중국은 매년 천연가스 소비량이 2,000억m³을 초과하고 가스용 보일러 설치 총 수량만 50만대를 초과하는 큰 시장이다.
질소산화물과 미세먼지와의 관계에 관한 최신 연구 결과에 따르면 NOx농도에 비례해 PM2.5 미세먼지가 형성되는 영향이 50%에 육박한다는 것을 표명했으며 질소산화물 1톤 감소는 미세먼지 0.13% 감소 효과가 있다는 미국 캘리포니아대학의 모의 계산 결과에 근거해 질소산화물 감소는 대기질 개선에 매우 중요한 인자임을 중국정부가 인지했다. 강화된 보일러 배기가스 NOx농도 배출기준을 실시한지 1년이 지난 시점에서 개최된 2016년 북경 ISH 전시회는 전세계의 저NOx 연소기술의 각축전이라는 기대를 주기에 충분했다.
2015년 7월1일 발효된 북경시 ‘보일러 대기오염물배출표준’ DB 11/139-2015은 2017년 3월31일까지 신규 설치 보일러는 NOx 80mg/m³(40ppm) 이하, 2017년 4월1일부터 신규설치 보일러는 NOx 30mg/m³(15ppm) 이하로 제한하고 있다. 기존 보일러의 경우 2017년 3월31일까지 NOx 150mg/m³(75ppm) 이하, 2017년 4월1일부터는 NOx 80mg/m³(40ppm) 이하로 교체해야 한다. 현재 북경시에 설치된 가스보일러의 50% 이상은 NOx 배출농도가 150mg/m³을 초과하고 평균 NOx배출 농도는 138mg/m³(67ppm)인 것으로 확인됐으며 거의 100%에 해당하는 설치된 보일러가 개조 대상인 셈이다.
에너지 낭비없이 저NOx 연소를 구현하는 기술 즉, 최소한 종래형 버너와 동급의 열효율을 발휘하면서 NOx 15ppm을 달성하는 단일기술로는 현재까지 한국의 버너제조사 수국의 Diffusion 방식의 SULX타입 저NOx버너 외에는 없다. 미국의 캘리포니아 지역의 9ppm 이하 NOx배출기준 다음으로 엄격하다고 할 수 있는 15ppm(30mg/m³)기준을 중국정부가 과연 어떤 기술적인 판단으로 2017년 4월1일부터 신설되는 보일러에 적용하는 배출기준으로 결정했을까 궁금했다.
유일하게 단일 기술로 15ppm 이하를 달성하는 기술인 표면연소 Premix타입 버너가 미국의 SCAQMD적용 지역에 유행하고 있지만 이 버너는 첫째 과잉공기율이 높아 에너지효율이 종래형버너에 비해 현격하게 떨어진다는 단점과 둘째 표면연소 버너의 내부 공간에 큰 부피를 차지하고 있는 가스와 공기가 예혼합된 폭발성 기체가 존재해 안전에 심각한 문제점이 있어 미국의 SCAQMD적용 지역 외에는 쓰지 않는다.
세번째 문제점으로는 표면연소는 메탈화이버와 같이 미크론 단위의 홀(hole)을 가진 금속망 표면에서 연소가 이뤄지는데 공기와 가스를 혼합하기 위한 송풍기에 빨려들어오는 연소용 공기 중 먼지가 두 달도 못가서 홀(hole)을 막아버리는 현상 때문에 연소용량이 감소하는 현상이 생기고 이를 막기 위해서 송풍기 흡입측에 미세먼지 필터를 장착하는데 번거로울 정도로 매우 자주 청소를 해줘야 한다.
현재까지 개발된 단일 기술로는 제1세대 기술인 Air Staging 기술, 제2세대 기술인 Gas Staging 기술, 제3세대 기술인 Internal Flue Gas Recirculation 기술, 제4세대 기술인 Lean Premix 기술 등이 있다.
이에 따라 현재 사용되고있는 단일 기술로는 2세대, 3세대 기술뿐이라해도 과언이 아니다. 실제로 수관식 보일러에 적용되고 있는 제2세대 기술은 단일 기술로는 30ppm 이하를 보증할 수 있는 기술이 최고 수준이며 해당버너로서는 이번 북경 ISH에 전시된 Oilon 버너가 전시됐다.
노통연관식 보일러에 단일 기술로 최고 수준인 제3세대 기술은 대부분 유럽 버너가 채택하고 있는 기술인데 이번 전시회에는 독일 Weishaupt 버너는 출품했다. 이에 반해 이탈리아 Riello, Baltur, Unigas, 독일의 Elco 등은 출품하지 않은 것이 아무래도 북경 최신기준인 15ppm 이하를 만족할 수 있는 제품이 없기 때문이 아닌가 생각이 들었다.
