순산소 마일드 연소는 공기를 사용하는 연소에 비하여 열효율 및 연소안정성이 높고 배기가스 배출량이 낮아 유망한 연소기술 중 하나로 알려져 있지만 마일드 화염의 형성에는 아직까지 많은 어려움이 있는 실정이다. 본 논문에서는 순산소 마일드 형성을 위하여 연소기 형상 및 운전조건 변화가 순산소 마일드 연소에 미치는 영향을 3차원수치해석을 적용하여 분석하였다. 수치해석 결과 마일드 연소화염의 특징인 고온영역과 평균온도를 감소시키는 데 있어서 산화제유속 증가가 보다 효과적임을 확인하였다. 또한 외부 예열이 없는 조건에서도 최적화된 산소-연료 공급조건에서 순산소 마일드 연소화염의 형성 가능성을 확인하였고 안정적인 순산소 마일드 연소는 당량비 0.90, 연료유속 10 m/s, 산소유속 200 m/s, 노즐간 거리 33.5 mm 조건에서 보다 안정적으로 형성됨을 확인할 수 있었다.
순산소 마일드 연소는 공기를 사용하는 연소에 비하여 열효율 및 연소안정성이 높고 배기가스 배출량이 낮아 유망한 연소기술 중 하나로 알려져 있지만 마일드 화염의 형성에는 아직까지 많은 어려움이 있는 실정이다. 본 논문에서는 순산소 마일드 형성을 위하여 연소기 형상 및 운전조건 변화가 순산소 마일드 연소에 미치는 영향을 3차원 수치해석을 적용하여 분석하였다. 수치해석 결과 마일드 연소화염의 특징인 고온영역과 평균온도를 감소시키는 데 있어서 산화제유속 증가가 보다 효과적임을 확인하였다. 또한 외부 예열이 없는 조건에서도 최적화된 산소-연료 공급조건에서 순산소 마일드 연소화염의 형성 가능성을 확인하였고 안정적인 순산소 마일드 연소는 당량비 0.90, 연료유속 10 m/s, 산소유속 200 m/s, 노즐간 거리 33.5 mm 조건에서 보다 안정적으로 형성됨을 확인할 수 있었다.
Although the formation of oxy-fuel MILD combustion is considered one of the promising combustion technologies for high thermal efficiency, low emissions and stability have been reported as difficulties. In this paper, the effect of combustor geometry and operating conditions on the formation of oxy-...
Although the formation of oxy-fuel MILD combustion is considered one of the promising combustion technologies for high thermal efficiency, low emissions and stability have been reported as difficulties. In this paper, the effect of combustor geometry and operating conditions on the formation of oxy-fuel MILD combustion was analyzed using numerical simulation. The results show that the high temperature region and average temperature decreased due to an increase in oxygen inlet velocity; moreover, a high degree of temperature uniformity was achieved using an optimized combination of fuels and an oxygen injection configuration without external oxygen preheating. In particular, the oxy-fuel MILD combustion flame was found to be very stable with a combustion flame region at equivalence ratio 0.90, fuel velocity 10 m/s, oxygen velocity 200 m/s, and nozzle distance 33.5 mm.
Although the formation of oxy-fuel MILD combustion is considered one of the promising combustion technologies for high thermal efficiency, low emissions and stability have been reported as difficulties. In this paper, the effect of combustor geometry and operating conditions on the formation of oxy-fuel MILD combustion was analyzed using numerical simulation. The results show that the high temperature region and average temperature decreased due to an increase in oxygen inlet velocity; moreover, a high degree of temperature uniformity was achieved using an optimized combination of fuels and an oxygen injection configuration without external oxygen preheating. In particular, the oxy-fuel MILD combustion flame was found to be very stable with a combustion flame region at equivalence ratio 0.90, fuel velocity 10 m/s, oxygen velocity 200 m/s, and nozzle distance 33.5 mm.
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문제 정의
본 연구에서는 연소기의 형상 및 가동조건변화가 순산소 마일드 연소 형성에 미치는 영향을 3차원 수치해석기법을 적용하여 연구하였다. 수치해석 기법을 적용하여 산소유속, 노즐간 거리 변화, 벽면온도변화 및 당량비 변화에 따른 순산소마일드 연소특성을 비교 및 분석하기로 하였다.
