01국내 화력발전소 플라이애시 품질현황 및 전망
The Present State and Prospect of Fly Ash Quality of Domestic Thermal Power Plant
1. 서 언
플라이애시(Fly Ash)는 화력발전소에서 석탄을 미분기로 분쇄하여 보일러 내로 주 입 후 약 1,500℃ 온도 범위에서 연소하여 회수된 미분말의 석탄회를 말한다. 국내의 경우, 전력소비량 증가로 플라이애시 발생량은 지속적으로 증가하는 경향이지만, 환경 변화 및 활용 핵심기술 미비로 플라이애시 활용률은 점차 감소되어 범정부 차원의 실 증적인 활용방안 정립이 필요한 실정이다. 즉, 수요자의 선호도가 높은 철강슬래그와 재활용 용도가 유사함에 따라 국내의 플라이애시 재활용 수요는 포화상태로 신개념의 플라이애시 활용기술 확보를 통한 신규시장 창출이 필요한 실정이다. 특히 국내 발전 사의 석탄회 처리장의 잔존수명 도래(10년 이내 90%)로 석탄회 처리장의 추가 건설이 시급하나 환경 및 민원 문제 등으로 추가 건설이 어려운 실정이다.건설 분야는 CO2 다 배출 산업(전 산업의 38%에 해당)으로 이와 관련된 분야에 집중적이고 지속적인 기술 투자가 절실한 실정이다. 따라서 본 소고에서는 이러한 국내 플라이애시에 대한 발생, 품질 현황 및 품질관리 전망 등을 기술하였다.
2. 국내외 플라이애시의 현황
2.1 국내 기술 동향 및 수준
국내의 경우 좁은 국토면적과 부존자원의 제약으로, 발생되는 폐기물을 매립·소각 하는 등의 단순처리방법을 극복하고 재이용, 재활용을 통해 순환이용 하는 것이 지속 가능한 경제성장에 필수 요소이다. 국내 석탄회의 발생량은 2009년 기준으로 연간 약 835만톤으로 전력수요의 증가 및 저렴한 석탄가로 발전설비과 증대할 것으로 예상되 어 향후에도 지속적으로 석탄회의 발생량이 증가할 것으로 예상되나(그림 1), 매년 활 용률 감소 추세로 정부시책에 역행하는 결과를 초래하고 있다. 플라이애시와 더불어 콘크리트용 혼화재로 많이 사용되는 고로슬래그는 2009년도까지 800만 톤 정도가 배 출되어 대부분 재활용이 되었으나, 2010년부터 제철소가 추가로 가동되면서 슬래그 발생량이 1,000만 톤 이상으로 증가되므로 석탄회의 재활용률은 더욱 저하될 가능성
유성원 Sung-Won, Yoo 우석대학교 토목환경공학과 교수 E : [email protected]
이 있는 실정이다. 석탄회의 재활용률은 건설경기 및 계 절에 따라 큰 영향을 받는 것으로 알려져 있으며, 석탄회 를 향후 수요량이 증가할 것으로 기대되는 친환경·기능 성 건설제품에 활용할 경우 지속적인 재활용이 가능할 것 으로 예상된다.
플라이애시 품질 관리 측면에서 보는 경우 국내 화력발 전소에서 발생되는 플라이애시는 탄종, 계절, 발전소별 변동인자에 따라 그 품질의 변동성이 너무 크고, 이러한 이유로 플라이애시의 품질을 예측할 수 없는 실정이므로 변동인자를 고려한 플라이애시의 통합 품질 관리는 플라 이애시의 품질 등급 분류를 위해 필수적인 요소이다.
국내의 플라이애시의 발생 현황 등은 어느 정도 연구되 었으나, 외국의 경우처럼 체계화되지는 않은 실정이며 다 음과 같은 문제점이 있다.
1) 국내 플라이애시는 미연탄소의 함량이 2 ~ 10% 정 도로 변동이 심하여 품질관리가 어려움.
2) 미연탄소 함량이 높은 플라이애시를 콘크리트 혼화 재로 사용할 경우, 특히 유동성의 저하와 단위수량 의 증가를 가져와 일정하고 한국산업규격에 맞는 플 라이애시를 제조하기 위한 처리시설 및 저장시설이 필수적임.
3) 플라이애시의 현황에 대한 구체적인 시도는 강민호 등이 보령 및 삼천포에서 정제되어 유통되는 20여개
고 있으나, 강열감량과 단위수 량비 항목에서 기준치를 초과하 는 경우가 다수 발생.
