일상생활에서 없어서는 안 될 전기를 공급하지만, 최근 미세먼지와 온실가스 발생의 주범으로 지목받으며 국민적 반감을 사고 있는 석탄화력발전소. 석탄을 발전원으로 사용하기 때문에 미세먼지와 황산화물(SOx) 배출 리스크가 있기 마련인데, 이면에서 배출가스 속의 이들 유해성분을 줄이기 위해 많은 노력들이 이루어지고 있다는 사실은 묻혀 있는 경우가 많다.
포스코뉴스룸에서는 석탄화력발전소의 배출가스 처리 공정과 정화 설비를 들여다보고, 이 속에 숨어 있는 포스코 솔루션을 살펴본다.
l 소재의 국산화를 실현시킨 솔루션 활동
미세먼지와 황산화물이 포함되어 있는 석탄화력발전소의 배출가스는 최소 총 6단계의 정화 설비를 거쳐 대기 중으로 내보내진다.
아래 그림에서 보듯, 보일러에서 나온 배출가스는 공기예열기(APH)를 통과하면서 120 ℃이상으로 가열되고, 전기집진기(EP)를 통과하면서 미세먼지가 걸러진다. 이후 냉각 가스열교환기(GGH)를 통과하면 배출가스 온도는 70~90℃로 낮아지고 탈황설비(FGD)속에서 황산화물이 희석된다. 이로써 최종적으로 정화작용이 끝나면, 가스열교환기를 거쳐 다시 가열되고 굴뚝을 통해 대기중으로 배출된다. 배출 과정에서 가스 온도를 높이거나 낮추는 것은 반응을 최적화하기 위함이다.
최근 미세먼지 등 대기오염물질 규제가 강화되면서 석탄화력발전소 배출가스 처리 시설(배연설비)의 성능 강화가 요구되고 있는 추세인데, 문제는 배연설비의 성능을 강화하면 할수록 설비 내부에 황산화물이 쌓이는 현상이 심해져 내구성이 저하된다는 사실이다. 한번 건설되면 최소 30년 이상 가동해야 하는 발전소의 입장에서는 심각한 문제.
배출가스에 포함되어 있는 황산화물 때문에 배출가스 처리설비의 내외부는 부식에 강한 내황산강으로 시공되어야 하는데, 90년대 후반까지 건설된 우리나라의 석탄발전소들은 모두 수입산 내황산강을 사용했다. 그러다 보니 가격도 비쌌고, 원활한 물량 조달에도 어려움을 겪었다. 결국, ’98년 석탄발전소 시공사인 국내 D중공업은 일본산 강재 의존도를 낮추기 위해 포스코에 내황산강 개발을 요청하기에 이른다.
포스코 기술연구원은 내황산강 개발에 즉시 착수했다. 구리, 코발트, 안티모니 등 내식성을 갖는 원소들을 활용해가며, 가혹한 부식 조건 하에서 여러 강재들을 비교하고 개선하는 실험을 이어갔다. 그리고 3년여간의 연구 기간을 거쳐 ANCOR강(Advanced eNvironment-friendly steel with sulfuric acid COrrosion Resistance, 앙코르강)을 개발해냈다.
포스코의 ANCOR강은 극한 부식 조건에서도 수입 강재에 비해 평균 30% 이상의 성능 우위를 가지면서도 경제성까지 확보했다.
l 미세먼지 발생 방지에 사용되는 포스코 ANCOR강
’02년 개발 완료된 ANCOR강은 Y화력발전소의 APH(공기예열기) 설비에 최초로 공급됐고, 한참 지난 ’14년 S화력발전소의 설비에도 공급됐다. 이때까지는 주로 발전소의 정기 보수공사에 소량으로만 공급됐다. 가격과 성능의 우수성에도 불구하고 ANCOR강이 실제 채용 속도는 더뎠던 셈.
그 이유는 발전사가 발전소건설 사업을 발주할 때 제시하는 설비ㆍ강재 규정서에 ANCOR강이 기준 강재로 등록되어 있지 않았기 때문이었다. 시공사나 정화설비 제작사들이 설비 규정에 등록되어 있지 않은 강재를 사용하기 위해서는 발주처로부터 별도의 승인을 받아야 하기 때문에, 번거로운 과정을 생략하려고 수입 강재를 관행적으로 사용한 것.
그래서 철강솔루션연구소는 강재연구소, 마케팅본부 및 수요확대 프로젝트팀과 협업해 한국전력ㆍ국내 5대 발전사ㆍ설비 제작사 등을 찾아다니며 제품설명회를 개최하고 기술 교류회를 실시하는 등 ANCOR강의 우수성을 알리는 활동에 총력을 기울였다. 그 결과 ’17년 발전소 설비에 ‘포스코ANCOR강’이 규격 강재로 등록됐다. 이후 발전소에서 ANCOR강재를 사용하는 비중이 급격하게 증가되었는데, 지난해의 경우 ’15년 대비 5배가 넘는 14,000톤 이상이 공급됐다.
ANCOR강이 발전소의 규격 강재로 등록된 ’17년은 정부가 제8차 전력수급기본계획을 발표하면서, 노후 석탄화력발전소 폐지, 배연 설비 개선, 신규 발전소 건설 중단 등을 통해 미세먼지 배출량을 30% 이상 감축하겠다는 계획을 발표한 해였다.
이에 따라 전국에 운영되고 있는 61기의 석탄화력발전소 중 서천, 여수, 보령 발전소는 ’22년까지 폐쇄되고, 나머지 발전소들은 배연계통 정화설비의 공정을 보강해야 운영을 지속할 수 있게 됐다.
새로 건설되는 발전소에 ANCOR강이 공급되는 것은 물론, 30년 미만 발전소 설비의 개선 작업에도 확대 적용될 수 있는 조건이 마련된 셈.
철강솔루션연구소 성능연구그룹 유윤하 전문연구원은 “철강산업이 굴뚝 산업이라고 공격받을 때 제철소, 발전소 등 제조업 현장에서는 어떻게 하면 환경오염 물질을 줄일지에 대해 묵묵히 연구하고 개선 활동을 수행해왔다”며, “친환경 설비를 건설하는데 포스코 강재가 솔루션으로 사용되는 것을 보면서 큰 보람을 느낀다”고 소감을 밝힌다.
현재 철강솔루션연구소와 마케팅본부는 ANCOR강 공급 확대를 위한 TF를 구성해서 발전소 정화 설비뿐만 아니라 제철소 설비, 쓰레기 및 폐기물 처리 설비 등 미세먼지와 황산화물이 발생할 수 있는 곳의 정화 시설에 ANCOR강을 적용하기 위한 솔루션 활동에 주력하고 있다.
포스코 ANCOR강이 국내 발전 설비에 도입에 따라 수입산의 비중은 50% 이하로 떨어졌다. ANCOR강 개발 사례는 기존 강재에 비해 우수한 성능과 경제적인 가격에 소재 국산화를 이뤄낸 것으로 의미를 가지며, 또한 철강재가 환경오염을 방지하는 좋은 솔루션으로 활용된 사례다.
포스코는 철강재 공급과 함께 제공한 솔루션들은 이렇듯 강재 활용 이상의 효과를 만들어 낸다. ‘강재 공급 그 이상의 가치’를 만들어 나가는 것, 그것이 포스코 솔루션 활동의 지향점이다.