대기환경기사 연료대체 — 질소산화물 저감 지도에서의 자리

질소산화물은 만들어지는 길에 따라 이름이 붙는다. 공기 중의 질소가 고온에서 산소와 반응해 생기는 것이 열 질소산화물이고, 이 경로를 젤도비치 기구라고 부른다. 연료에 들어 있던 질소가 산화되어 생기는 것은 연료 질소산화물이며, 연소가 시작되는 초기 단계에서 급격히 만들어지는 것은 프롬프트 질소산화물이다. 그래서 어느 저감법이 어느 기구를 겨냥하는지가 문제의 갈림길이 된다.

열 질소산화물을 겨냥하는 연소법은 온도를 낮추거나 산소를 줄이는 쪽에 모인다. 배기가스 재순환은 배기가스를 연소실로 되돌려 산소 농도를 낮추고 배기가스 자체의 비열이 높아 화염 온도를 떨어뜨린다. 그래서 고온에서 만들어지는 질소산화물을 억제하는 효과가 크고, 재순환비율은 보통 10~20% 수준이며 다른 기술과 병행하기 쉽고 저 질소산화물 버너와 함께 쓰이는 경우가 많다. 희박예혼합연소는 연료에 견주어 공기를 많게 하여 당량비를 1보다 작게 낮추고 최대 화염온도를 2000K 이하로 유지한다. 이 밖에 화염을 나누는 방법과 완만하게 섞는 방법, 수분사도 온도를 낮추는 쪽에 속한다. 당량비를 높인다고 적은 선지는 방향을 반대로 돌린 것이므로 곧바로 걸러낸다.

연료 자체를 바꾸는 일은 이 지도에서 겨냥하는 곳이 다르다. 연료대체는 연료 질소산화물을 다루거나 저탄소 연료로 옮아갈 때 주로 고려하는 것이고, 온도를 낮춰 열 질소산화물을 줄이는 직접적인 저감법은 아니다. 그래서 열 질소산화물 저감법을 묻는 문항과 질소산화물 발생 억제법을 묻는 문항 모두에서 연료대체가 거리가 먼 보기로 등장한다. 다만 연소 조건을 바꾸는 기술과 나란히 놓을 때는 재순환·구조 개량·2단 연소처럼 연소 과정을 다스리는 것이 축이고, 연료를 갈아 끼우는 것은 그 축 밖에 있다는 점을 기억한다.

연소 온도를 다루는 기술이라도 방향을 잘못 잡으면 거꾸로 간다. 연소용 공기를 미리 데우는 예열연소는 연소 효율을 높이지만 화염 온도를 함께 올리므로 질소산화물은 늘어난다. 2단 연소와 저산소 연소, 배기가스 재순환이 저감 기술로 묶이는 것과 정반대이다. 폐가스 소각에서도 같은 갈림이 보인다. 직접화염 재연소기는 폐가스를 고온에서 직접 태우는 방식이라 반응 시간이 짧고 질소산화물이 많이 나오며, 촉매산화법은 백금 같은 촉매를 써서 낮은 온도에서 낮은 농도를 다룬다.

그을음을 막는 일도 결국 혼합과 온도의 문제로 돌아온다. 분무연소기에서는 후류염이 생기게 하고 주위 공기의 유속을 키워 예혼합 화염에 가깝게 만들며, 큰 입경의 액적이 생기지 않게 하여 연소를 고르게 하는 것이 그을음을 줄이는 방법이다. 산소 농도를 높여 포위염 형성을 조장한다는 설명은 이 방향과 맞지 않는다.