수출 중소기업 현장수요형 탄소감축  기술개발사업(가칭) 기술개발수요조사서(RFP) 예시

제안

과제명

암모니아 전소 적용 공업로 연료전환 기술 개발

품목

분류

① 정밀화학원료 (    )  ② 석유화학합섬원료 (    )  ③ 합성수지 (    )  ④ 플라스틱 제품 (    )

⑤ 자동차부품 (    )  ⑥ 철강판 (    )  ⑦ 알루미늄 ( ○ )  ⑧ 선박해양구조물 및 부품 (    )

⑨ 공기조절기 및 냉난방기 (    )  ⑩ 원동기 및 펌프 (    )

기술

분류

연·원료 전환

저탄소 공정개선

에너지 효율화

재사용·재자원화

○

SCOPE

분류

1단계

○

2단계

○

3단계

제안기술

개요

암모니아 화염은 NG(천연가스) 화염 대비 연소속도가 낮아 화염이 길어지므로, 기존 공업로 적용 시 공업로 내부 온도분포가 달라져 전열효과가 낮아질 수 있음.

또한 유효에너지(available heat) 과점에서도 암모니아 연소가 NG 연소 대비 열위에 있음.

전열효과와 유효에너지를 높이기 위해 산소부화 연소기술을 적용할 필요가 있음.

산소부화 기술 적용 시 발생할 수 있는 NOx 증가 문제를 해결할 수 있는 기술개발이 필요함.

제안기술

필요성

철강 분야 2030 NDC 달성 및 2050 탄소중립 달성을 위한 무탄소 연소 기술 개발 필요

철강산업은 대표적인 에너지다소비·탄소 다배출 산업으로, ‘19년 철강산업 CO2 배출량은 1.17억톤으로 국내 배출량의 16%를 차지함.

중소기업의 여건에 맞게 최소한의 설비투자로 온실가스를 저감할 수 있는 레트로핏 기술 필요

제안기술

주요내용

구성기술	개발기술
1. 산소부화 암모니아 연소 기술	저 NOx 산소부화 암모니아 전소 연소기 산소부화 암모니아 연소 수치해석 기술
2. 산소부화 암모니아 연소 적용 전열효율 최적화 기술	산소부화 암모니아 기반 공업로 고효율화 설계 기술 암모니아 공급/제어 설비 최적화 기술 폐열 회수를 이용한 암모니아 기화열 공급 기술
3. 무탄소 그린 공업로 디지털 트윈 개발	무탄소 공업로 CFD 해석자 물리정보 신경망을 활용한 실시간 성능 예측 모델

1) 산소부화 암모니아 연소기술

무탄소 연료인 암모니아를 안정적으로 연소시키기 위한 버너 개발기술로 암모니아 연료 적용 시 발생할 수 있는 화염 불안정성 및 화염 복사에너지 감소를 최소화하기 위해 산화제인 공기에 추가 산소를 이용하는 기술

암모니아 연료 점화 장치 및 시스템

저NOx 암모니아 산소부화 연소 버너

2) 산소부화 암모니아 연소 적용 전열효율 최적화 기술

기존의 공업로에 최적화된 NG 버너를 암모니아 버너로 레트로핏 하는 데 있어, 기존의 열효율을 유지하기 위한 폐열회수 기술 및 공업로 최적 설계 기술

폐열 회수를 이용한 암모니아 기화 기술 및 열분해 기술

배가스 성분 변동에 따른 전열효율 변동을 최소화하는 공업로 최적 설계 기술

3) 무탄소 그린공업로 디지털 트윈 개발

실시간 공업로 계측, 고신뢰도 CFD 해석, AI 기반의 예측모델을 종합적으로 활용하여 공업로의 디지털 트윈 (Digital Furnace Twin) 을 구축하고  공업로의 실시간 성능 예측, 및 최적 제어 활용하는 기술

무탄소 공업로 CFD 해석자

물리정보 인공신공망을 활용한 실시간 성능 예측 모델

실증

연계방안

암모니아 공급 및 제어 기술 측면에서 기존 엔지니어링 경험 및 진행 과제와의 연계

국내 민간 기업 중 암모니아 저장 및 운송 분야의 오랜 경험을 가진 암모니아 공급사 및 해외 엔지니어링 경험이 많은 대기업을 중심으로 인프라 구축 기술 연계

세부계획

암모니아 연소 버너의 기술적 요구사항은 대표적으로 화염 안정성 확보 및 NOx 배출 저감이 있으며, 암모니아 산소부화 연소 버너 기술은 신규로 개발이 진행되어야 함. 다만, 국내 민간 기업 중 암모니아 저장 및 운송 분야의 오랜 경험을 가진 암모니아 공급사 및 해외 엔지니어링 경험이 많은 기업을 중심으로 인프라 구축 및 실증 연계 추진

한국중부발전, 한국전력공사, 전력연구원, 국가철도공단 등

제안기술

최종목표

기술개발 목표

무탄소 연료인 암모니아의 전소를 통한 온실가스 직접 배출량 제로화

기존 NG 연소를 대체할 수 있도록 동등한 전열 및 NOx 배출특성을 가지는 산소부화 암모니아 전소 기술 개발

최소한의 설비투자로 기존설비를 활용할 수 있는 레트로핏 솔루션 기술 개발

실증 목표

암모니아 열분해 성능 검증/암모니아 열분해 장치

- 암모니아 열분해 성능 70%

- NOx 배출 농도 40 ppm
[@11%O2]

활용방안

및 기대효과

(과학기술적)

연소 후에도 이산화탄소가 배출되지 않는 수소 및 암모니아 연료의 연소기술 개발을 통해 철강산업에서 배출되는 온실가스 저감을 달성하여 탄소중립에 기여

철강 업종 및 유사 산업의 연소기반 설비 및 시스템의 배출저감에 적용가능

기존 설비 변경을 최소화하고, 시스템 교체없이 이산화탄소 저감이 가능하고, 친환경 제품 생산이 가능한 기술 개발

(사회경제적)

국내 중소·중견 공업로, 설비 기술 업체에 대한 가열로 최적 제어, 단열 보강, 무탄소 연소 기술 등 보급 및 육성 가능

해외 제조 연소기에 의존하던 국내 철강업계에 50%이상 점유율의 국산 연소기 적용으로 국내 생산 공장 확충으로 국내 일자리 창출에 기여

AS-IS

LNG 및 LPG 등 화석연료 사용으로 인한 온실가스 배출 과다

암모니아 공급 인프라 투자 증대로 인한 장벽 존재

TO-BE

암모니아 산소부화 연소 버너 상용화

중소기업 무탄소 제조 공정 적용을 통한 수출품의 그린장벽 해소

예상 기간

및 비용

기술개발 기간

총소요비용

R&D ( 3 )년, 실증 ( 2 )년

※ 총 기간은 실증포함 5년

R&D ( 15 )억원, 실증 ( 15 )억원

※ 단 1개 기업기준 (총 비용은 30억 원 이내)

핵심

키워드

국문

암모니아

산소부화

버너

최적화

디지털트윈

영문

ammonia

Oxygen load

Burner

Optimization

Digital Twin