연료전환
목재펠릿 보일러
- 감축기술 개요
- 보일러와 같은 연소장치에 목질계 연료를 사용 하기 위해서는 자동적으로 연료를 공급하는 것이 필요함. 연료의 자동공급을 위해서는 목질계 연료를 균일화시킬 필요가 발생하게 되는데 이러한 연료 자동공급을 위하여 도입되는 대표적인 방법으로 목재펠릿이나 목재칩으로 가공하는 방법이 있음. 그러나 목재칩은 체적이 원목보다 2배 정도로 커지는 문제점이 발생할 뿐만 아니라 목재칩의 균일성이나 품질도 목재펠릿에 비하여 상당히 조악 해지는 문제점이 있기 때문에 온실가스 저감을 목적으로 목질계 연료를 건물용으로 사용하기 위해서는 목재펠릿이 가장 우수하다고 할 수 있음.
- 감축기술 특징
- 목재펠릿의 원리
■ “목재펠릿”이란 유해물질에 의해 오염되지 않은 목재(木材)를 압축 성형하여 생산하는 작은 원통 모양의 표준화된 목질계 고체 바이오 연료를 말함. 여기에서“유해물질에 의해 오염되지 않은 목재”란 방부제, 도료 등 화학물질로 처리된 목재, 가구와 건축물로부터 해체된 목재 및 이력이 불분명한 목재, 이외의 목재를 말함. 따라서 가공된 목재들(① 방부처리 목재, ②접착, 도색, 침지 등 화학물질에 의해 처리된 목재, ③건축물로부터 해체된 목재, ④이력이 불분명한 목재)은 목재펠릿 제조에 이용할 수 없기 때문에 목재펠릿은 오염물질이 추가되지 않은 순수한 목재(수피와 목부)로 제조된 연료라 할 수 있음.
■ 목재펠릿을 제조하는 과정에서 압축성형을 하기 위하여 목재를 톱밥으로 분쇄하여 건조한 후 고압으로 성형틀을 통과시킴으로써 펠릿의 형태로 일정한 직경을 갖는 목재펠릿으로 제조됨. 이때 에 압축성형틀에 따라서 목재펠릿의 직경이 결정됨. 우리나라에서는 직경이 6∼8 mm인 것을 사용하고 있으며 목재펠릿 품질을 1급∼4급으로 구분하고 있음(이 기준을 보다 강화하여 목재펠릿 중의 중금속 함유량을 규정하는 새로운 고시를 마련 중에 있음).
■ 목재펠릿 품질을 1급∼4급으로 구분하고, 1급과 2급 목재펠릿은 난방용 연료로 권장하고 있고, 3급과 4급은 산업용으로 용도를 구분하고 있음. 특히 산림청에서 보급사업의 일환으로 보급하고 있는 주택용 목재펠릿 보일러(20,000 kcal/h)의 경우에는 1급 펠릿만을 사용하도록 보일러의 명판에 명시하고 있음.
- 목재펠릿의 특징
■ 유류나 가스연료에는 수분이 거의 포함되어 있지 않지만, 목재펠릿에는 중량비로 10∼15% 이하의 수분을 포함하고 있음. 목재펠릿이 가지고 있는 수분량을 함수율로 표기함.
■ 유류나 가스연료에는 회분(灰分)이 거의 포함 되어 있지 않지만, 목재펠릿은 0.7∼6.0% 이하의 회분을 포함하고 있음. “회분”이란 특정한 조건 하에서 목재펠릿 연소 후에 남는 잔류 무기물의 양으로 건량기준 백분율로 표기함.
■ 목재펠릿의 발열량은 4,300∼4,500 kcal/kg으로 유류(10,000∼ 11,000 kcal/kg)나 LNG(10,400 kcal/Nm3)에 비해 작음.
