전기협회-한전산업개발 공동, ‘KEPIC 환경기술세미나Ⅰ’

◆대기오염물질 배출 최소화를 위한 신기술 적용 환경설비 개선사례=정진경 한국남동발전 차장
최근 세계적인 기후협약 및 미세먼지의 사회 문제화 등에 따라 석탄화력에서 배출되는 대기오염물질을 저감하기 위하여 친환경 청정 에너지원으로의 전환, 기존 석탄화력발전에 대한 대대적인 성능개선 및 환경설비에 대한 투자 등이 진행되고 있다. 이러한 친환경 정책에 따라 발전소 배기가스 배출기준은 한층 강화되고 있으며, 이에 대기오염물질 저감을 위한 다양한 기술 적용이 요구되고 있다.
삼천포화력 5‧6호기는 당초 저유황탄을 연소하는 전용설비로 설계, 건설되어 탈질설비 및 탈황설비가 설치되지 않았으나 최근 석탄화력 발전 미세먼지 정책에 대한 대응, 초미세먼지의 유해성 최소화 및 발전소 설계 당시 대비 연료수급 여건 변화에 따른 탄력적인 대응을 위해 환경설비 개선사업을 추진하였다. 발전소 건설당시 건식집진기는 설치되어 환경설비 개선사업은 습식 석회석·석고법의 탈황설비, 무방류 증발농축형 탈황폐수처리설비, 선택적 촉매환원법 탈질설비, 수평형 습식 전기집진기가 신설되었으며 환경설비 신설에 따른 전원계통 등 부대설비 교체 등이 수행됐다.
특히 통풍계통 구성에 있어 기존설비와의 연계를 고려하여 Non Leakage Type GGH Cooler가 영흥 3~6호기 및 선행호기와 달리 이례적으로 Low Dust 구간인 건식집진기 후단에 배치됐다. 이에 GGH Tube는 Non-metal Fluoropolymer 적용됐다. 또한 배기가스 분진에 의한 막힘을 방지하기 위해 In-Line Spacer 방식, Washing Device 최적배열 및 Bundle By-pass 등이 반영됐다. 탈황폐수처리 설비는 증발농축공정 중 열교환기 표면 스케일 발생에 의한 막힘을 방지하기 위해 Seed Slurry 공법으로 설계됐다. 한편 먼지배출치 저감, 초미세먼지 및 SO3 포집을 위해 국내발전소 최초로 습식 전기집진기가 적용됐으며, 환원제 취급 안정성 확보 및 친환경적인 요소를 고려해 요소수를 환원제로 하는 탈질설비가 적용됐다.

◆국내최초 액상형 황연저감기술 개발로 환경민원 예방 및 사업화로 신규시장 창출=장길자 한국서부발전 차장
복합발전 가스터빈 기동·정지 시 불안정 연소로 황연이 발생되는데 황연은 환경민원을 유발해 환경 친화적인 기업이미지 손상 등 발전소의 현안문제로 대두되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 서부발전은 중소기업과의 협력을 통해 국내 최초로 액상 환원제 직분사 황연저감기술을 개발했으며, 사업화에 성공했다.
이 기술은 기존 액체 환원제를 기화시켜 HRSG 내부에 주입하여 황연을 제거하는 방식과는 달리 액체 환원제를 미립화해 배기가스 유동해석 및 균일도 검사를 통한 최적화된 설치 위치(가스터빈 디퓨저 후단)에 직접분사 하는 방식으로 기존 방식의 기술적 한계로 여겨지던 냉간 기동 및 기동 초기 시 황연 발생문제를 해결했다.
이 기술을 서부발전 서인천발전본부에 적용, 성능시험을 통해 95%이상 황연이 저감되는 확인했고 특허 출원을 완료했으며, 신기술 인증으로 대외적으로 기술적 우수성을 검증받았다.
또한 개발기술을 분당, 신인천, 남제주 복합 등에 설치하고 있으며, 이를 통해 환경 신규시장 창출에 기여했으며, 국내 및 해외 발전소 개발기술 확대적용에 따라 그 성과는 매년 증가할 것으로 예상되고 있다. 앞으로도 서부발전은 환경 신기술 개발을 위해 끊임없이 노력하는 기업이 되도록 도전해 나아갈 것이다.

