에기연-㈜에스에이시, 핵심기술 독자적 확보
'철강공정용 CO2 저감형 순산소 연소 가열로'는 과학기술부 21세기 프론티어연구개발사업의 일환으로 추진되고 있는 이산화탄소저감 및 처리기술개발사업단(단장 박상도)의 지원으로 철강공정용 열설비 전문기업인 (주)에스에이씨(대표이사 한형기)와 한국에너지기술연구원(원장 한문희)이 순수 국내 기술로 공동 개발했다.
현재 철강공정에서 사용되는 공기를 이용한 가열로는 연소 후 배기가스에 의한 열손실이 커서 에너지이용효율이 35% 정도로 에너지 소비가 많고 이산화탄소 배출량도 많다.
이같은 단점을 해결하기 위해 사용되는 ‘순산소 연소 가열로’는 말 그대로 산화제로 산소만 사용하기 때문에 연소 후 배기 가스량이 적고, 연소온도가 높아 에너지이용효율 향상, 에너지소비 절감 및 CO2 배출량을 저감하는 효과가 있다.
특히 일부 유럽국가에서 사용하는 순산소 연소 가열로와 달리, 국내 기술로 개발된 가열로는 조업 조건에 따라 연소 후 배기가스를 재이용해 조업온도를 제어할 수 있는 기능과 배기가스 응축기를 통해 CO2를 고농도(95% 이상)로 회수할 수 있는 기능을 통합한 것이 특징이다.
아울러 순도 93~94%인 산소를 사용해도 질소산화물(NOx)의 생성을 동일한 선진국 기술의 약 5분의 1 수준인 10mg/MJ 이하로 현저히 낮출 수 있는 세계 최고수준의 가열로로, 가열로 이외에 석유화학공정의 고온 반응로, 비철금속 용해 및 용융소각 등에도 적용이 가능하도록 개발됐다.
개발된 순산소 연소 가열로는 국내 대표적 철강기업인 POSCO, 현대제철, 두산중공업, 세아베스틸 및 동국제강 등에 소개돼 적용을 검토 중에 있는 것으로 알려졌다.
◆개발 배경 = 에너지 다소비 철강산업의 에너지 소비량은 우리나라 총 사용량의 약 10%를 차지하며, 화석연료의 연소열을 이용하는 공정에서의 소비량은 그 중 약 20%를 차지한다.
2006년 현재 국내 조강능력(POSCO 기준)은 약 2700만톤/년으로 이로 인한 이산화탄소 발생량은 약 5400만톤/년 (강재 1톤을 생산하는 데 약 2톤의 이산화탄소 발생)에 이르며, 그 중에서 화석연료의 연소열을 이용하는 열연공정에서 발생하는 이산화탄소 발생량은 약 1100만톤/년에 이른다.
열연공정에 사용되는 가열로(통칭)는 화석연료의 연소열을 이용하는 대표적인 열설비로 에너지 사용량이 많고 여러 대가 근접한 위치에서 운용되기 때문에 연소배가스를 한 군데로 포집해 처리하기가 용이하다.
따라서 가열로의 열효율 향상을 통해 화석연료의 소비를 줄임으로써 이산화탄소 발생을 최소화할 수 있는 연소기술과 발생된 이산화탄소를 저비용 고농도로 포집이 가능한 가열로 기술개발이 요구된다.
◆개발 기술 개요 = 산소연소기술은 공기를 산화제로 사용하는 대신 공기중의 포함된 질소를 제거한 산소만을 산화제로 사용하기 때문에 연소배가스량이 감소해 열손실이 줄고, 연소배가스는 이산화탄소(CO2)와 수증기(H2O) 만으로 구성되므로 복사가열효과가 증대되는 동시에 응축시키면 이산화탄소를 농도 90% 이상으로 쉽게 분리할 수 있다.
개발된 가열로 기술은 연소배가스의 일부를 연속적으로 가열로에 재순환시키는 기능을 통해 가열로내의 온도를 조절함으로써 조업조건에 탄력적으로 대응할 수 있다.
개발된 산소연소기는 일반의 산소제조장치에 의해 생산되는 미량의 질소성분이 함유된 순도 93~95% 산소를 사용하더라도 연소중에 생성되는 질소산화물(NOx)을 선진국 기술의 5분의 1 수준인 약 10mg/MJ 이하로 억제할 수 있는 성능을 갖는다.
이에 따라 이번에 개발된 연소배가스 재순환형 산소연소 가열로는 에너지절감 30%, 생산성 향상 20% 이외에 90% 이상의 고농도 이산화탄소 회수 및 저NOx 운전이 가능해 철강산업에서의 이산화탄소 배출저감과 청정연소효과를 기대할 수 있다.