연소반응장에서의 질소산화물 제어 특성

Characteristics of de-NOx Control in Combustion Furnace

미세먼지는 우리 생활과 건강에 밀접한 관계가 있으며, 2013년에 세계보건기구 산하 국제암연구소에서 미세먼지(PM10, PM2.5)를 1군 발암물질로 지정하였다. 미세먼지를 이루는 성분은 대기오염물질이 공기 중에서 반응하여 형성된 덩어리(황산염, 질산염 등)와 연소과정에서 발생된 탄소류와 검댕과 흙먼지 등에서 생기는 광물 등으로 구성된다. 그중에서 질소산화물과 황산화물 그리고 암모니아 등에서 발생된 대기오염물질 덩어리가 58.3%로 가장 높은 비율을 차지하고 있다. 본 연구에서는 연소반응장에서 발생되는 질소산화물 제어에 대한 것으로서 발생 자체를 최소화 할 수 있는 최적제어 방법들과 발생된 질소산화물의 최적 제거에 대한 방법들에 대해 조사하였다. 연소반응장에서 질소산화물의 생성은 분자 또는 원자 상태의 질소가 산소에 의해 산화되어 생성되는 Thermal NOx와 연료 중에 탄화수소 화합물로 결합되어 있는 질소가 고온 분위기에서 산화되어 생성되는 Fuel NOx 그리고 연소 중에 탄화수소 라디칼과 질소의 농도에 비례하여 생성되는 Prompt NOx로 구별되는데, 폐기물 연소에서의 NOx는 주로 Fuel NOx와 Thermal NOx에 기인된다. 폐기물 연소에서 사용될 수 있는 질소산화물의 제어기술은 최적연소기법, 화염온도를 낮추고 높은 온도에서의 체류시간을 줄이는 방법, 저 과잉 공기 연소방법, 약품을 사용하는 방법 등이 있다. 연소장에서 질소산화물 생성을 최소로 발생시킬 수 있는 조건을 만드는 것이 중요하며, 이러한 조건을 만들기 위해 최적연소기법(combustion optimization), 저과잉공기(less excess air), 다단연소(Air Staging), 연소가스재순환(FGR) 방법을 동시에 적용하여 최소발생을 유도하도록 하며, 발생된 질소산화물의 제거는 선택적비촉매환원(SNCR) 기술과 선택적촉매환원(SCR) 기술 등을 활용한다. 연소반응장에서 과잉공기를 줄이고 공기배분의 최적화와 연소가스재순환 기술적용과 선택적비촉매환원(SNCR) 기술만으로도 30ppm 이내로 제어가 가능할 것으로 판단되며, 선택적촉매환원(SCR)을 추가하게 되면 한자리수의 매우 낮은 농도제어가 가능할 것이며, 최적제어에 의한 최소발생은 약품사용량과 암모니아 슬림(slip)을 최소화시킴으로서 경제성과 대기질 향상에도 기여할 것으로 판단된다.