◆발전소 미세먼지 대응기술 개발=김준한 한전 전력연구원 선임연구원
우리나라 발전소는 배기가스 중 대기오염물질인 먼지, 황산화물 및 질소산화물의 배출저감을 위해 고효율의 환경설비 설치 및 운영기술 개발을 통해 배출허용기준 이내로 제거하여 배출하고 있다. 그러나 최근 미세먼지 문제가 심화되면서 발전소가 배출하는 미세먼지 및 전구물질인 황산화물과 질소산화물에 대한 추가저감 및 관리의 필요성이 대두되고 있다. 미세먼지의 효과적 저감 및 관리를 위해서는 우선적으로 발전소 및 주변지역의 미세먼지 배출현황 등을 파악하는 것이 중요하다.
전력연구원은 이를 위해 지난 3년여 간 국내 최초로 한전그룹사 내 석탄 및 중유화력 발전소 전체를 포함한 총 74기 발전기에 대한 미세먼지 배출 농도 평가를 수행하고 데이터베이스 구축을 완료하였다. 석탄 및 중유화력은 평균 3~4mg/m3로 배출허용기준의 약 1/3 수준으로 나타났으며, 가스발전소의 경우 평균 0.05mg/m3으로 나타났다. 또한 발전소 배출 미세먼지의 효과적 측정 및 관리를 위해 굴뚝 미세먼지 자동연속측정장치를 개발해 신보령 2호기 및 삼척 2호기에 적용하고, 현재 전력산업기술기준 표준화를 추진하고 있다.
환경대기 중의 미세먼지 측정과 관련하여 전력연구원에서는 미세먼지 성분분석기 등 26종의 입자상 및 가스상 오염물질 측정기와 기상관측장비가 갖춰진 미세먼지 이동측정시스템을 구축하였다. 2대의 이동측정차량은 전국 발전소 주변지역을 대상으로 미세먼지 및 전구물질에 대한 농도 지도를 작성하고 미세먼지 배출원 평가 및 대기 중 미세먼지의 생성/거동 평가를 진행하고 있다.
이 같은 미세먼지 측정 및 평가들은 궁극적으로 발전소의 미세먼지 배출저감을 위한 것으로 배출원 및 대기 중 미세먼지 측정/생성/거동 평가 자료를 기반으로 발전소에 실질적으로 필요한 기존 전기집진기를 개조해 작은 미세먼지를 입자응집 방법을 통해 조대화해 제거하는 기술 등 향후 전력연구원에서 계획하고 있는 미세먼지 저감기술 사례도 소개한다.

