저녹스란?
저녹스(Low NOx) 기술은 질소산화물(NOx)의 배출을 최소화하는 연소 및 후처리 기술을 통칭합니다. 질소산화물은 연료의 연소 과정에서 생성되는 질소와 산소의 화합물로, 일산화질소(NO)와 이산화질소(NO₂)가 주요 구성 요소입니다. 이러한 물질들은 대기 중에서 광화학 스모그, 산성비, 미세먼지 생성의 주요 원인이며, 호흡기 질환 및 심혈관 질환 등 인체에도 유해한 영향을 미칩니다. 따라서 저녹스 기술은 환경 보호 및 국민 건강 증진을 위해 필수적인 기술입니다.
질소산화물 생성 메커니즘
질소산화물은 생성 메커니즘에 따라 크게 세 가지로 분류됩니다.
- Thermal NOx (열적 NOx): 고온 연소 환경에서 공기 중의 질소와 산소가 반응하여 생성됩니다. 연소 온도가 높을수록 생성량이 증가합니다.
- Fuel NOx (연료 NOx): 연료에 포함된 질소 성분이 연소 과정에서 산화되어 생성됩니다. 석탄, 중유 등 질소 함량이 높은 연료를 사용할 경우 생성량이 많아집니다.
- Prompt NOx (즉시 NOx): 연소 초기 단계에서 연료의 탄화수소와 공기 중의 질소가 반응하여 생성됩니다. 비교적 생성량이 적습니다.
저녹스 연소 기술이란?
저녹스 연소 기술은 주로 Thermal NOx의 생성을 억제하는 데 초점을 맞추고 있으며, 다음과 같은 방법들이 사용됩니다.
- 저온 연소: 연소 온도를 낮추는 것이 Thermal NOx 생성을 줄이는 가장 효과적인 방법입니다. 단, 연소 효율 저하 및 미연소 가스 발생 가능성을 고려하여 최적의 온도를 유지해야 합니다.
- 단계적 연소 (Staged Combustion): 연료와 공기를 단계적으로 공급하여 연소 영역을 분할하고, 각 영역의 온도를 제어하여 NOx 생성을 억제합니다. Over Fire Air (OFA) 방식과 Burner Out Of Service (BOOS) 방식 등이 있습니다.
- 배기가스 재순환 (Flue Gas Recirculation, FGR): 배기가스의 일부를 연소실로 다시 주입하여 연소 온도를 낮추고 산소 농도를 희석시켜 NOx 생성을 줄입니다. 외부 FGR과 내부 FGR 방식이 있습니다.
- 연료 분사 방식 개선: 연료와 공기의 혼합을 최적화하여 완전 연소를 촉진하고 NOx 생성을 줄입니다. 저 NOx 버너를 사용하는 것이 효과적입니다.
저녹스 후처리 기술
연소 과정에서 NOx 생성을 최소화하더라도 일정량의 NOx는 배출될 수밖에 없습니다. 따라서 배출되는 NOx를 추가적으로 저감하기 위해 후처리 기술이 사용됩니다.
- 선택적 촉매 환원 (Selective Catalytic Reduction, SCR): 촉매를 이용하여 배기가스 중의 NOx를 질소(N₂)와 물(H₂O)로 환원하는 기술입니다. 환원제로는 암모니아(NH₃)나 요소(Urea) 수용액이 사용됩니다. NOx 제거 효율이 높지만, 촉매의 가격이 비싸고 운영 및 유지보수에 비용이 발생합니다.
- 선택적 비촉매 환원 (Selective Non-Catalytic Reduction, SNCR): 촉매 없이 환원제를 배기가스에 분사하여 NOx를 환원하는 기술입니다. SCR에 비해 NOx 제거 효율은 낮지만, 설치 비용이 저렴하고 운영이 간단합니다.
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저녹스 기술의 적용
저녹스 기술은 발전소, 산업용 보일러, 소각로, 자동차 엔진 등 다양한 분야에 적용되고 있으며, 점차 적용 범위가 확대되고 있습니다. 각 분야별로 NOx 배출 규제가 강화됨에 따라, 저녹스 기술의 중요성은 더욱 커지고 있으며, 관련 기술 개발 또한 활발하게 진행되고 있습니다.
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