한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 이민정 신연소발전연구실 책임연구원팀이 국내 최초로 100% '무수 암모니아'를 이용한 연소 기술 개발에 나섰다고 29일 밝혔다.
무수 암모니아는 질소와 수소로 구성된 액체·기체 상태의 순수 암모니아다. 연구진은 국내 최초로 기존 연료와의 혼합 없이 100% 암모니아만을 이용한 연소기술을 개발한다.
암모니아는 기존 LNG연료 대비 50% 수준의 낮은 발열량과 20% 수준의 연소속도를 가져 연소 안정성을 확보하기 어렵다. 연료에 포함된 질소 원자 탓에 고온 연소 환경에서 질소산화물(NOx) 배출이 증가할 수 있는 문제가 있다.
연구진은 높은 TDR(연소기 운전범위 최소값 대비 최대값 비율)을 갖는 연료 노즐 설계, 폐열을 이용한 암모니아 수소 분해 기술 및 연료 다단연소기술로 연소 안정성을 확보하고 NOx 생성을 억제하고자 한다.
연구진은 연료 노즐 주위 유동 특성, 연소 특성을 고려해 화염을 적절히 제어할 수 있는 연료 노즐 설계 기술을 확보한다. 또 버려지는 고온 폐열을 이용해 기존 연소 공기를 예열하는 기술, 연료 예열을 통한 암모니아 부분분해 기술을 적용한다. 연료 예열로 연소 시스템 열효율을 향상시킬 수 있으며, 암모니아 일부를 반응성이 좋은 수소로 전환시켜 암모니아·수소 혼합연료로 연소속도 향상과 높은 TDR을 확보할 수 있다.
질소산화물 억제에도 힘쓴다. 연료 다단연소 기술을 적용해 연소기에 투입되는 연료를 1차와 2차로 공급한다. 2차 연소에서 암모니아 유량을 효과적으로 제어해, NOx를 질소와 물로 환원시키는 무촉매환원법(SNCR) 프로세스를 극대화하는 전략으로 기술적 차별성을 확보할 예정이다. 관련 특허 출원을 진행 중에 있다.
정학근 에너지효율연구본부장은 “무탄소 연료 암모니아 연소기술 개발을 통해 발전■산업부문의 에너지 다소비 기기 탄소 감축에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
개발 기술은 국내 온실가스 배출의 87%를 차지하는 에너지 부문 연료 연소 시스템의 무탄소 연료 전환 분야에 적용 가능하다. 특히 가스터빈, 화력발전, 철강 가열공정, 석유화학 및 정유 공정, 산업용 보일러 부문의 탄소 배출량 저감에 기여할 것으로 기대된다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
