로 내 탈황, 탈질법 동시 적용에 따른 Lab-scale 순산소 순환유동층에서의 오염물질 발생특성 = Characteristics of Pollutants Formation in the Lab-scale Oxy-CFB System by the Application of In-Furnace deSOx/deNOx Method

국문 초록 (Abstract)

고도화된 산업화로 인해 매년 에너지의 소모량이 급증하고 있으며, 이 과정에서 온실가스 배출량도 함께 증가하였다. 특히, 온실가스 전체 배출량의 약 40%를 차지하고 있는 발전과정에서 발생하는 CO₂는 지구온난화의 치명적인 원인이 되고 있다.
CSS 기술은 이산화탄소를 분리, 압축 및 저장하는 기술을 총칭하는 말로써, 지구온난화 문제에 적절하게 대응할 수 있는 방안으로 각광받고 있다. 특히, 순산소 연소 기술은 이산화탄소의 분리와 포집 과정이 용이하고, 기존 석탄화력 발전소에 적용할 수 있는 유망한 기술로 평가되고 있다. 하지만 순산소 연소는 연소가스의 일부를 재순환하여 재이용하기 때문에 충분히 오염물질을 제거하지 않는다면 재순환 과정에서 공정 내 오염물질의 농축현상이 발생할 수 있다. 농축된 오염물질은 공정 내 설비의 부식 및 효율을 저하시키고, CO₂ 포집 과정에서 별도의 정제설비가 필요하기 때문에 포집 효율을 떨어뜨린다. 따라서 순산소연소 분야에서 연소가스 내 오염물질제어기술은 매우 중요한 역할을 하고 있다.
본 연구는 oxy-CFBC 조건에서 로내 세정법의 적용에 따른 NO_x 및 SO_x의 거동을 살펴보고자 진행되었다. 각각의 오염물질 제거를 위해 요소수를 활용한 SNCR법과 석회석을 활용한 로내 탈황법을 적용하였으며, 각각의 저감기술을 동시에 적용함에 따른 NO_x, SO_x의 상호 영향도 함께 조사하였다. Oxy-CFBC 공정은 연료 투입 및 첨가제 투입장치, 순환유동층 연소로, 사이클론, 열교환기, 백 필터로 이루어져 있으며, 석회석은 석탄 투입구 상단에서 투입하였다. NO_x 제어를 위한 요소수(40% in H₂O)는 반응기 상부에서 하부 방향으로 주입하였다. 그 결과, 순산소연소 조건에서의 석회석 활용한 로 내 탈황은 직접 황산화 과정을 거치기 때문에 반응속도가 상당히 느릴 것으로 예측했으나, 석회석의 투입량이 Ca/S 비 ~2.9의 조건으로 투입된 실험에서의 탈황 효율은 ~90%로 계산됨에 따라 로 내 탈황법을 활용해서 충분히 SO₂를 제어할 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한 석회석 투입량의 증가에 따라 연소가스 내 NO 농도 역시 함께 증가하는 것으로 나타났다. 이는 CaCO₃가 Fuel-N의 산화를 촉진시키기 때문이다. 따라서 SO₂ 제어를 위해 석회석을 활용할 경우, NO의 추가 생성에 대한 고려가 반드시 필요할 것으로 판단된다.