반탄화 목분과 폐활성탄 혼합물의 복합연료활용을 위한 연료적 특성에 관한 연구

이창구; 강석구

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자료유형: 학술저널

저자정보: 이창구 (충남대학교 환경소재공학과) 강석구 (충남대학교 환경소재공학과)

저널정보: 한국목재공학회 목재공학(Journal of the Korean Wood Science and Technology) 목재공학 제43권 제1호

발행연도: 2015.1

수록면: 135 - 143 (9page)

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본 연구는 반탄화 목분과 정수기 필터용 폐활성탄 분쇄물을 혼합한 혼합물을 연료로 사용하였을 경우의 그 연료적 특성을 평가하고자 하였다. 반탄화 목분은 국산 범용수종인 졸참나무와 소나무를 이용하여 급속으로 목재칩 열가공처리가 가능한 wood roaster를 이용하여 처리하였으며 처리조건은 $200^{\circ}C$에서 각 300 s, 450 s, 600 s를 적용하였다. 이때 폐활성탄과 반탄화 목분의 혼합비율은 중량대비(wt%) 5 : 95, 10 : 90, 15 : 85, 20 : 80, 40 : 60, 60 : 40, 80 : 20으로 하였으며, 이에 대한 연료적 특성에 평가를 위해 발열량, 원소분석, 회분함량 등을 측정하였다. 그 결과는 다음과 같다. 1. 동일시간, 온도 등의 wood roasting 처리조건에서 소나무가 졸참나무에 비해 탄소함량이 더 높았으며, 이는 낮은 온도와 짧은 시간에 최적 탄화도를 나타냄으로 소나무가 효율적인 반탄화 작업이 가능함을 알 수 있다. 2. 반탄화 목분 및 무처리 목분의 폐활성탄 첨가율이 증가할수록 총발열량 값은 급격히 증가하였고 회분함량 또한 증가하였다. 3. 반탄화 목분과 무처리 목분에 폐활성탄을 혼합한 경우에는 두 조건 모두 첨가율에 따라 총발열량은 증가하지만 무처리 보다는 반탄화 목분 그리고 졸참나무보다는 소나무가 더 높은 총발열량을 나타냈다. 4. 폐활성탄을 목분과 함께 혼합물의 원료로 사용하기 위해서는 $800^{\circ}C$, 4시간 연소조건 이상의 고온 연소조건이 필요하다고 판단된다. 이는 $800^{\circ}C$, 4시간 연소조건에서도 완전연소가 되지 않고 회분상태로 잔류하는 함량이 매우 높기 때문이다. 5. 또한 무처리 목분과 반탄화 목분에 폐활성탄을 혼합한 조건 중 무처리 목분에 폐활성탄을 혼합하는 조건이 총발열량의 증가율이 더 높게 나타났으며, 이러한 현상은 소나무보다는 졸참나무가 더 명확하게 나타났다. 최적 회분함량의 폐활성탄 첨가비율은 소나무 무처리 목분에 총 중량대비 5% 이상, 10% 미만의 조건이며 이는 1급 펠릿에 해당되는 0.7% 미만의 기준을 만족하는 것으로 나타났다.

This study evaluated fuel properties of composite materials which were prepared by mixing a waste activated carbon from the used purifier filter with torrefied wood powder. Wood species of the raw material of torrefied wood powder are oak wood (Quercus serrata Thunb. ex Murray) and pine wood (Pinus densiflora Siebold & Zucc). And the treatment conditions used for this study were 300 s, 450 s, and 600 s at $200^{\circ}C$ for the wood roaster. Also, the mixing ratios are 5 : 95, 10 : 90, 15 : 85, 20 : 80, 40 : 60, 60 : 40 and 80 : 20 (waste activated carbon : torrefied wood powder). The fuel properties such as highly heating value (HHV), elementary analysis and ash content were evaluated. The results obtained are followings; 1. Despite the same treatment condition of wood roasting, pine wood has higher carbon contents than oak wood. Therefore, pine wood indicated the optimum carbonization at low temperature and short treatment times. 2. The gross calorific value and ash content increased as the mixing ratio of waste activated carbon increased. 3. Mixtures of the waste activated carbon and torrefied wood powder showed greater gross calorific value than those of the mixtures of waste activated carbon and the untreated wood powder. Also, the pine wood resulted in higher heating value that thaose of the oak wood. 4. When composite fuels that were composed waste activate carbon and wood powder are used, higher temperature conditions are required because the combustion is incomplete at $800^{\circ}C$ and 4 hours. 5. The increasing rate of the gross calorific value of mixtures of waste activated carbon and untreated wood powder is higher than does the mixtures of waste activated carbon and torrefied wood powder. Also, this phenomenon is more obvious for pine woods. Therefore, an optimal mixing ratio of waste activated carbon was determined to be between 5% and 10% (wt%). Also, this condition satisfied the requirement of the No.1 grade of wood pellet.

#torrefaction #torrefied wood powder #wood roasting #highly heating value #elementary analysis #ash content

참고문헌 (7)

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Bourgeois, J. / 1989 / Thermal treatment of wood; analysis of the obtained product / Wood Science and Technology 23(4):303~310

Chen, W. H. / 2011 / Torrefaction and co-torrefaction characterization of hemicellulose, cellulose and lignin as well as torrefaction of some basic constituents in biomass / Energy 36:803~811

Hwang, B. H. / 1998 / Wooden Biomass, Goyang, Korea

김영훈 / 2013 / 반응표면분석법을 이용한 유칼립투스의 반탄화 최적조건 탐색 / 목재공학 41(6):497~506

Kwon, G. J / 2013 / Kangwon Univ. Forest Environmental Science College, Analysis to Calorific Value of Softwood and Hardwood / Journal of The Korean Wood Science and Technology :49

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이창구

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Kang, Seog-Goo

소속기관 Department of Forest Products, College of Agriculture & Life Sciences, Chungnam National Univers

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