◆미세먼지‧백연현상 저감을 위한 EME 기술=문상철 두산중공업 고문
국내 석탄화력 발전소 연돌에서 측정된 총 부유 먼지는 그 중 78~88%가 PM10/PM2.5 크기의 유, 무기성 액적과 미세 입자 형성을 가속시키는 초미립자로 여과 없이 대기 중에 배출된다. 이는 대기 중에서 많은 환경 요인으로 요즈음 겪게 되는 2차 미세먼지 생성을 가속화한다.
이런 응축성 기체와 응축 핵인 PM10/PM2.5의 집진 필요성이 증대되고 있다. 2차 발생원 미세먼지의 원인이 국내 석탄화력 발전소에서 배출되는 1차 발생원 미세먼지 대비 높은 비율을 차지함에 따라 무엇보다도 2차 발생원의 원인 물질 제거가 요구된다.
이를 위해 2차 미세먼지의 원인 물질이 되는 Gas상 물질과 초미립자를 응축 단계에서 제거 가능한 Wet ESP를 Wet Scrubber에 추가 적용하는 방안이 필요하다.
두산중공업에서 개발한 EME(Electrostatic Mist Eliminator)는 기존 ME(Mist Eliminator)에 Wet ESP 기술을 결합시킨 설비로서, 기존 ME보다 미세 액적을 낮은 차압으로 제거 가능한 Compact한 설비이다.
EME는 Mist Carry-Over에 의한 GGH 차압 상승을 억제할 수 있으며, 백연 및 황산 Mist 그 외 응축된 액화상태의 모든 유무기물의 액화물 또한 저감할 수 있는 장점이 있다. 기존 Wet ESP과 비교하여 극간 간격이 좁은 EME는 소비 동력, 압력 손실 및 물량 등에 차별성을 갖고 있으며, 모듈화 된 콤팩트한 구조 덕분에 3개월 내 설치가 가능하다.
또한 별도 구조물을 이용하여 흡수탑 상부에 설치되는 EME 특성으로 인해 활용 부지가 여유롭지 않는 기존 발전소 및 산업 플랜트에 추가적으로 설치가 가능하다.
국책과제로 기술개발이 중료 된 EME는 현재 파일럿플랜트(Pilot Plant) 테스트를 준비하고 있으며, EME 후단에서의 배출 농도는 TMS 기준으로 1mg/m3이하를 예측하고 있다. 두산중공업의 EME는 미세먼지 저감 정책을 강하게 추진하고 있는 석탄화력발전소에서 취할 수 있는 훌륭한 선택지 중 하나가 될 수 있다.

◆석탄분배기 개발을 통한 미세먼지 및 환경오염 감소=최수복 한전산업개발 차장
최근 국내외적으로 미세먼지와 환경오염을 줄이기 위한 노력이 지속적으로 진행되고 있다. 여러 가지 대책이 수립되고 시행되고 있으며 석탄화력발전소 역시 그 중심에 서 있다. 다각도의 환경오염 대책을 마련하여 미세먼지 감축을 위한 노력을 계속해 나가고 있다.
그 일환으로 석탄 공급 시 발생하는 먼지를 줄여 환경오염을 최소화 하고 근로자의 건강 보호 및 안전사고 예방 사례를 소개 하고자 한다. 석탄화력발전소는 석탄을 주원료로 하여 연소시켜 그 열로 증기를 만들어 전기를 생산하는 발전소다.
그런데 석탄의 저장 및 이송 과정에서 분진이 발생하고 있고 특히 Belt Tripper Room은 설비 특성상 8m 높이에서 높게는 25m 높이의 낙차로 석탄이 낙하하기 때문에 분진이 많이 발생하는 설비중 하나이다.
발생한 분진은 Tower나 Gallery 내부에서 점검 및 정비를 시행하는 근로자의 건강에 영향을 미칠 수 있고 환경오염의 발생 원인이 될 수도 있기에 개선이 시급한 실정이다. Belt Tripper Room 내부의 설비 역시 복잡한 구조로 되어 있어 안전사고의 위험도 내포하고 있고 고장 정지가 빈번히 발생하여 발전 설비의 신뢰도를 저하시키고 있으므로 이를 개선하여 미세먼지 및 환경오염을 줄이고 근로자의 작업 환경을 개선하여 안전사고를 줄이고자 설비를 개선했다.
발전 설비를 장시간 정지할 수가 없기 때문에 기존의 구조물과 설비를 최대한 활용하여 아이디어를 발굴하여 최적의 개선책을 마련하여 개선 효과를 증대 하였다. 이는 다른 석탄화력 발전소의 건설에도 적용 하였으며 또한 기존의 석탄화력 발전소에도 점차 확대 적용을 검토하고 있고 미세먼지 감소 및 환경오염 방지를 위하여 지속적인 관심과 노력을 기울이고 있다.