[한국기술뉴스] 인천대학교 황상순 교수 연구팀은 질소산화물의 배출을 대폭 줄이는 마이크로 수소화염 연소버너를 개발했다. 개발된 기술은 인천대학교 산학협력단을 통해 2021년 02월 24일 특허를 출원(출원번호 제1020210025020호)했다. 특허 명칭은 '질소산화물 저감형 가스터빈용 마이크로 수소화염 연소버너’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

질소산화물은 환경적 문제로 인해 법적 규제가 엄격하게 적용되고 있는 물질입니다. 질소산화물은 연소 시스템에서 필연적으로 발생하기 때문에, 질소산화물의 생성을 최소화할 수 있는 연소 관리 기술에 관심이 집중되고 있습니다.

최근 개발된 LPP 연소 기술은 가연한계 근처 온도에서 연소하는 기술로 국부적인 연료 과잉을 막고 고온 영역을 최소화하는 기술입니다. LPP 연소 기술을 사용하면 질소산화물의 생성을 10ppm 이하로 저감할 수 있습니다. 그러나, LPP 연소 기술은 가연한계에서의 예혼합 연소를 사용해 화염 안정성을 보장하기 어렵다는 문제가 있습니다. 예혼합 연소가 불안정하면 압력섭동이 증폭되어 연소기의 수명이 짧아지거나 파손될 위험이 있어, 이를 개선한 새로운 연소 관리 기술이 필요합니다.

인천대학교 황상순 교수 연구팀은 화염체류시간을 최소화하여 질소산화물의 생성을 최소화한 연소버너를 개발했습니다.

LPP 방식의 연소기술처럼 연료인 수소가스와 압축공기를 복잡한 형상의 유로를 통해 예혼합하는 것이 아니라, 수소가스가 압축공기의 유동경로 상에 교차분사시키는 방법을 사용합니다. 따라서 LPP 방식에서 나타나던 블로우아웃, 자발점화, 역화 등의 화염 불안정성에 의한 문제를 개선할 수 있습니다.

연구팀은 3D 수치해석모델을 사용한 시뮬레이션을 통해 개발된 연소버너의 화염안정성과 질소산화물 생성량을 확인했습니다.

개발된 연소버너는 짧고 좁은 범위의 고온 수소화염을 안정적으로 형성하였으며, 질소산화물의 발생을 한 자릿수 수준으로 줄일 수 있었습니다. 또한, 간단한 구조를 지녀 제작 비용과 시간을 절감할 수 있으며 관리하기 편리합니다. 본 발명의 연소버너를 통해 질소산화물의 배출량을 저감시켜 항공기와 기차, 선박 등에 사용되는 가스터빈으로 인한 대기오염을 줄일 수 있을 것으로 기대됩니다.