올해 2020년부터는 강화된 질소산화물(NOx) 대기배출 허용농도 기준인 20ppm 이하를 만족하는 스팀증발량 시간당 40톤 이상 초대형 산업용보일러의 버너만 신규 설치가 가능한 해이다.

저녹스연소는 화염 온도를 가능한 높여서 저공기비로 완전 연소하는 고효율 연소와는 달리 연소용 공기 중에 존재하는 질소와 산소가 반응할 수 없을 정도의 화염온도로 낮추어야 한다.

저녹스연소 기술에는 외부재순환(FGR: Flue Gas Recirculation)기술과 예혼합(Pre-mix)기술이 많이 쓰이고 있다.

외부재순환 기술은 연도에서 배기가스를 취하여 연소용 공기에 혼합하기 때문에 배기가스량 만큼 연소실 체적이 더 크게 요구되는 상업적인 불리함과 차가운 연소용 공기와 배기가스의 혼합으로 인한 응축수가 버너 내부 금속부를 부식시키는 문제점 등으로 이 기술이 상용 제품으로 처음 나온 1990년대부터 보일러연소실 체적이 큰 미국 외에는 전 세계에서 아무도 채택하지 않던 기술이었는데 최근 초저녹스가 요구되어 문제점을 알면서도 어쩔 수 없이 채택되고 있다. 이 외부 재순환 방식은 산소가 거의 없는 낮은 온도의 배기가스를 연소용 공기와 외부에서 혼합하기 때문에 연료와 반응할 산소농도가 희박해져서 연소불안정성이 높아지므로 이를 보완하느라 공기비를 높이게 되는데 이는 곧 배출손실이 커지는 것이므로 대기질 개선을 위해 에너지 손실이 높아지게 된다.

예혼합 방식은 저녹스 연소시대 이전에는 산업용 보일러에서는 위험해서 사용하지 않던 기술인데 콤팩트한 보일러에서 초저녹스를 달성하는 마땅한 방법을 찾아내지 못한 선진국 버너회사들이 위험을 무릅쓰고 채택하고 있는 실정이다.

점점 콤팩트해지는 산업용 보일러에는 FGR 기술을 적용하면 보일러 용량 감소의 문제점이 발생되므로 예혼합 기술이 새로운 저녹스 연소기술로 등장하였는데 이는 버너 내부 큰 공간에 가스와 공기가 혼합된 상태로 존재하기 때문에 폭발의 염려가 상존하는바 대형 가스버너에 적용하기에는 안전에 커다란 문제가 있다.

이들 두 종류의 기술은 저녹스를 만족하지만 그만큼 안전성이 취약해지는 문제점이 있다.

수국이 개발한 초저녹스 연소기술은 배기가스를 외부에서 취하지 않고 연소실 내부의 연소가스를 연소용 공기의 분출 에너지를 이용하여 연소용 공기에 혼합하는 기술(FIR:Forced Induced Recirculation)이다.

연소실 체적이 커질 필요도 없으며 연소실 내 고온 연소가스를 재순환 시켜서 연소용 공기에 혼합하기 때문에 공기비를 낮게 운전해도 CO발생이 적으므로 예혼합 기술 또는 FGR 기술에 비해 훨씬 낮은 공기비로 완전연소가 가능해진다.

가스와 공기가 연소실 내에서 혼합과 동시에 연소하는 확산화염(Diffusion Flame) 방식의 안전한 구조로 예혼합 버너가 아니면서 FGR을 쓰지 않고 15ppm 이하를 만족하는 전 세계 유일한 상용제품으로 인정받아 2017년 이후부터 국내 설치뿐만 아니라 중국에도 수출하고 있다.

모든 기업들은 앞으로 저녹스 기준치 만족만이 아닌 보일러 자체의 안전까지 만족하는 기술 개발을 위해 노력해야 한다.

미세먼지 문제가 심각해지고 있는 요즘 2차 미세먼지의 절반 이상이 황산화물이나 질소산화물 같은 보일러에서 배출되는 배기가스에 의한 것인만큼 저녹스 연소 기술의 개발은 환경과 에너지 절약을 위해 필수적이라고 할 수 있다.