350 MW급 중유화력발전소 연소조건 조정에 의한 질소산화물 발생 저감

Abstract

2006년 경 발전회사들은 국내 대기환경 규제치 강화에 따라 탈질설비를 도입하기 시작하였다. 하지만, 탈질 반응기인 촉매 사용수명인 4년에 도달하기 이전에 촉매활성도 저하에 따른 암모니아 주입량 과다 현상과 이에 따른 공기 예열기의 막힘으로 발전운전의 효율 저하 사례가 빈번히 발생하고 있다. 특히, 우리나라 전력거래 중간부하를 담당하는 중유발전소들은 매일 기동·정지를 반복하는 운전 특성으로 촉매 반응 활성도가 저하되는 온도인 298℃이하에 자주 노출된다. 이로 인해 촉매 사용수명 소진 현상은 2∼3년 차 시점부터 발생하며 비정상적인 암모니아 과다 주입과 그로 인한 발전운전 제한 상황이 발생되고 있다. 따라서 질소산화물 발생량에 영향을 주는 연소조건들을 분석하여 근본적으로 탈질촉매 입구 측으로 유입되는 배출가스 중 질소산화물 발생량을 저감하여 촉매 부하를 줄일 수 있는 방안이 필요하다. 기존의 논문들은 질소산화물 발생량을 줄이기 위한 개별 연소기술 적용에 관한 운전방안에 대해 다뤘으나, 효율제한 요소를 고려한 질소산화물 저감 적용 기술은 아직 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구는 질소 산화물 발생량과 관계되는 인자를 분석하고, 이러한 인자들의 상관 연소조건 조정으로 질소산화물 발생량에 어떠한 변화가 있는지를 분석하였으며, 향후 탈질촉매 활성도 저하 시 촉매 입구 질소산화물을 저감하여 운전할 수 있는 대응방안을 제시하였다. 본 연구에서 조정한 연소 조건과 그 결과들은 아래와 같다. 첫째, 배기가스 유량의 불균형 상태에서 연소공기 공급장치의 개도를 조정한 경우로 전체 연소공기 유량은 동일한 상태에서 유량 배분을 조정하는 시험이다. 둘째, 과잉공기률을 감소 조정시킨 경우로 저 과잉공기 연소조건을 유도한 시험이다. 셋째, 재열증기 출구온도 설정값을 조정시킨 경우로 배기가스 재순환량을 증가시켜 보일러 노내 온도 저하를 유도한 시험이다. 이러한 3가지 연소 조건의 조정을 연속적·단계적으로 시행하여 질소산화물 발생량의 변화를 분석하였다. 그 결과 연소조건 3가지를 연속적·단계적 조정하였을 때 모두 질소산화물 발생량을 저감 할 수 있는 조건들을 도출하였다. 따라서, 탈질촉매 사용수명 소진 시점에 비 정상적인 암모니아 주입량 과다 및 발전운전 신뢰도 저하를 막기 위한 탈질설비의 질소산화물 감소하는 방안으로 위 3가지 연소조건 조정을 검토․적용함으로써 발전소 탈질설비 운전을최적화하고 발전소 효율 향상을 위해 본 연구를 수행되었다.