‘폐기물 고형연료 연소시 생기는 연소 장애 요인 극복’
한국에너지기술연구원 배달희 박사는 폐기물 고형연료 연소시 생기는 연소장애물질 (유동장애, 효율 저감 및 온도저감, 설비의 부식 및 손상, 안정적 운전 부재 및 저효율, 고온부식)이 제거 가능한 순환유동층보일러 기술을 개발했다.
현재 발전소에 가장 많이 사용되고 있는 기술은 미분탄 보일러(PC, Pulverized Combustion)로, 잘게 빻은 석탄(70μm이하 크기)을 분사해 태우는 방식이다. 하지만 연료 사용이 제한적이고 높은 연소 온도 때문에 질소산화물(NOx)의 배출량이 많으며, 별도의 탈황설비를 필요로 하는 등 경제·환경적 부담이 크다.
반면 연료가 완전히 연소 될 때까지 지속적으로 순환시키는 순환유동층(CFB, Circulating Fluidized-bed) 보일러는 불활성 유동 매체(유동사)를 활용해 낮은 연소 온도를 유지함으로써 질소산화물 배출량이 적다.
또 저급탄이나 바이오매스 같은 연료를 사용할 수 있으며, 석회석을 통한 탈황도 가능해 비용과 환경 부담을 동시에 덜어낼 수 있는 것이 장점이다. 이로 인해 미국, 중국 등 저급탄 생산국을 중심으로 순환 유동층 보일러 수요가 늘어나고 있다.
기존 순환유동층보일러 연소방식은 연소 공기를 하단으로 공급하여 유동 물질을 유동화한 후, 연소로 내에서 연료와 유동물질의 혼합된 상태로 연소 되는 방식이어서, 고열량의 SRF 연소의 경우 클링커 발생 우려가 있고, 점성 유체(슬러지) 투입의 경우 층 내 혼합이 원활하지 못하다. 또한, 공기량의 변화에 따라 순환유동층보일러 내에 유속변화가 생겨 고체입자가 연소로 하부에 정체되어 쌓였다 흘렀다를 반복하게 하게 되어 연소에 부정적인 영향을 일으키게 된다.
배달희 박사팀이 개발한 연소장애 극복이 가능한 순환유동층보일러 기술은 “연소로 하부에 쌓이는 불연물을 연속적으로 경사형 공기분산판을 이용하여 제거하고, 연소로와 사이클론 사이의 경사면에 쌓이는 순환입자를 방지하여 일정하게 순환량을 유지 시킬수 있다”고 전했다.
또한, “가볍고 연소시간이 긴 탄소 성분이 충분하게 연소될 수 있게 할 뿐 아니라 염소성분을 포함하고 있는 비산재의 클링커 생성을 억제하거나 생성된 클링커를 제거하여 열교환기 내의 전열관(스팀과열기)에 침적되지 않도록 함으로써 튜브의 고온부식을 감소시킬 수 있다”고 밝혔다.
한편, 본 기술은 2016년도 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구과제 (과제명 : 50t/d이상 상용급 고형연료 사용시설 효율향상을 위한 연소장애 극복 기술 개발)]를 통해 개발되었으며, 과학기술정보통신부 산하 공공연구성과사업화 촉진기관인 과학기술일자리진흥원과 정부지정 기술거래기관인 ㈜내비온을 통해 기술사업화를 위한 수요기업을 탐색하고, 기술이전을 통해 사업화를 추진할 예정이다.