그러나 출품한 독일 Weishaupt 버너도 지난 3월 이탈리아에서 열린 밀라노 냉난방 전시회 MCE에는 등장하지도 않았던 복합 기술 적용의 제품이 등장했다.
돌다리도 두들기면서 매우 신중하게 간다는 독일인들도 어지간히 급했던지 중국시장을 겨냥한 행보에서는 매우 발빠르게 중국전시회에 제품을 출품한 것이다. 다른 기술이 아니라 보일러 배기가스 연도에 별도의 관을 버너 송풍기 흡입측에 연결, 배기가스 외부 재순환기술을 기존의 30ppm NOx보증 저NOx버너에 복합화한 것이다.
배기가스 외부재순환 비율(연소용 공기에 대한 재순환되는 배기가스량의 비율을 말하며 이하 FGR%라고 칭함)을 높이면 NOx 발생량이 감소되는데 대략 FGR% 10~15% 정도이면 발생 NOx 의 50%를 줄일 수 있으므로 기존의 30ppm 버너에 외부 FGR 기술을 접목하면 쉽게 15ppm을 달성할 수 있다고 생각한 것이다.
그러나 이 기술은 Premix 타입 표면 연소버너와 함께 미국의 SCAQMD 적용지역에서만 사용되고 있는 또 하나의 기술인데 유럽, 일본, 한국 등 전세계 다른 지역에서는 잘 사용되고 있지 않은 기술이다. 왜냐하면 겨울철 대기온도가 비교적 높은 미국 캘리포니아 지방에서는 이 기술을 적용하더라도 응축수 발생이 없으나 중국 북경처럼 겨울철 기온이 낮은 지역에서 보일러 부하가 낮은 상태로 운전되면 외부 재순환되는 배기가스가 응축돼 송풍기 흡입측에 그대로 빨려들어가 문제를 일으키기 때문이다.
또 한가지 이 기술의 문제점은 외부재순환으로 추가되는 배기가스량 만큼 총 연소실로 인입되는 연소가스량이 증가하기 때문에 기존의 보일러 연소실에 정격 연소량을 다 투입할 수가 없다는 약점을 가지고 있다. 그래서 이번 전시회에 출품한 미국, 유럽의 버너 회사, 그리고 이를 따라하는 중국 일부 버너회사가 이 기술들을 선보였는데 이러한 방식의 기술 운용경험이 많은 미국의 버너회사가 응축수 문제점을 해결하기 위해 보일러 부하율을 항상 80% 이상 유지해야 된다는 조건을 제시하고 있다.
다시 말해 미국의 캘리포니아 지방과 기온이 비슷한 중국의 상해지역에서만 사용가능하다는 것이다. 이처럼 매우 심각한 약점을 가진 기술을 유럽 및 중국의 버너회사들이 시간에 쫓겨 급조한 기술한 것으로 보여지며 과연 소비자들에게도 현실적인 문제점을 잘 알려줄 수 있을지는 의문이 들었다. 연구소에서 성공했다고 모두 실용적인 기술이 될 수는 없는 것이 현실이기 때문이다.
이에 반해 수국의 SULX타입 저NOx 버너는 Prompt NOx 발생이 되지 않도록 Rapid Mix 기술과 Thermal NOx 발생을 감소시키는 기술인 연소실내에서 Self Reciculation되는 기술을 극대화한 복합 기술을 접목한 노통연관식 보일러용 SULX 타입의 저NOx버너와 Gas Staging 기술과 Advanced Self Reciculation의 복합화로 수관식 보일러용 SULX 타입의 저NOx버너 두 종류 모두다 위에 얘기한 다른 경쟁사들이 개발한 버너들의 문제점들은 하나도 없이 사용 가능한 유일한 버너이다. 배기가스 외부 재순환 배관 공사등이 필요 없으므로 버너 개조비용도 저렴한 세계 최고 기술의 버너임을 이번 북경 ISH 전시회를 통해 다시 한번 느낄 수 있었던 좋은 기회였다.
Advanced Self Reciculation: 윈드박스 내부의 공기 유동구조를 벤추리 형상화해 연소용 공기의 분출속도를 높이면 높아진 공기분출 속도로 인해 베르누이의 원리에 의해서 노내압 보다 낮아진 압력이 만들어지는데 이것이 연소실내의 연소가스를 유인하게 되고 결국 연소용공기와 혼합이 돼 배기가스 외부 재순환과 동일한 효과를 일으켜서 NOx 발생을 50% 절감하는 기술.
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