- 목재펠릿 보일러 특징
■ 목재펠릿 보일러는 고체연료를 완전 자동으로 운전하는 보일러로 기름보일러나 가스보일러와는 상당히 다른 구조의 연소장치를 필요로 함. 또한 이 연소장치에 연료 중의 회분에 의한 클링커가 발생하지 말아야 하며, 이 회분이나 재가 전열면을 오염시키면 열성능이 저하되기 때문에 그 대책이 필요하고 연소실의 화염이 목재펠릿 공급장치로 역화 되는 것을 방지하기 위한 대책도 필요함.
(1) 역화방지장치
① 역화현상을 방지하기 위한 수단으로 다음과 같은 역화방지장치가 있음.
- 로터리밸브 방식 : 간극이 0.5 mm 이하
- 드롭슈트 방식
- 비상배출 방식
- 스프링클러 방식
- 차단댐퍼 방식 : 간극이 0.5 mm 이하
- 역화를 방지할 수 있는 동등 이상의 장치
② 화격자로부터 역화를 방지하기 위하여 최소 2개 이상의 역화방지장치를 갖추고 있어야 하며, 역화방지장치 작동 시에는 연료공급이 차단되어야 함.
③ 적어도 1개 이상의 역화방지장치는 전원공급 상태에 관계없이 작동해야 함. 만약 역화방지장치 중 1개가 비상 연료배출장치의 형태로 설계된 경우, 연소장치는 비상전원 공급장치에 의해 정전 시에도 연료를 연소실로 배출할 수 있는 구조이어야 함.
④ 상향식 연료공급장치에는 역화방지장치로서 1개 이상의 비상연료 배출장치가 설치되어야 함.
⑤ 역화방지장치 중의 1개가 스프링클러인 경우, 물을 담는 용기에는 수위조절 스위치 또는 압력 스위치가 장착되어야 하며, 용기의 부피는 최소 5ℓ 이상이어야 함.
⑥ 연료공급장치에 드롭슈트가 있는 경우 드롭슈트 의 길이는 화염면에서 최소 250mm 이상으로 함. 단, 열출력이 15kW 이하인 경우는 150mm 이상이어야 하며 또한 드롭슈트의 재질은 내화 성 재질이어야만 함(역화 시에 소손되는 재질 (플라스틱이나 투명호스 등)은 불가).
⑦ 일체형 연료저장장치의 경우, 정상적인 환경에 서 연료저장장치 뚜껑을 개방하거나 뚜껑을 개방한 상태로 운전될 때 연기가 역류하거나 역화 가 발생하여서는 안됨.
⑧ 정상적인 상태에서 연료공급장치의 온도는 85℃ 를 넘어서는 안되며, 역화방지 장치용 온도센서의 온도가 95℃ 이전에 역화방지장치가 작동해야 함.
(2) 화격자 청소장치
① 보일러 정지 시에 화격자를 자동으로 청소하는 장치 또는 정상운전 중에 화격자를 자동으로 청소하는 장치를 갖추고 있어야 함. 단, 이동화 격자의 경우에는 화격자 자동청소장치가 있는 것으로 간주함.
② 화격자 자동청소장치를 갖추고 있는 보일러의 경우 정지 후에 화격자상의 클링커 및 잔존연료 가 존재하지 않아야 함.
③ 화격자 자동청소장치는 연소실 고온 분위기에서 정상적으로 작동하여야 함. ④ 화격자 자동청소장치의 종류 : 보일러 정지 시에 화격자를 자동으로 청소하는 장치 또는 정상운 전 중에 화격자를 자동으로 청소하는 장치로 다음과 같은 종류가 있음.
가) 운전정지 시 작동하는 장치
- 힌지(Hinge)식 화격자 자동청소장치 -슬라이딩(Sliding)식 화격자 자동청소장치
나) 운전 중 작동하는 장치
- 왕복 스크레이퍼(Scraper)식 화격자 자동청소장치 - 회전 스크레이퍼(Scraper)식 화격자 자동청소장치
다) 이동화격자
(3) 전열면 자동청소장치
① 전열면 오염을 방지하기 위하여 다음 중 1개 이상의 전열면 자동청소장치를 갖추고 있어야 함.
