도시가스 연소에 의한 Nox 제어

1. 도시가스 연소에 의한 Nox제어 1. NOx 일반 2. 한국과 일본의 NOx 배출허용기준 비교 3. 도시가스 연소에 의한 NOx 제어기술 4. 종합의견 및 결론 ‘02.11 presented by breadha

2. NOx 일반 1. 정의 질소산화물에는 안정한 N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5 등과 불안정한 NO3가 존재하며, 대기환경에서 문제가 될 만큼 존재하는 것들은 NO 및 NO2로, 통상 이들 물질을 대기오염 측면에서 질소산화물(NOX)이라 한다. 2. 발생원 (가) 자연적 : 토양중의 세균에 의해 주로 생성된다. (나) 인위적 : 화학물질 제조공정, 질산에 의한 금속 등 처리공정, 화석연료를 사용하는 내연 기관 및 연소 시설 등이다. 3. 인체에 미치는 영향 (가) NO2는 NO보다 독성이 5∼10배정도 강하여 기도와 폐에 영향을 준다. (나) 고농도일 경우는 눈과 호흡기 등에 자극을 주어 기침, 인두통, 현기증, 두통, 구토 등이 나타난다. (다) 노출량이 많을 경우 호흡촉진, 부정맥, 불안감이 나타나고 심하면 폐수종, 혈압상승 등이 나타나 의식을 잃게 되며, 저농도에 장기간 노출되는 경우에도 만성중독으로 기관지염, 폐기종, 위장병, 불면증 등을 일으키며 혈당의 감소 또는 헤모글로빈의 증가 등을 가져온다.

3. 한국과 일본의 NOx 배출허용기준 비교(’02년 기준) ⊙ 한국 ⊙ 일본 ▷ 국내의 NOx배출허용기준 - 사용 연료별로 구분 - 도시가스의 경우 발전용 제외시 허용기준이 없음 - 발전시설을 제외하면 250ppm으로 비교적 느슨함 ▷ 일본의 NOx배출허용기준 - 허용기준치가 엄격함 - 사용 연료별이 아닌 시설별 배출량에 따른 구분

4. 도시가스 연소에 의한 NOx 제어기술 1. NOx생성의 3대 요소 ▷ 화염온도 : 화염온도가 높을수록 생성량 많아짐 ▷ 공기비 : 공기비 1.0보다 조금 클 경우 최대가 됨 ▷ 체류시간 : 체류시간이 길수록 생성량 많아짐 온도의 영향 공기비의 영향 104 104 M=2.0 T=2200˚K T=2600˚K 1.6 103 103 1.2 1.0 2400 NO(ppm) NO(ppm) 102 2200 102 m=1.0 2000 0.8 101 101 1800 0.6 0.4 1 1 103 103 10-2 10-1 101 102 10-2 10-1 101 102 10-3 10-3 10-4 1 10-4 1 체류시간(sec) 체류시간(sec)

5. 연료종류별 Nox배출 비교 100 A중유 80 등유 60 NOx(4% O2기준, ppm) 도시가스 40 20 0 1.4 1.3 1.2 1.0 1.1 공기비 도시가스 연소에 의한 NOx 제어기술 2. NOx생성의 주요 요인 ▷ 연료의 종류 ▷ 공기비(공기과잉계수) ▷ 예열온도 ▷ 화염의 형상 ▷ 버너의 용량 ▷ 연소실 부하

6. 자기순환형 저NOx버너에 의한 NOx 저감례(18t/h 노통연관, 도시가스) 정류판 100 종래형 버너 80 2차공기 1차공기 로내 배기가스 배기가스 60 NOx(5% O2기준, ppm) 40 저NOx 버너 가스 20 0 100 80 60 40 0 20 부하율(%) 도시가스 연소에 의한 NOx 제어기술 3. 자기 재순환형 저NOx BURNER ▷ 이 형식의 버너는 연료와 연소용 공기의 토출에너지에 의해 생기는 흐름에 의해 배가스를 흡입하여 재순환시켜 순환영역에서의 산소농도를 저하시킴과 함께 화염온도를 낮추어 NOx를 저감시킴

