현재 석탄 화력 발전소에서 일반적으로 발생하는 연료 비용 상승, 저부하 안정 연소 성능 약화 및 부하 조절 능력 부족 등의 문제를 해결하기 위해 발전소 주변의 재생 가능 에너지 상황에 기반하여 발전소 내 태양광 발전을 통한 수소 및 산소 생산과 석탄 보일러 내 수소·산소 혼소 협력 운전 통합 방안을 제안하였다. 전면적 사각형 단면 석탄 보일러 수치 모델을 구축하여 순수 석탄 분말 연소 조건에서 온도장, 성분 함량 및 비산재 탄소 함량의 시뮬레이션 정확도를 검증하였으며, 혼소 최적화를 위한 기준 참조를 제공하였다. 발전소 내 20MW 태양광 발전 수소·산소 생산의 대표 적용 사례를 예로 들어 수소 및 산소 3가지 혼소 방식이 보일러 내 연소 효율, 연소 완전성 및 NO_x 생성에 미치는 영향 규칙을 체계적으로 연구하였다. 시뮬레이션 결과, 독립 수소 노즐과 1차 공기 산소 혼입의 협동 혼소 방식을 사용하면 연소 성능이 현저히 개선되어 연소실 출구 비산재 탄소 함량이 순수 석탄 연소 대비 0.97%로 감소하고 연소 효율이 크게 향상되었다. 또한 수소 연소로 발생한 활성 라디칼이 NO_x 환원에 기여하여 배기가스 내 NO_x 배출 질량 농도가 294.0 mg/m³로 기준 조건 대비 약 25% 감소하였다. 이 방식은 재생 에너지를 통한 수소 및 산소 생산으로 석탄 대체 및 연소 최적화의 이중 효과를 달성하여 석탄 소비를 줄일 뿐만 아니라 석탄 보일러 안정 연소 부하 하한을 확장하여 석탄 화력 발전소의 저탄소화 개조 및 유연성 향상에 기술적 실현 가능성 있는 참고 경로를 제공한다.

혼소;안정 연소 성능;NO_x;수치 시뮬레이션