A Numerical Study for Effective Operation of MSW Incinerator for Waste of High Heating Value by the Addition of Moisture Air

Stoker type incinerator is one of the most popular one used as municipal solid waste (MSW) incineration because, in general, it is quite suitable for large capacity and need no preprocessing facility. Nowadays, however, since the combustible portion of incoming MSW increases together with the decrease of the moisture content due to prohibition of directly burying food waste in landfill, the heating value of waste is remarkably increasing in comparison with the early stage of incinerator installation. Consequently, the increased heating value in incinerator operation causes a number of serious problems such as reduction of waste amount to be burned due to the boiler heat capacity together with the significant NO generation in high temperature environment. Therefore, in this study, a series of numerical simulation have been made as parameters of waste amount and the fraction of moisture in air stream in order to investigate optimal operating condition for the resolution of the problems associated with the high heating value of waste mentioned above. In specific, a detailed turbulent reaction flow field calculation with NO model was made for the full scale incinerator of D city. To this end, the injection method of moisturized air as oxidizer was intensively reviewed by the addition of moisture water amount from 10% and 20%. The calculation result, in general, showed that the reduction of maximum flame temperature appears consistently due to the combined effects of the increased specific heat of combustion air and vaporization heat by the addition of water moisture. As a consequence, the generation of NOx concentration was substantially reduced. Further, for the case of 20% moisture amount stream, the afterburner region is quite appropriate in temperature range for the operation of SNCR. This suggests the SNCR facility can be considered for reoperation. which is not in service at all due to the increased heating value of MSW.

함습공기를 이용한 고발열량 도시폐기물 소각로의 효율적 운전을 위한 수치 해석적 연구

도시폐기물 소각로는 일반적으로 전처리 설비가 필요 없고 대용량에 적합한 스토커타입의 소각로를 많이 사용하고 있다. 그러나 음식물 쓰레기의 직매립 금지 등에 따라 반입폐기물의 가연분이 증가하고 수분함량이 감소되어 폐기물의 발열량이 소각로 설치 초기에 비해 매우 증가하고 있는 실정이다. 이에 소각로 열부하의 증가에 따라 소각량 감소와 가동률 저하 등 소각로 운영에 어려움을 겪고 있다. 본 연구는 D시의 소각로를 대상으로 하여 소각량과 함습공기 양등 중요 변수에 따른 NO 모델을 포함한 난류반응 유동에 대한 일련의 전산해석을 수행하여 기초 자료를 축적하고 그것을 바탕으로 최근 도시 폐기물의 고 발열량화에 따른 문제점 및 해결방안에 대한 연구를 수행하였다. 이에 따라 운전조건 등을 최적화하여 기존의 운전시설의 활용을 극대화 하고자 하였다. 폐기물의 소각량을 저감하지 않고 고발열량화의 문제를 해결할 수 있는 실질적인 방법으로 연소용 공기에 수분의 양을 10%와 20%로 증가시키며 가습공기를 주입하는 방안을 검토하였다. 그 결과 연소공기의 비열증가와 상변화 등에 의하여 최대 화염온도의 감소가 발생하여 전반적인 소각로 내부의 온도가 낮아지는 것으로 나타났으며 그에 따라 NOx 발생량이 실질적으로 감소되는 것으로 나타났다. 특히 가습공기 20%주입시 기존에 설치되어 있는 SNCR 설비의 환원제 주입구 위치가 대부분 SNCR 반응에 적합한 온도 영역으로 나타나서 현재 고발열량 문제로 전혀 가동하지 못하고 있는 SNCR 설비의 재가동을 고려해 볼 수 있을 것으로 판단된다.