황산화물·질소산화물 저감

SOx and NOx Reduction

SOx는 연료 황에서, NOx는 높은 화염 온도에서 주로 나와요. 연료 전환·탈황과 연소 조건·탈질로 줄이는 길이 달라요. 대기오염 저감 기술 문제의 원인-대책 매핑 축이에요. 연소온도와 공기비를 바꿔 NOx 경향을 따라가 봐요.

왜 SOₓ와 NOₓ는 따로 다루는가

황산화물은 연료 속 황에서 나오므로 연료를 바꾸거나 배기가스에서 씻어내야 줄어듭니다. 반면 질소산화물은 높은 화염 온도 자체가 원인이라 연소 방식을 손보는 것이 먼저입니다. 원인이 다르니 저감 전략도 다릅니다.

👀 생성 원리부터 잡기

①연료 NOx: 연료에 든 질소가 산화 → 저질소 연료로 대응

②열적 NOx(thermal): 고온에서 공기 중 N₂ + O₂ → 2NO (온도가 지배)

③급열 NOx(prompt): 화염 전단의 라디칼 반응, 비중은 작음

④황산화물: 연료 황 + O₂ → SO₂ (일부 SO₃), 연료·배연 처리로 대응

연소온도와 공기비가 NOx를 좌우한다

연소온도1600 °C

공기비 m1.2

💡 곡선이 말하는 저감 원리

①연소온도가 높을수록 열적 NOx는 지수적으로 증가한다

②산소가 많으면(과잉공기) 초기엔 NOx가 늘지만, 지나치면 화염이 식어 완만해진다

③그래서 NOx는 약간 과잉인 공기비 근처에서 정점을 그린다

④저감의 핵심 = 화염 최고온도 낮추기 + 산소 농도 조절

저감 기술: 연소개선·탈질·탈황

대기오염물질 저감 기술 분류

SOₓ·NOₓ 저감 기술 체계

⚡ 탈질 두 방식의 차이

①SCR: 촉매(V₂O₅/TiO₂)를 써서 낮은 온도(300~400°C)에서 고효율

②SNCR: 촉매 없이 고온부(850~1100°C)에 환원제 직접 분사, 설비 간단·효율 낮음

③둘 다 환원제로 암모니아(NH₃) 또는 요소를 사용

④온도창을 벗어나면 미반응 암모니아(슬립)가 문제

핵심 반응식과 관계

열적 NOx 생성

N₂ + O₂ → 2NO (고온에서 진행)

화염 최고온도가 높을수록 급증 → 온도 저하가 저감의 핵심

탈질 (SCR/SNCR)

4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O

암모니아로 NO를 무해한 질소로 환원

탈황 (습식 석회석고법)

SO₂ + CaCO₃ + ½O₂ + 2H₂O → CaSO₄·2H₂O + CO₂

석회석으로 SO₂ 흡수, 부산물은 석고(CaSO₄·2H₂O)

연소개선은 NOx가 만들어지기 전에 막는 사전 대책, 탈질·탈황은 이미 생긴 것을 배기에서 제거하는 사후 대책입니다. 두 대책을 함께 쓰면 배출 기준을 안정적으로 만족시킬 수 있습니다.

핵심 정리와 시험 포인트

🎯 시험 포인트

①열적 NOx는 화염 온도가 지배 → 온도 저하가 최우선 저감책

②연소개선: 저NOx버너·2단연소·배가스재순환(FGR)·농담연소

③탈질: SCR(촉매, 300~400°C, 80~90%) vs SNCR(무촉매, 850~1100°C, 40~70%)

④탈황: 습식 석회석고법이 대표, 부산물은 석고, 효율 90% 이상

⑤SOₓ는 연료 황이 원인 → 저황연료·탈황, NOₓ는 고온이 원인 → 연소개선·탈질

📝 대표 기출문제

①[기출유형] 열적 NOx를 줄이는 가장 근본적인 방법은? (답: 화염 최고온도 저하, 2단연소·배가스재순환)

②[기출유형] 촉매를 사용하는 탈질법과 사용 온도는? (답: SCR, 약 300~400°C)

③[기출유형] 습식 석회석고법의 부산물은? (답: 석고 CaSO₄·2H₂O)