉각세정장치 -> 집진세정장치 -> 중화세정장치 -> 탈황세정장치로 구성
- 냉각에 의해 합성가스내의 중금속을 냉각수에 포집
- 습식 세정 공정에 의한 분진 제거
- 중화세정장치에서 가성소다를 분사하여 합성가스 내의 HCl 제거
- 탈황세정장치에서 철킬레이트 수용액 분사하여 연료가스 내의 H2S 제거
- 미세분진흡착탑에서 활성탄에 의한 미세 분진 제거
합성가스 고도정제
폐기물 열분해 가스화에 의해 발생된 합성가스를 1차 정제(가스 엔진 연료로 사용 가능한 수준) 후, 연료전지의 연료로 사용하기 HCl, H2S, COS, 분진, 증금속 등의 연료가스 내 포함 물질들에 대해서 ppb 수준까지 정제한다.
합성가스 압축공급
정제된 합성가스를 가스 엔진 또는 연료전지의 연료로 사용하기 위한 압축 및 유량 제어
가스엔진 발전장치
폐기물 가스화에 의한 합성가스를 사용한 연료가스 전용 가스 엔진 발전
합성가스내 H2/CO 생산비 제어장치
- 합성가스내 CO를 수성전환 장치를 통하여 H2로 전환하고 유량제어를 통하여 필요한 합성가스 조성을 유지하도록 제어
연소용 굴뚝
- 초기 Start up시 합성가스의 연소용으로 사용
- 폐기물 가스화에 의한 합성가스의 가스엔진 발전 및 연료전지에서 사용하지 않을 경우에 합성가스 연소용으로 사용
폐기물 가스화 용융 시스템 제어
폐기물 열분해 가스화 용융 플랜트는 중앙제어실을 통해 제어되고 있는데 전체 설비의 안정된 운전 및 관리, 운전자료 수집 및 처리를 수행함은 물론 설비 이상 및 고장에 대한 판단을 중앙제어실에서 모니터링 할 수 있다. 제어시스템은 중앙 제어용 PLC(Programmable Logic Controller)와 소프트웨어로 구성되어 있으며, 무정전 시스템(UPS)을 사용하고 있으며, 중앙제어실에서 그래픽으로 운전화면과 실시간으로 수집되는 데이터를 확인할 수 있다.
특히 가스화 용융로에는 내부를 관측할 수 있는 CCTV를 가스화 용융로 하부와 슬랙 배출장치에 설치하여 내부 거동을 파악할 수 있도록 되어 있다.
폐기물 가스화 용융 설비의 장점
폐기물 내의 가연분은 고온의 환원성 분위기에서 합성가스(CO, H2 등)로 전환하여 생산된 합성가스를 고효율 발전, 연료가스, 고부가가치 화학원료로 전환하고(폐기물 가스화), 폐기물 내의 불연분은 슬래그로 유리화하여 배출하므로써 환경적으로 안정하고 무해하며 재활용이 가능하다.(폐기물 용융)
- 환경 보전 : 비산재가 발생되지 않는 Zero Emission 실현 가능한 환경시스템
- 에너지 이용 : 폐기물의 단순소각이 아닌 청정연료로의 전환을 통해 고부가가치 에너지원으로 활용이 가능하다.(고효율 발전: 가스엔진 발전, 연료전지 발전, 산업용 연료 및 원료 생산: DME, Methonol, Fischer Tropsch Fuel, Ammonia, SNG: Synthesis Natural Gas, H2(Hydrogen 등)
- 자원 재활용 : 폐기물 내의 가연성 물질은 청정 연료가스, 불연성 물질은 슬래그와 황 같은 원료 물질로 회수하여 전량 재활용
- 다이옥신 Zero화 : 1,200℃ 이상의 고온에서 다이옥신 완전분해 및 재생성반응 억제 및 급속 냉각에 의한 재합성 원천적 방지
- 굴뚝의 높이 : 가스화에 의해 생산된 합성가스는 연료가스이므로 일반 가스연료를 연소할 때 필요한 굴뚝 높이만으로 충분하다.
- 굴뚝의 최소화 : 합성가스를 연소하지 않고, 가스엔진 발전, 연료전지 발전, 수소생산 및 화학원료 전환공정으로 구성할 경우 비상용 합성가스 연소용 굴뚝만 필요하다.
산업 자동화 계측기기 전문지 "월간 유체제어" http://www.ianews.com