Nippon Sanso : 【Taiyo Nippon Sanso】Development of Hydrogen

2023년 8월 28일

산업용로용 수소-산소버너 개발

무탄소 연료 및 산소 연소 기술로 CO2 저감에 기여

산업용 용광로의 배출

Nippon Sanso Holdings Group의 일본 산업용 가스 회사인 Taiyo Nippon Sanso Corporation(사장: 나가타 켄지, 이하 "TNSC")이 산업용로용 수소가스 연료를 사용하는 수소-산소 버너를 개발했습니다. 이번 개발로 TNSC의 산소 버너 시리즈(SCOPE-JETⓇ, Innova-JetⓇ, Innova-JetⓇSwing)에서 수소를 연료로 사용할 수 있게 되었습니다. 수소가스를 이용한 연소는 연료에 탄소가 포함되어 있지 않기 때문에 이산화탄소(CO2)가 전혀 발생하지 않습니다. TNSC는 이 기술을 활용해 산업용로 분야에서 수소 에너지의 사회적 구현과 CO2 배출 감소에 기여할 예정이다.

1. 제품 개발 배경

일본에서는 매년 약 11억 2천만 미터톤의 CO2가 배출되며, 그 중 35%가 산업 부문에서 발생합니다. CO2는 많은 산업용 용광로에서 배출됩니다. 일본의 산업용 용광로 수는 약 37,000개로 추산되며, 2050년까지 정부의 탄소 중립 목표를 달성할 예정입니다. 이러한 시설에서는 CO2 배출을 줄이기 위한 조치를 취해야 합니다.

TNSC는 2014년부터 무탄소 연료로서 암모니아에 주목해 암모니아-산소 버너를 개발해 왔다. 수소는 암모니아와 함께 산업용로용 무탄소 연료로 주목받고 있다. TNSC는 고객에게 산업용 용해로 분야에서 CO2 배출을 줄일 수 있는 다양한 옵션을 제공하기 위해 FY2021부터 수소-산소 버너를 개발해 왔습니다.

2. SCOPE-JETⓇ고속산소 랜스버너 개발개요 및 특징

SCOPE-JETⓇ는 초음속 산소 제트를 형성하는 랜스 버너로, 철스크랩 용해용 전기 아크로("EAF")의 에너지 절약 기술입니다. 기존의 보조버너와 달리 SCOPE-

JETⓇ는 제철 공정에서 철스크랩을 전기로에 투입한 직후 '용해단계'에서는 스크랩을 더 빨리 녹이도록 돕는 산소버너 역할을 하고, 스크랩이 녹은 후 '정련단계'에서는 산소랜스 역할을 합니다. 이러한 특징은 EAF 제강 공정의 생산성 향상 및 에너지 집약도 감소에 크게 기여합니다.

SCOPE-JETⓇ를 이용한 수소 연소는 높은 화염 온도와 높은 연소 속도를 가져오므로 버너 근처의 온도가 높아지고 버너의 열 부하를 줄이기 위한 조치가 필요합니다. TNSC 고유의 노즐 구조를 적용하여 안정적인 연소가 가능하며, 천연가스 연료와 동등한 제트 특성을 획득합니다.

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[랜스 모드]

천연가스 80Nm3/h

산소 800Nm3/h

[랜스 모드]

수소 400Nm3/h

산소 800Nm3/h

[버너 모드]

수소 500Nm3/h 산소 800Nm3/h

그림 1 SCOPE-JETⓇ 연소 화염

Innova-JetⓇ 초저NOx 산소부화버너

Innova-JetⓇ는 가열로, 용해로의 에너지 절감 기술로, 배기가스로 인한 열손실을 획기적으로 줄여 에너지 원단위 절감에 크게 기여합니다. 가열로에 산소 부화 연소를 채택할 경우 생성되는 다량의 NOx를 제어해야 합니다. TNSC의 독특한 노즐구조와 다단연소로 NOx 배출을 대폭 감소시키며, 다양한 산업용로에 버너가 적용되고 있습니다.

Innova-JetⓇ를 사용한 수소 연소는 화염 온도를 높여 추가적인 NOx 제어 조치가 필요합니다. 기존 노즐 개념을 수소에 최적화되도록 개선함으로써 NOx 배출을 산업용로에서 사용할 수 있는 수준으로 감소시키고, 천연가스 버너와 동등한 열전달 특성을 획득합니다. TNSC는 현재 유럽의 실제 용해로에서 Innova-JetⓇ에 대한 평가 테스트를 진행하고 있습니다.