개념 한 쪽
소각로 운전관리는 투입 연료와 연소 조건을 통해 배출과 효율을 관리하는 영역이다. 용융고화, 연료(RDF·SRF) 특성, 다이옥신 저감, 열효율 향상, 가스 농도 환산 및 농축 설계 등 실무와 계산이 결합된 주요 지식을 다룬다.
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출제기준 단원 「소각로 운전관리」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| RDF·SRF의 단점 판별 | 1 | RDF·SRF 연료의 염소·부식·SOx 특성 중 옳지 않은 설명을 고른다 |
| 소각장 가스 농도 환산 계산 | 1 | mg/Sm³와 mL/Sm³를 환산해 제거할 부피농도를 구한다 |
| 다이옥신 저감·운전 대책 판별 | 1 | 다이옥신 저감을 위한 운전·공정 대책 중 반대 방향 선지를 식별한다 |
용융고화는 소각 후 발생한 소각재를 약 1,300℃의 고온에서 녹여 슬래그로 만드는 기술이다. 이 과정에서 다이옥신 등 유해물질은 분해되고, 중금속은 슬래그의 유리질 기질에 봉입되어 용출이 거의 없게 되어 감용과 자원화가 가능하다는 점이 핵심이다.
RDF와 SRF는 폐기물을 원료로 한 고형연료로서 연료 성상이 일정하지 않고 염소(Cl) 함량이 문제를 일으키는 경우가 많다. RDF는 비닐·플라스틱 유래 염소가 많아 HCl 생성과 부식, 다이옥신 문제가 핵심이며 SOx는 상대적으로 적다. SRF도 마찬가지로 염소와 연소먼지가 주요 이슈이고 유황 함량은 적다.
다이옥신 저감은 안정적 공급과 완전연소, 후류온도 제어로 요약된다. 구체적으로는 쓰레기 공급과 조성을 일정하게 유지해 안정 연소를 확보하고, 완전혼합 상태에서 평균 980℃ 이상의 고온으로 연소를 수행하며, 연소기 출구와 굴뚝 사이의 온도를 관리해 재합성을 방지하는 것이 핵심이다. 또한 이월(carryover)되는 입자량은 최소화해야 다이옥신 흡착에 의한 배출을 줄일 수 있다.
열효율 향상은 투입된 열 가운데 유효하게 회수·이용되는 비율을 높이는 것이며 그 방향은 열손실을 줄이는 것이다. 미연소 물질을 완전 연소시키고 배기가스와 재의 현열 손실을 줄이는 것이 효율 향상 방법이며, 전열 효율의 감소는 오히려 효율을 떨어뜨리는 반대로 처리해야 할 개념이다.
소화·농축 및 가스 농도 환산 관련 계산은 보존 법칙과 기체의 몰 관계를 바탕으로 한다. 농축 문제에서는 고형물 보존식 C1Q1=C2Q2를 이용해 농축 후 유량을 구하고 제거수량을 침강속도로 나누어 단면적을 산정한다. 기체 농도 환산은 표준상태에서 기체 1몰이 22.4L라는 관계와 해당 기체의 몰질량을 이용해 mg/Sm3와 mL/Sm3를 상호 변환한다.
1) 농축조 단면적 계산 예시를 푼다. 문제 조건: 농축 전의 고형물 농도가 10kg/m³이며 함수율이 98%인 경우, 농도 계산에는 함수율을 반영하지 않고 고형물 농도만을 적용한다. 유량 Q1=700m³/day, 목표 고형물 농도 C2=50kg/m³, 침강속도 v=10m/day이다. 풀이: 고형물 총량은 Q1×C1 = 700×10 = 7,000kg/day이다. 농축 후 유량 Q2 = 총고형물 ÷ C2 = 7,000 ÷ 50 = 140m³/day이다. 제거수량 = Q1 − Q2 = 700 − 140 = 560m³/day이다. 단면적 A = 제거수량 ÷ 침강속도 = 560 ÷ 10 = 56m²이다.
2) 기체 농도 환산 및 제거량 계산 예시를 푼다. 문제 조건: 초기 Cl2 농도 150mL/Sm³, 목표 질량농도 35.5mg/Sm³로 줄이려면 제거해야 할 부피농도는 얼마인가를 구한다. 풀이: 목표 질량농도 35.5mg/Sm³ = 0.0355g/Sm³를 부피농도로 변환한다. 표준상태에서 1몰 기체는 22.4L=22,400mL이고 Cl2 몰질량은 71g/mol이므로 부피농도 = 0.0355 × 22,400 ÷ 71 = 11.2mL/Sm³이다. 제거량 = 초기부피농도 − 목표부피농도 = 150 − 11.2 = 138.8 ≈ 139mL/Sm³이다.
RDF를 소각로에서 사용시 문제점에 관한 설명으로 가장 거리가 먼 것은?
정답 ③ · RDF를 소각로에서 사용할 때의 문제점에서 거리가 먼 것을 고르는 문제이다. RDF는 폐기물 중 가연물을 선별 성형한 연료로, 비닐이나 플라스틱 유래의 염소(Cl) 함량이 높아 HCl 발생, 다이옥신 생성, 시설 부식이 핵심 문제이다.
RDF는 염소(Cl)가 많아 HCl·부식·다이옥신 문제가 있고 유황은 적어 SOx도 적다.
RDF 소각로의 단점이나 문제점에 대한 설명과 가장 거리가 먼 내용은?
정답 ① · RDF 소각로의 실제 단점이 아닌 설명을 고르는 문제이다. RDF에는 비닐류 등 플라스틱 혼입으로 염소함량이 높아 HCl에 의한 부식과 다이옥신 생성이 핵심 문제이지, 유황 함량에 따른 대량의 SOx 발생이 주된 문제가 되는 것은 아니다.
RDF 소각의 문제는 유황-SOx가 아니라 염소(비닐류) 유래 HCl 부식·다이옥신이다.
소각장 굴뚝에서 배기가스 중의 염소(Cl2)농도를 측정하였더니 150mL/Sm3 이었다. 이 배기가스 중의 염소(Cl2)농도를 35.5mg/Sm3로 줄이기 위하여 제거해야 할 염소(Cl2) 농도(mL/Sm3)는?
정답 ④ · 염소(Cl₂)의 몰질량은 약 71g/mol이므로, 표준상태에서 1mol은 22.4L입니다. 따라서 35.5mg/Sm³의 부피 농도를 환산하면 (35.5×10⁻³g / 71g/mol) × 22.4 × 10³mL = 약 11.2mL/Sm³가 됩니다.
mg/Sm³→mL/Sm³는 질량÷71×22400. 35.5mg=11.2mL이므로 150−11.2=139.
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