- 판(트위스트판 등) 또는 스프링 시스템 - 압축공기 분출 시스템
- 전열면 오염을 방지할 수 있는 동등 이상의 장치
② 전열면에 근접하도록 설치한 판 또는 스프링 시스템을 정상운전 중에 주기적으로 구동시켜 전 열면을 자동으로 청소할 수 있어야 하며, 판 또는 스프링은 고온에서 변형이나 소손이 발생하지 않아야 함.
③ 판 또는 스프링 시스템인 경우 전열면 오염물질 이 자유낙하에 의해 전열면 하부의 재받이로 모 아지는 구조이어야 함.
④ 압축공기 분출 시스템은 정상운전 중에 압축공기 등을 간헐적으로 분출하여 전열면을 자동으로 청소할 수 있어야 하며 이 경우 보일러에는 압축공기 발생 시스템이 구비 되어야 함.
- 도입효과
- 에너지 절감으로 비용 감소
- CO₂배출 저감
- 온실가스 감축효과 산정방식
- 연료전환 설비의 방법론
가) 베이스라인 배출량 (BEy)
■ 베이스라인 배출량 산정방법은 “사업 후 에너지생산량 또는 화석량 기반 (산정방법 1)”과 “사업 후 화석연료 사용량 기반(산정방법 2)” 중 선택하여 적용할 수 있음.
(1) 산정방법 1. 사업 후 에너지생산량 또는 사용량 기반
▶ 베이스라인 배출량 산정을 위한 연료사용량과 에너지생산량 또는 사용량은 베이스라인 시나리오에서의 사업 전 최소 과거 3년간의 평균 데이터를 적용함. 다만, 해당 설비의 가동이 3년이 경과하지 않은 경우 또는 과거 3년간의 데이터를 적용할 수 없는 타당한 사유에 대하여 증명할 수 있는 경우는 최소 1년간의 데이터를 적용하여 산출할 수 있음.
(2) 산정방법 2. 사업 후 화석연료 사용량 기반
▶ 본 베이스라인 산정방법은 소규모 감축사업에만 해당 산정방법이 적용가능하며, 사업 후 생산열량과 베이스라인 시나리오에서의 연료배출계수를 곱하여 산정함.
나) 사업 배출량(PEy)
다) 온실가스 배출 감축량(ERy)
- 목재펠릿 보일러
라) 베이스라인 배출량
바) 누출량(LEy)
■ 누출은 바이오매스 부산물의 펠릿 가공과정에서의 누출량을 고려함. 산정방식으로는 국가기관에서 공인된 값을 적용하는 “목재펠릿 생산 누출계수 적용법(산정방법 1)”과 “실제 누출량 산정법(산정방법 2)”을 선택하여 적용.
(1) 산정방법1. 목재펠릿 생산 누출계수 적용법
▶ 펠릿 가공공정에서의 누출량은 국가기관에서 고시한 ‘목재펠릿 생산 누출계수’ 를 적용하여 누출량을 산정할 수 있음.
(2) 산정방법2. 실제 누출량의 산정법
▶ 목재펠릿의 실제 누출량은 목재펠릿 가공·생산부문의 배출계수에 사업활동에 따른 목재펠릿 사용량의 곱으로 산정함.
사) 온실가스 배출 감축량(ERy)
설치사례 분석
- 설치사례 문헌조사
- 연료전환 관련 감축기술 사례 1건을 조사한 결과 감축률 29%로 나타났음.
- 설치사례 현장조사
- 감축률은 4%로 나타났음. 단, 개선 전 온실가스 배출량은 명세서의 적용 배출시설의 전체 배출량을 사용했으므로 적은 감축률이 나타났고, 실제 감축률은 더 높을 것으로 추정됨.
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