A Study on the Development of $CO_2$ Recycle Oxy-Fuel Combustion Heating System

$CO_2$ 재순환형 산소연소 가열시스템 개발에 관한 연구

An Experimental study was conducted on $CO_{2}$ recycle combustion heating system using pure oxygen instead of conventional air as an oxidant, which is thereby producing a flue gas of mostly $CO_{2}$ and water vapor($H_{2}O$ and water vapor($H_{2}O$) and resulting in higher $CO_{2}$ concentration. The advantages of the system are not only the ability to control high temperatures characteristic of oxygen combustion with recycling $CO_{2}$ but also the possibility to reduce NOx emission in the flue gas. A small scale industrial reheating furnace simulator and specially designed variable flame burner were used to characterize the $CO_{2}$ recycle oxy-fuel combustion, such as the variations of furnace pressure, temperature and composition in the flue gas during recycle. It was found that $CO_{2}$ concentration in the flue gas was about 80% without $CO_{2}$recycle. The furnace temperature and pressure and pressure were decreased due to recycle and the NOx emission was also reduced to maintain under 100ppm.

지구온난화의 주원인인 이산화탄소 배출 규제에 대응하기 위한 온실가스 감축 기술개발의 노력이 전 세계적으로 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 배기가스 중에 $CO_{2}$를 고효율 저비용으로 회수할 수 있는 회수처리기술의 일환으로 효율성과 경제성에 맞추어, 산화제로 공기대신 순산소를 사용하는 $CO_{2}$ 재순환 산소연소 가열로시스템에 관한 실험을 수행하였다. 가재 가열용 연소로 시뮬레이터 및 화염 가변형 버너를 이용하여 $CO_{2}$ 재순환에 따른 로내 온도특성, 압력변화 그리고 배기가스특성을 비교 파악하였다. 실험결과, 배기가스의 대부분은 $CO_{2}$와 $H_{2}O$로 구성되었고, 반복재순환시 배기가스 중의 $H_{2}O$를 응축 분리시켜 고농도($90{\sim}95%$)의 $CO_{2}$를 얻을 수 있었다. 또한 온도를 제어할 수 있는 가능성을 보였고 NOx 배출도 100PPM 이하로 감소시킬 수 있었다.