4) 국내의 Fly ash의 품질성 능기준의 경우, 단일 품질성능 기준(KS L 5405) 채택. 즉 단 일 기준을 적용 시, 이 기준에 벗어난 플라이애시는 콘크 리트 혼화재로 사용하는데 제한을 받게 되어 여러 상태의 플라이애시 활용에 장애 발생.
2.2 국외 기술 동향 및 수준
변동인자를 고려한 석탄회의 품질 관리와 관련하여 미 국, 일본, 유럽 및 인도 등에서는 품질 DB구축 기술은 어 느 정도 확보하고 있는 것으로 조사되고 있으나, 구체적 인 DB구축 상태 등은 정확히 파악할 수가 없는 실정이다.
다만, 미국의 경우, 플라이애시 발행 현황자료는 상당히 구체적이고 체계적으로 관리되고 있는 것으로 알려져 있 다. 또한, 선진국의 경우, 플라이애시의 활용 증대를 위한 플라이애시 품질기준을 단일 기준에서 품질등급화로 변 화하는 추세이다. 미국, 캐나다, 일본 및 중국의 예는 다 음 표 1과 같다.
그림 1. 국내 석탄회 발생량 및 재활용 비율 추이
[표 1] 국외의 품질등급화 추세
국 가 규 격 석탄회 품질 기준 내용 미 국 ASTM C 618 다양한 종류 석탄사용에 따른 플라
이애시 화학적 조성에 의한 등급(C Class, F Class)
캐나다 CAN/CAS-A23
일 본 JIS A 6201 미연탄소와 분말도에 의한 품질 등 급화로 용도에 맞는 플라이애시 활 용
중 국 CS 1595
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3. 국내 석탄회의 품질 현황
국내의 석탄회의 발생 현황을 조사하기 위하여 대상 화 력 발전소를 4개소 선정하여 2009년 9월 1일에서 2013년 4월 30일까지 각 발전소별 석탄회의 품질 Data를 입수하 여 분석하였다.(표 2)
3.1 삼천포 화력 발전소 보유 품질 Data 현황
삼천포 화력 발전소의 경우, 석탄회의 원료인 혼탄의 품질관리는 거의 모든 항목의 분석상태가 양호하며 별도 의 분석이 필요 없을 정도로 관리가 잘 되고 있는 것으로 나타났다.
비회 및 저회의 경우, 매일 시료를 채취하여 미연탄소 분의 품질 검사만을 실시하고 있는 것으로 조사되고 있 다. 또한 정제회의 경우, 매일 생산되는 정제회에 대한 SiO2, 입도, 활성도지수, 강열감량, 플로우비 및 비중에 대한 품질 Data를 보유하고 있는 반면에 잔사회에 대한 품질 Data는 전혀 존재하지 않는 것으로 나타났다.
조사 기간 중의 비회 및 저회의 품질 Data를 분석하여 보면, 발열량을 일정하게 맞추는 방식으로 여러 탄종을 혼합하여 사용하므로 탄종별 품질 차이는 없은 것으로 나 타났으며, 또한 발열량을 일정하게 맞추는 방식이며, 보 일러 내의 온도를 일정하게 관리하므로 계절별 품질 차이 는 없는 것으로 나타났다.(그림 3) 다만, 설비에 따른 차 이는 애시 형태별로 차이가 있는 것으로 나타났다. 즉, 비회 및 저회의 경우, 모두 1 ~ 4호기와 5, 6호기의 차이 가 큰 것으로 조사되었다.
한편, 정제회의 품질 Data 분석결과, SiO2, 수분, 분말 도, 활성도지수, 밀도 및 플로우비 등은 대부분 현행 KS 규격을 모두 만족하는 것으로 나타났다.
3.2 여수 화력 발전소 보유 품질 Data 현황
여수 화력 발전소의 경우, 석탄회의 원료인 혼탄의 품질관리는 거의 모든 항목의 분석상태가 양호하며 별 도의 분석 필요 없을 정도로 관리가 잘 되고 있는 것으 로 나타났다. 한편 최근 보일러를 유동층 보일러로 개 조하여 본격 가동을 시작한 이유로 비회만 발생되며, 발생된 비회에 대한 품질 Data가 거의 없는 것으로 조 사되었다.
