극한조건에서의 NOx 저감특성에 대한 실험적 연구

질소산화물은 2차 미세먼지를 발생시키는 유발물질로 폐기물 소각장, 화력발전 등의 분야에서 질소산화물 저감을 위해 많은 연구가 진행되고 있다. 질소산화물을 저감시키는 탈질기술은 연료 다단법(fuel-staging), 공기다단법(air-staging), 저 NOx 버너(low-NOx burner) 등과 같이 연소로의 운전 변수를 조작하여 NOx 생성을 억제하는 1차 저감법과 선택적 비촉매 환원법(SNCR; selective non-catalytic reduction)과 선택적 촉매 환원법(SCR; selective catalytic reduction)과 같이 공정 내 연소가스의 흐름에 특정 기술을 적용하여 NOx를 전환하거나 포집하는 2차 저감법이 있다. 2차 저감법은 별도의 장치나 첨가제를 필요로 하여 1차 저감법에 비해 비용적 측면에서 불리하지만, NOx 저감 성능은 우수하기 때문에 NOx 저감을 최대화하고 비용적 측면을 최소화하기 위해 1차 저감법과 2차 저감법을 함께 사용하는 것이 유리하다. 그로 인해, 1차 저감을 통해 생성이 억제된 낮은 농도의 질소산화물 조건에서 SNCR 및 SCR을 사용할 시, 저감 효율 및 특성을 분석하는 것이 필요하다. 이에 본 연구에서는 다양한 농도의 질소산화물을 대상으로 SCR 및 SNCR의 특성에 대해 파악하였다. 첨가제는 1요소수를 사용하였고, 질소산화물은 10, 25, 50, 100, 200 ppm의 조건으로 반응기 온도 및 첨가제 양에 따른 질소산화물 저감특성을 비교 분석하였다. SNCR NOx 저감 실험은 반응기 온도 800-950℃의 조건으로 진행되었고, 요소수는 10 wt.%, 40 wt. %를 사용하였다. 요소수의 NSR은 3.0으로 고정하였고, 프리히터를 통해 예열된 CO2 가스를 통해 요소수를 가스 상태로 투입하였다. SCR NOx 저감 실험은 반응기 온도 200-300℃의 조건으로 진행하였고, 첨가제 및 실험조건은 SNCR 실험과 동일하게 진행하였다. 실험결과 SNCR의 경우 800℃의 온도조건에서는 NOx 저감 효율이 약 65 %로 NOx 농도에 큰 영향을 받지 않았다. 하지만, 900℃의 조건에서는 NOx 농도가 낮아질수록 저감효율이 약간 감소하는 경향을 보였다. SCR 실험은 200℃와 300℃의 반응기 조건에서 모두 NOx 농도가 낮아질수록 저감 효율이 감소했지만, 출구에서의 NOx 농도는 1-5 ppm 으로 거의 모든 NOx가 제거되는 결과를 보였다.