Pilot급 복합 열캐리어 연소기의 환경 특성 연구

국문 초록 (Abstract)

SAGD(Steam Assisted Gravity Drainage) 공정은 오일샌드 중에 포함된 중질유 성분인 비튜멘 회수를 위한 대표적인 열회수 기술로서, 대량의 스팀을 안정적으로 공급하는 것이 생산성의 핵심 요소이다. 그러나 기존 보일러 기반 스팀 생산 방식은 연소열이 간접 열교환 과정을 거쳐 물을 가열하는 구조적 한계로 인해 열전달 손실이 크고, 높은 연료 소비와 다량의 용수 사용, CO₂ 및 NOx 배출 등의 환경적 부담을 동반하는 상황이다. 이러한 기존 보일러의 한계를 극복하기 위한 대안으로, 연소기 내부에서 화염과 물이 직접 접촉하여 스팀을 생성하는 DCSG(Direct Contact Steam Generator) 방식의 복합 열캐리어 연소기가 미래기술로 제안되고 있다. DCSG 방식의 복합 열캐리어 연소기는 고온의 화염 및 연소가스가 물과 연소기 내부에서 직접 접촉하며, 중간 열교환기 없이 즉시 스팀을 생성하는 구조를 갖는다. 그리고 이와 같은 구조로 인해 열전달 저항이 최소화되고, 배가스 손실이 크게 감소하면서 스팀 생산 효율이 향상된다. 또한 생성된 스팀과 연소가스가 함께 저류층으로 주입되는 특성상, 일부 연소가스는 지층 내에 잔류 또는 고정되어 대기 배출을 저감할 수 있는 구조적 이점을 가진다. 더불어 연소 과정에서 생성되는 스팀으로 인해 스팀 생산량이 증대됨으로써 수자원 절감 측면에서도 기존 방식 대비 우수한 친환경성을 갖는다고 할 수 있다. 본 연구에서는 Pilot급 DCSG 방식의 복합 열캐리어 연소기를 대상으로 20 bar 조건에서 CNG와 산소를 연료 및 산화제로 사용하여 운전시험을 수행하였다. 시험을 통해 연료 유량, 산소 유량, 연소기 온도, 배가스 성분 및 유량 등의 계측을 통해 DCSG 방식의 복합 열캐리어 연소기가 가지는 환경적인 특성을 평가하고 자 하였다.