사업장폐기물 소각시설에서의 물질 흐름 및 폐기물 발열량 특성 분석

소각시설의 설계단계에서는 대상 폐기물의 종류별 특성 범위를 바탕으로 기준 발열량을 설정하고, 발생량 예측 조사 등을 통하여 처리계획량을 결정한다. 이로부터 공기량, 가스 발생량 및 온도 등 설계 범위를 설정하며, 그 가변범위에 대한 연소실, 보일러, 배출가스 처리설비의 용량을 결정한다. 즉, 처리대상 폐기물의 성상 및 발열량 특성을 기초로 폐기물의 적정처리, 배출가스 제어, 소각열 회수 등을 위한 소각시설 운전조건을 설정하게 된다. 특히 폐기물 저위발열량은 완전연소 될 때의 단위 질량당 발생하는 열량으로 소각로에서의 연소성능 및 특성 파악 측면에서 핵심요소로 작용하는 인자이다. 그러나 사업장폐기물은 배출원의 특성에 따라 성상이 매우 상이하며, 여러 종류의 폐기물이 혼합되어있어 소각설비 설계를 위한 발열량 및 기초 특성 파악에 한계가 있다. 본 연구에서는 국내 사업장폐기물 소각시설 실태조사를 통하여 혼합되어있는 폐기물의 구체적인 조성을 파악하고 소각시설 투입부터 잔재물 배출단계까지의 물질수지를 산정하였다. 아울러 조성별 기초성상 및 발열량 분석을 통하여 소각로에 투입되는 사업장 일반폐기물의 실질적인 보유열량을 파악하였다. 사업장폐기물 소각시설 물질수지 산정결과 소각로 총 투입량이 100톤일 때 약 22.4톤이 바닥재로 배출되며, 이 중 20.1톤은 사업장 일반폐기물로부터, 2.3톤은 지정폐기물로부터 기인한 것으로 분석되었다. 연소 후 배출되는 22.4톤의 바닥재는 냉각 과정에서 약 5.8톤의 수분을 흡수하며, 최종적으로 매립과 재활용으로 배출된다. 사업장폐기물의 저위발열량은 지정폐기물 혼합소각을 고려하지 않을 때 약 3,500∼4,100kcal/kg 수준인 것으로 파악되었다. 일반적으로 사업장폐기물 소각시설은 고발열량인 합성수지류와 지정폐기물의 소각을 고려하여 높게는 8,000 kca/kg 이상의 발열량을 기준으로 소각로를 설계하고 있다. 이처럼 설계기준의 발열량과 실제 반입폐기물의 발열량 격차는 연소실 열부하량과 적정온도 유지를 위하여 운전조건 설정에 어려움을 야기하며, 과다한 보조연료 사용 또는 폐기물 초과투입의 문제를 유발할 우려가 있을 것으로 판단된다. 본 연구의 결과는 사업장폐기물 소각시설 설계 및 운영단계에서의 운전조건 설정을 위한 기초자료로 활용할 수 있을 것으로 판단되며, 향후 사업장폐기물 분리·선별·배출 시스템 관련 제도적 개선을 위한 기초연구자료를 제공함에 목적을 두고 있다.