지구 온난화를 방지하고 온실가스 배출을 감축하여 탄소중립을 달성해야 한다는 전 세계적 요구에 따라, 암모니아(NH3)는 특히 석탄 화력 보일러에서 화석연료를 대체할 유망한 무탄소 연료로 주목받고 있다. NH3 연소는 대부분 기존 시스템에 연료를 추가하는 방식으로 수행되므로, 기존 시스템에서 NH3 연소를 효율적으로 활용하기 위해 NH3 혼소(co-firing)의 거동을 이해할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 석탄 화력 보일러를 대상으로 한 NH3 혼소 및 NOx 저감 전략에 대한 최신 연구를 종합적으로 검토하고, 화학 반응 및 NOx 메커니즘에 대한 기초적인 조사를 수행하였다. 석탄과의 NH3 혼소에서 화염 전파 속도는 주변 조건(연료 과잉/과소)과 석탄의 종류(연료비 고/저)에 따라 달라진다. NH3 혼소 동안의 NOx 배출은 특정 조건을 제외하면 증가하는 것으로 보고되어 왔다. 공기단계연소(air-staged combustion), 2차 연료 분사(secondary fuel injection), MILD 연소, 다공성 매질(porous medium) 적용과 같은 고도화된 기술들이 NH3 혼소로 인해 발생하는 높은 NOx 배출을 저감하기 위한 방안으로 논의되었다. 또한 NH3 혼소가 성능, 회분 침착, 그을음, H2S 생성 및 경제성 분석에 미치는 영향이 논의된다. 본 연구는 NH3 혼소의 특성을 분석함으로써 최적 조건을 도출하는 데 기여하며, 저 NOx 배출과 더 나은 성능을 달성하기 위한 NH3 혼소의 기술적 과제와 향후 연구 전망을 제시한다.

바이오매스(예: 목재칩 및 펠릿)를 간벌목과 초본성 바이오매스로 대체하는 것은 친환경적이고 경제적으로 유리하지만, 이를 식물 보일러에 직접 사용하는 경우에는 슬래깅과 파울링을 포함한 재(ash) 관련 문제와 연관된다. 본 연구의 목적은 고체연료 발전소 보일러의 맥락에서 재 제거 처리(재 없는 바이오매스(ashless biomass, ALB))가 미치는 영향을 규명하는 데 있다. 재는 바이오매스 재에 포함된 금속 이온과 카복실산을 중화함으로써 제거하였다. K, Na, Cl의 재 제거율은 재 제거 처리 전후의 총 바이오매스를 평가하고, XRF 분석을 통해 확인하였다. 분말 석탄(서브비트미노스 석탄)과 ALB 처리 바이오매스의 동시연소(co-combustion)는 드롭 튜브 퍼니스를 사용하여 분석하였으며, 그 결과 NOx와 SOx 값은 약 10 ppm 오차 범위 내에서 수렴하는 것으로 나타난 반면, 미연탄소(Unburned Carbon, UBC) 데이터는 뚜렷한 경향을 보이지 않았다. 슬래깅과 파울링과 관련된 요인들(포집 효율(capture efficiency, CE) 및 에너지 기반 성장률(energy based growth rate, GRE))을 계산하였다. 전처리 없이 모든 바이오매스 시료는 V자형 변화를 보였다. 반면, 재 없는 바이오매스(ALB) 시료에서는 CE와 GRE가 점진적으로 감소하였다. 따라서 ALB 기법은 보일러에서의 슬래깅과 파울링을 최소화하여, 재 침착과 관련된 내부 부식을 저감하고 보일러의 경제적 운전을 향상시킬 수 있을 것으로 사료된다.