7. 2차공기량과 NOx저감율의 관계 (17㎥수냉시로, C중유) 0 1차공기 10 2차공기 Nox저감율(%) 버너 20 30 20 30 10 0 2차 공기량(%) 도시가스 연소에 의한 NOx 제어기술 4. 2단(다단) 연소형 저NOx BURNER ▷ 이 형식의 버너는 연소에 필요한 공기를 단계적으로 공급하여 연소시키는 방식의 버너이다. 예를 들면 첫단에서 이론공기량의 40~80%정도로 공기를 공급하고 2단 또는 3단에서 잔여공기를 공급하여 연소진행을 늦춤으로써 완만한 불꽃을 형성하여 고온영역의 형성을 억제함으로써 Nox의 생성을 저감시킴

8. 연료과잉화염영역 농염연소에 의한 NOx저감례 (30t/h 수관보일러, A중유) 120 종래형 버너 100 NOx저감율(4% O2기준, ppm) 농염연소형 버너 80 100 60 80 60 40 보일러 부하(%) 공기과잉화염영역 도시가스 연소에 의한 NOx 제어기술 5. 농염 연소형 저NOx BURNER ▷ 이 형식의 버너는 연료의 짙은 토출공과 옅은 토출공을 상호 또는 상하로 배치함 으로써 연료과잉 화염영역과 공기과잉 화염영역이 만들어져 전체적으로 완만한 연소가 이루어져 화염온도의 상승을 억제하여 Nox생성을 억제함

9. 0 20 버너 보일러 STACK 40 NOx 저감율(%) 60 80 공기 믹싱장치 100 흡입송풍기 20 15 10 0 5 배가스 재순환율(%) 도시가스 연소에 의한 NOx 제어기술 6. 배가스 재순환방식 ▷ 연소배가스의 일부를 연소용 공기에 혼입시키고 연소용 공기중의 산소농도를 저하 시켜 화염온도를 낮추어 NOx 생성을 제어함 배가스재순환율과 NOx저감율의 관계(노통연관보일러, 등유)

10. 종합의견 및 결론 ■ 종합의견 1. OG는 버너Maker와 함께 버너의 연소성 개선과 NOx 저감을 위한 새로운 버너의 연구개발에 지속적으로 투자해왔다. 2. OG의 투자는 연소성 개선과 NOx 저감이라는 목표아래 지속적인 실험과 Proto-Type의 제작, 또 그에 따른 수많은 시행착오를 거쳐 Maker를 통한 시제품의 출시로 일단락 된다. ▷ 이러한 연구개발 투자는 에너지 진단을 통해 고객의 현재 상태 및 needs를 정확히 파악한 후에 이루어지기 때문에 체계적이고 구체적으로 진행되며, 최종적으로는 신규수요창출 및 고객만족 으로 이어진다. ■ 결론 1. 국내의 연소기의 연구개발 관련 환경은 가정용, 업무용 연소기의 경우 어느 정도 이루어지고 있지만 산업용 연소기의 경우 거의 수입에 의존하고 있으며 일부는 그 수입제품을 개조하는데 그치고 있다. 2. 현재까지는 환경규제정책이 그 명색을 유지하기에는 구체적이지 못하고 조금은 느슨한 감이 있지만 향후 배출총량제의 도입 등 환경규제가 강화될 것으로 사료된다. ▷ 그러므로 당사에서는 장기적인 안목으로 우수한 버너Maker의 발굴과 동시에 콘소시엄의 구성 등을 통하여 연구개발을 위한 바탕을 마련해야할 것이며 도입단계였던 당사의 에너지 진단을 기술적인 보완과 함께 실질적인 수요개발의 tool로서 활용하여 신규수요 창출과 고객만족으로 이어나가야 한다.