일반기술

배기가스 재순환을 이용한 산소연소기 및 연소시스템

순산소연소는 산화제로 공기대신 산소를 사용하는 것으로 공기연소에 비해 열효율이 크게 증가하여 연료절감(공기연소 대비 40%이상)이 가능하고, 또한 배가스 중 수증기를 응축함으로써 고농도의 CO2 가스를 쉽게 회수할 수 있어 2005년 2월 발효된 기후변화협약의 대책으로 큰 주목을 받고 있다. 최근들어 공기분리를 통한 산소제조비용 저감과 함께 철강산업, 특히 강재가열로에 그 적용처가 확장되고 있다. 순산소 연소를 강재가열로에 적용하게 되면 생산성증가, 연료량 절감 및 강재 품질향상까지 동시에 달성할 수 있다. 한편, 순산소연소를 하게 되면 이론적으로는 NOx가 원천적으로 제거되지만, 화염온도가 고온인데다 산소제조과정에서의 질소불순물 포함 및 연소실 내 소량의 공기침투 등으로 인해 NOx 발생이 상당하여, 최근 순산소 연소기 설계 시 NOx 제어기술이 중요시 되고 있다. 본 기술은 순산소연소기에 고속분사, 다단연소, 재순환 연소기술 등을 도입하여 고농도의 이산화탄소 회수와 동시에 NOx 저감이 가능한 신연소기술이다.NOx 발생량은 온도에 가장 큰 영향을 받기 때문에 연소기에서 NOx를 저감하기 위해서는 화염온도를 낮추는 것이 가장 중요하다. 종래의 경우에는 화염온도를 감소하기 위해서 과잉공기량을 증가시키는 방법을 사용하고 있으나 산소연소의 경우 산소량을 증가시킬 경우 배가스 중 이산화탄소의 농도가 감소하기 때문에 이 방법의 적용이 불가능 하다. 따라서 배기가스 재순환을 통하여 화염온도를 감소하여야 하나, 재순환 기체의 공급량을 증가시키는 경우 화염의 안정성이 떨어지는 문제가 발생하게 된다. 본 기술은 화염안정성을 증가시키기 위하여 산소를 2단으로 공급하는 기술을 개발하였으며, 배기가스 재순환 시 고온에서의 송풍기 내구성 문제를 해결하기 위하여 송풍기 대신 이젝터를 이용한 재순환 시스템 기술을 개발하였다. 이 과정에서 NOx 발생량을 감소하기 위하여 순산소연소기에 적용하였던 고속분사연소기술을 적용하였다.아래와 같은 경제적인 측면을 고려하였을 때, 순산소연소기의 사업성은 충분한 것으로 생각된다. 특히, 2005년 발효된 교토의정서에 따른 이산화탄소 배출규제로 배출권거래, 탄소세 등의 적용이 본격화 되면 개발된 연소시스템에 대한 수요가 증가할 것으로 예상된다. - 기후변화협약 중 CO2 사용량 감축이행에 따른 비용 등 경제협약 대비- 지구온난화 문제 해결 등 환경협약 대비- 효율적 CO2 회수에 의한 비용절감- 새로운 시장 형성에 대한 시장점유 가능- 예상되는 탄소세 징수 등을 대비- 순산소 연소시스템에 적용되는 고부가가치의 설계용 프로그램 개발