순산소-순환유동층 기술로 굴뚝 없는 석탄발전
순산소-순환유동층 기술로 굴뚝 없는 석탄발전
  • 채덕종 기자
  • 승인 2020.02.13 14:13
  • 댓글 0
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에기연, 산소농도 60%에서 CO2 90% 이상 포집가능한 기술 확보
공기연소 대비 초미세먼지 유발물질 배출도 80% 이상 저감 가능

[이투뉴스] 순산소 연소와 순환유동층 연소 기술이 합쳐져 온실가스 저감은 물론 탈황 및 탈질까지 가능한 미래발전기술이 개발됐다. 대기오염물질 배출이 없어 굴뚝 없는 친환경 석탄화력발전소를 가능하게 할 수 있는 원천기술이라는 평가다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남) 미래에너지플랜트(FEP)융합연구단은 기존 공기연소 대비 초미세먼지 유발물질 배출을 80% 이상 낮추고, 연소 중 이산화탄소를 90% 이상 포집할 수 있는 ‘순산소-순환유동층 연소 기술’ 개발에 성공했다고 12일 밝혔다.

순산소-순환유동층 연소 기술은 공기 대신 산소를 이용하는 순산소 연소와 고온의 순환유동층 연소 기술이 합쳐진 것으로, 이산화탄소 저감은 물론 저급 연료의 이용, 탈황·탈질까지 가능한 발전기술로 평가 받고 있다. 특히 온실가스와 미세먼지 주범으로 평가받고 있는 석탄발전을 친환경 미래발전으로 바꿔 나갈 수 있다는 점에서 주목받고 있다.

순환유동층 연소 공정은 950℃ 이하에서 운전돼 높은 온도를 필요로 하는 다른 화력발전 기술에 비해 열로 인한 질소산화물이 발생하지 않는다. 또 연소로 내 환원제(요소수 혹은 암모니아수) 공급을 통해 탈질이 가능하며, 석회석 입자를 투입하면 탈황까지 가능해 환경설비 부담이 적다.

공기 대신 순수한 산소를 이용해 연소하는 순산소 연소 공정은 기존 화력발전소에 산소 공급과 배기가스 재순환 설비만 추가하면 고농도 이산화탄소를 포집할 수 있어, 다른 CO2 포집기술에 비해 설비 구성이 쉽다. 또 연소 중 발생되는 배기가스 대부분은 재사용함으로써 기존 공기연소 대비 굴뚝으로 배출되는 배기가스 양을 80% 감소시킬 수 있다.

에너지기술연구원이 개발한 기술은 국내 최초로 배기가스 재순환 설비를 적용한 100kWth급 순산소 순환유동층 연소 기술로, 연소 시 사용되는 산소 농도를 60% 이상으로 높여 사용할 수 있는 세계 최고 수준의 기술이다.

▲에기연이 개발한 순산소-순환유동층 발전기술 중 오염물질 저감 및 연소 장애 요소기술.
▲에기연이 개발한 순산소-순환유동층 발전기술 중 오염물질 저감 및 연소 장애 요소기술.

순산소 순환유동층 연소에 사용되는 산소 농도는 효율 향상에 중요한 역할을 담당한다. 현재까지 개발된 순산소 순환유동층 연소 기술은 40% 농도의 산소를 사용하고 있으나, 60% 이상 고농도 산소를 이용하게 되면 연소로와 후단 설비 크기를 줄일 수 있고 이는 건설비와 운영비 절감으로 이어진다.

에기연 연구진은 100kWth급 순산소 순환유동층 연소 시스템에서 산소 농도를 60% 이상으로 운전할 경우 200kWth급의 출력이 발생하는 것을 확인했다. 즉 같은 설비용량 대비 2배의 출력을 낼 수 있어 전체 설비를 줄여도 동일한 효율을 나타낼 수 있게 된 것이다.

개발된 기술은 이외에도 공기 연소와 순산소 연소의 안정적인 전환이 가능해 순산소 연소 중 발생하는 이산화탄소를 세계 최고 수준인 1시간 이내, 90% 이상으로 포집할 수 있으며 공기 연소 시 발생하는 오염 물질 배출도 최소화할 수 있다.

과제 참여자인 FEP융합연구단 문태영 에기연 박사는 “온실가스 감축과 초미세먼지 저감을 위해서는 획기적인 기술개발이 시급하다”며 “순산소 순환유동층 연소 기술에 대한 기본설계, 엔지니어링 및 운영기술을 순수 국산 기술로 확보함으로써 온실가스 원천 분리가 가능한 발전기술 실증화에 기여할 것”이라고 말했다.

한편 이번 기술개발은 국가과학기술연구회가 지원하는 FEP 융합연구사업의 일환으로 진행됐으며, 굴뚝으로 배출되는 이산화탄소와 미세먼지가 없는 친환경 발전소 개발을 목표로 하고 있다.

채덕종 기자 yesman@e2news.com
 


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