폐기물 에너지화 국가정책에 부합하는 소각여열 발전설비 설치에 관한 폐열회수 기술개발과 보급으로 소각 여열 활용을 극대화하고자 전력생산과 지역난방 열 공급에 관한 국내 관련 사업이 활성화되고 있다. 하지만 소각시설의 발전설비 설치여건과 설치방법에 따라 여열을 지속적으로 활용하지 못하고 대기방출, 손실 또는 폐기되고 있는 실정이다. 이로 인하여 특히, 에너지 대외의존도가 높은 우리나라에서는 경제적 뿐만 아니라 환경적, 사회적인 손실도 크게 발생하고 있다.
따라서, 본 연구에서는 소각시설에 스팀터빈을 신설하여 온수는 물론 전력을 추가 생산함으로서 현재 온수생산에 그치는 방식의 개선방법과 지속적인 여열이용률 향상에 관한 방법을 알아보았다.
여열 이용률을 향상시키고자 특정 소각시설을 연구대상으로 선정하여 기본 모델을 구축하고 상용 프로그램인 게이트 사이클(GateCycle)을 활용하여 소각 시설 내 발전설비 4가지의 설계변경 사례의 시스템별 출력변화를 확인하였다. 증기터빈 신설 유무, DH Heater 설치수와 직렬, 병렬 설치방법에 따라 Case 0～3의 각각의 에너지 이용률, 판매수익 및 원유수입 절감효과와 탄소배출권 비용 환산 시 환경적 측면에서의 경제적 가치에 대하여 비교분석 하였다.
Case 0부터 Case 3까지의 각 분야별 출력에 대한 분석결과를 토대로 계통의 안정성 측면을 고려하여 여열을 지속적으로 활용하기 위해 증기우회 배관 및 각종 밸브를 활용하여 증기터빈과 지역난방열교환기의 비정상운전기간이나 미활용 시에도 소각시설 주목적인 증기생산 및 손실에 영향 없도록 하여 비상시에 계통안정성을 확보함으로서 전기 및 열출력 모두 기준조건에 만족시키는 설비개선방법에 대하여 에너지이용률 향상과 경제적, 환경적인 효과를 도출하였다. Case 0～3는 정상운전 시 각 출력 기준조건에 모두 만족하였지만 Case별로 비정상 운전기간 중 여열 미활용으로 인한 연간 손실량을 고려했을 때의 각 사례별 출력량이 설비개선 방법에 따라 차이를 보였으며, 그 중 Case 3이 출력량이 가장 높은 것으로 나타났다. 전기생산을 위해 터빈을 신설하고 기존 DH Heater와 신설 DH Heater간을 병렬로 설치하여 비정상운전시에 지역난방수를 우회하도록 설계를 변경하여 지속적인 여열을 활용하도록 모델링한 Case 3가 가장 개선된 소각여열 발전설비 설치방법이라는 것을 도출하였다. 이 시스템은 증기우회 배관을 설치하여 증기터빈의 O/H공사나 Trip 등으로 비정상적인 운전으로 인한 미활용 시에 기존 DH Heater로 증기를 신속하게 공급하여 열생산을 지속적으로 가능토록 하여 신설 DH Heater의 미활용 시에는 기존 DH Heater로 지역난방수를 by-pass하여 문제없이 열생산이 가능하게 하였다. 만약, 증기터빈과 DH Heater가 동시에 OH공사수행 등으로 모두 활용하지 못할 경우, 기존 DH Heater로 지역난방수와 증기를 모두 by-pass시켜 해당설비의 정지기간에도 열생산이 가능토록 개선하여 주요설비의 미활용기간에 손실되는 에너지를 최소화함으로서 여열이용률을 향상을 통하여 경제적, 환경적 효과와 연계되는 것을 확인하였다.
이처럼 개선된 Case 3 시스템을 대상으로 소각발전 폐기물의 소각량 및 저위발열량 등에 따라 증기발생량, 압력, 온도 등과 직접적인 관계가 있으므로 실제 운전데이터를 활용하여 소각여열의 증기조건 주요인자인 압력, 온도, 증기유량 변동범위에 따라 열과 전기출력 변화를 확인하였으며, 이에 따라 지역난방수 신규로 설치한 DH Heater(1차)와 기존에 설치된 DH Heater(2차)의 인입유량 조절 적정범위와 배분비율을 산출함으로서 증기조건 변동성을 고려함과 동시에 에너지이용률 향상을 감안한 적절한 소각시설 발전설비 안정적 운전범위를 확인하였다.

There have been lots of projects on electric power production and district heating in Korea aiming to maximize the use of residual heat by developing technology of waste heat recovery and disseminating it. However, considerable amount of residual heat is lost or emitted into the air depending on conditions and methods of installing power generating station in refuse incineration plant, which led to considerable economic, environmental and social loss in Korea that heavily depends on foreign countries for energy. The purpose of this study is to find out a way that can improve the continuous use of residual heat by producing additional electric power as well as hot water and newly installing steam turbine.
For this study, specific refuse incineration plant was selected to build basic model and the changes in output according to systems in four cases of design change to power generating station in refuse incineration plant by using Gate Cycle which is commercial program. Energy utilization rate, profit, reduction of crude oil import depending on installation of steam turbine number of DH Heater and installation method (series, parallel) and conversion of certified emission reductions to cost were analyzed in case 0～3.
Improvement of energy utilization rate, economic effect and environmental effect concerning a way to improve facilities which can meet standard condition of electricity and heat output by securing system stability in the case of emergency without affecting steam production even when steam turbine or heat exchanger for district heating runs in an abnormal way or it does not operate by making good use of steam detour pipeline and various valves considering system stability were drawn based on analysis of output according to fields from Case 0 to Case 3. While Case 0～3 met output standard condition in the case of normal operation, output amount showed a difference in cases depending on method of improving facilities when considering annual loss caused by non-use of residual heat if a plant runs in an abnormal manner and among cases, Case 3 showed the highest output.
For Case 3 system, this study verified the changes in output of heat and electric power depending on pressure, temperature, and scope of change in steam flux that are main factors of steam conditions in residual heat by making good use of actual operating data and validated stable and appropriate operation scope of power generating station in refuse incineration plant that considered a change in steam condition and improvement of energy utilization rate by calculating appropriate adjusting scope of influx and distribution ratio between newly installed DH Heater(first heater) and existing DH Heater (second heater).