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초저NOx 석탄 연소버너의 개발과 실기 적용

전문가 제언: ○ 미분탄버너는 연소율에 관계되는 공기와 미분탄을 양호하게 혼합시켜 최소의 과잉공기에 의해 짧은 화염으로도 완전연소가 가능하고 NOx 생성이 적게 생성되는 구조이어야 한다. 한편 발전용 대형 보일러 플랜트에 미분탄연료를 사용할 경우 발생되는 NOx는 미분탄 중에 포함된 N성분이 연소과정에서 산화되어 생성되는 연료 NOx(fuel NOx)와 연소과정에서 공기 중의 N성분이 고온연소 구역에서 산소와 반응하여 발생하는 열적 NOx(thermal NOx)로 나눌 수 있다.

○ 열적 NOx는 고온에 의해 대기 중의 질소와 산소가 결합하여 생성되며 연소과정에서 1,200℃ 이상의 고온에서 많이 발생하고 1,500℃ 이상의 고온에서는 급속하게 발생량이 증가한다. 한편 연소영역의 산소농도가 높을수록 고온에서 연소가스 체류시간이 길수록 발생량이 많다. 따라서 열적 NOx의 저감을 위해서는 평균 화염온도를 낮추는 것이 중요하다. 한편 연료 NOx는 연소온도와는 무관하며 공기와 연료의 과잉공기비에 영향을 받는다.

○ 보일러 플랜트에서 발생하는 NOx의 90∼95%는 NO형태로 배출되며 연도를 통해 대기로 방출되는 경우는 NO2로 산화된다. 또한 NO2는 햇빛의 자외선과 탄화수소 라디칼(hydrocarbon radical)과 반응하여 광화학 스모그와 산성비를 불러일으킨다. 미분탄버너의 개조에 의한 NOx의 저감은 복수의 버너에 대해 연료과다 영역, 공기과다 영역에 대한 과잉 공기의 상호조절 및 제어로 이뤄지기도 한다.

○ 본고에서 소개한 초저NOx 석탄 연소버너는 NOx의 생성과 저감에 관련된 각종 기본이론을 전산유체역학에 접목시켜 새로운 개념의 기술을 개발한 것이다. 또한 이를 다시 대규모 연소시험과 조합하여 실증단계를 거쳐 실용화하였다. 한편 요즈음 사회적 요구에 의하여 우리나라 정부는 물론 여러 기업체에서도 저NOx 버너의 개발과 활용에 많은 관심을 가지고 있다. 석탄 연소와 저NOx 버너의 기술개발 혹은 운용에서 본고의 내용은 참고할 가치가 있을 것으로 생각한다.

저자: Keigo Matsumoto, et al.
자료유형: 니즈학술정보