그림 2. 미국의 석탄회 발생 현황 자료 [표 2] 국내 석탄회 품질 Data 입수 현황
발전사 발전소 빌생 석탄회 현황
남동발전
삼천포 비회, 저회, 정제회 및 잔사회 여수 유동층 보일러 형태로 비회만 배출 영흥 비회, 저회, 정제회 및 잔사회 남부발전 하동 비회, 저회, 정제회 및 잔사회
3.3 영흥 화력 발전소 보유 품질 Data 현황
영흥 화력 발전소 역시 삼천포 화력 발전소와 동일한 남 동발전사 소속인 이유로 삼천포 화력 발전소와 동일한 형 태로 품질관리가 진행되고 있는 것으로 나타났다.(그림 4)
다만, 설비에 따른 차이 및 애시 형태별로 차이가 있는
SiO2, 수분, 분말도, 활성도지수, 밀도 및 플로우비 등은 대부분 현행 KS 규격을 모 두 만족하는 것으로 나타났다.
3.4 하동 화력 발전소 보유 품질 Data 현황
하동 화력 발전소의 경우, 석탄회의 원 료인 혼탄의 품질관리는 거의 모든 항목의 분석상태가 양호하며 별도의 분석 필요 없 을 정도로 관리가 잘 되고 있는 것으로 나 타났다.
비회 및 저회의 경우, 매일 시료를 채취 하여 미연탄소분의 품질 검사만을 실시하 고 있는 것으로 조사되고 있다. 또한 정제 회의 경우, 앞의 남동화력 발전사와는 달 리 정제회 및 잔사회에 대한 품질 Data는 거의 존재하지 않는 것으로 나타났다.
또한 정제회의 경우, 앞의 남동화력 발 전사와는 달리 정제회 및 잔사회에 대한 품질 Data는 거의 존재하지 않는 것으로 나타났다. 조사 기간 중의 비회 및 저회의 품질 Data를 분석하여 보면, 발열량을 일 정하게 맞추는 방식으로 여러 탄종을 혼합 하여 사용하므로 탄종별 품질 차이는 없은 것으로 나타났 으며, 또한 발열량을 일정하게 맞추는 방식이며, 보일러 내의 온도를 일정하게 관리하므로 계절별 품질 차이는 없 는 것으로 나타났다.(그림 5) 다만, 설비에 따른 차이 및 애시 형태별로 차이가 있는 것으로 나타났다. 즉, 비회의 경우, 설비 영향이 없는 것으로 나타났으나, 저회의 경우 에는 1 ~ 6호기와 7, 8호기의 차이가 크게 나타났다.
(a) 호기별 비회의 미연탄분량 품질 Data
(b) 호기별 저회의 미연탄분량 품질 Data 그림 3. 삼천포 화력 비회, 저회의 품질Data
(a) 호기별 비회의 미연탄분량 품질 Data (b) 호기별 저회의 미연탄분량 품질 Data 그림 4. 영흥화력 발생 비회, 저회의 품질 Data
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4. 결 언
국내의 석탄회의 품질 현황을 조사하고 분석한 결과, 화력발전사는 석탄회의 원료인 혼탄과 정제회에 대한 품 질관리 상태는 매우 우수한 것으로 나타났으나, 저회 및 잔사회 등은 매립용으로 판단하여 전혀 품질관리가 이루 어지지 않고 있으며, 비회에 대해서는 미연탄소분만 관리
하고 있는 실정으로 나타났다. 이러한 현 상은 국내의 플라이애시의 품질성능기준 이 단일 품질성능기준을(KS L 5405) 채택 하고 있기 때문인 것으로 판단된다. 따라 서 국내에서도 조속히 선진국과 유사하게 플라이애시의 활용 증대를 위한 플라이애 시 품질기준을 단일 기준에서 품질등급화 로 변경하는 것이 절대적으로 중요한 과제 일 것으로 판단된다.
참고문헌
1) 김무한 외 “건설산업 폐기물의 리싸이클링 시스템 및 재활용 기술 개발에 관한 연구”, 한국건설기술연구원, 1995.
2) 과학기술처, “석탄의 연료특성 평가 방안 연구”, 1993.
3) 이승헌, “Fly ash의 품질평가 방안”, 시멘트 심포지움 특별강연, 2001.
4) 한국표준협회, “플라이 애시(KS L 5405)”, 한국산업표준, 2009.
5) “HV플라이애시활용 그린 건설재료 및 실용화 기술”, 한국건설생 활환경시험연구원, 2011.
(a) 호기별 비회의 미연탄분량 품질 Data
(b) 호기별 저회의 미연탄분량 품질 Data 그림 5. 하동화력 발생 비회, 저회의 품질 Data