가설 설정
순산소 마일드 연소시스템의 수치해석 연구에 있어 EDC 연소모델의 연구는 선행된 많은 연구에서 적합한 수치해석모델로 확인 및 적용되고 있다.(20~24)EDC 연소모델의 경우 화학반응이 Kolmogorov Microscale과 동일한 특성길이를 가지는 미세구조(Fine Structure)내에서 일어난다고 가정된다. EDC모델은 Eddy Dissipation 모델의 확장형으로써 상세한 화학종반응기구를 고려할 수 있고, Arrhenius 타입의 화학반응율을 고려하여 유한반응율(Finite Reaction Rate)의 연소해석이 가능한 EDC 모델의 화학종변환 방정식은 식 (5)와 같이 표현된다.
수치해석에서는 메탄(Methane)을 연료로 사용하였고 산화제는 순산소를 사용하였다. 또한 공급되는 연료 및 산소는 외부 예열이 없는 조건으로 가정하여 온도를 300K으로 설정하여 수치해석을 진행하였다.
제안 방법
1-1MW/m3 영역에서 가동된다고 알려져 있다.(26)따라서 본 수치해석에서는 적용된 가열로의 부피를 고려하여 열강도를 0.5MW/m3 조건으로 결정하여 연료유량을 결정하였다. 본 연구에서 진행된 수치해석 조건은 산소유속변화, 노즐간 거리변화, 벽면온도변화 및 당량비 변화에 따른 순산소 마일드 연소시스템의 연소특성에 대한 수치해석을 진행하였다.
(a)에 도시된 순산소 마일드용 가열로는 가로, 세로, 높이를 각각 100×100×350mm, 산소 및 연료노즐의 길이 30mm, 배기덕트의 직경 및 길이를 각각 40mm와 50mm로 설계하여 적용하였다.
본 수치해석에 사용된 Fig. 3(b)의 순산소 마일드 버너를 살펴보면 버너의 중앙에서 연료가 단독으로 공급되고 외각에서 4개의 산소노즐을 통하여 산화제를 공급할 수 있는 구조로 설계하여 적용하였다.
3차원 수치해석을 적용하여 순산소 마일드 연소시스템의 수치해석에는 연속방정식, 운동량보존방정식, 에너지보존방정식, 화학종보존방정식을 적용하였다.(19)
수치해석결과의 유효성을 확보하기 위해서는 격자의 개수가 아주 중요한 수치해석 요소이다. 격자개수가 수치해석 결과에 미치는 영향을 분석하기 위하여 열강도 0.5MW/m3, 산소유속 200m/s,연료유속 10m/s, 당량비 0.9 조건의 수치해석조건을 적용하여 격자개수를 173,100개와 346,200개로 구성하여 수치해석을 진행하였고 수치해석 결과를 Fig. 5에 비교하였다.
노즐간 거리 변화에 따른 마일드 연소특성을 분석하기 위하여 당량비 0.9, 열강도 0.5MW/m3,연료유속 10m/s, 산소유속 200m/s, 벽면경계조건 900K으로 고정하고 산소노즐과 연료노즐의 거리를 25mm, 33.5mm, 42mm로 변경하여 수치해석을 진행하였다.
산소유속변화에 따른 연소특성을 분석한 수치해석을 통하여 연료유속 10m/s, 산소유속 200m/s조건에서 최적화된 연소화염을 형성할 수 있음을 확인하였다. 노즐간 거리변화가 순산소 마일드연소에 미치는 영향을 분석하기 위하여 Table 2와 같은 경계조건을 적용하여 수치해석을 진행하였다.
당량비 변화가 순산소 마일드 연소에 미치는 영향을 분석하기 위하여 Fig. 19에 당량비 0.95,0.90, 0.85 조건에서 발생되는 CO의 분포를 대칭경계면에서 비교하였다. 당량비 변화에 특히 관심 있는 것은 실제 운전조건을 완전연소조건으로 가져가는 것이 가장 이상적이기 때문에 반응의 중간생성물인 CO의 배출특성을 알아보는 것이 매우 중요하다.
당량비(∅) 변화가 순산소 마일드 연소에 미치는 영향을 분석하기 위하여 Table 4와 같이 경계조건을 적용하여 수치해석을 진행하였다. 당량비 변화에 따른 마일드 연소특성을 분석하기 위한 경계조건을 살펴보면 열강도 0.5MW/m3, 연료유속, 벽면온도 900K으로 고정하고 당량비를 0.95,0.90, 0.85로 변경하여 수치해석을 진행하였다.
가열로 벽면온도는 실제 순산소 마일드 연소를 연속적으로 유지시키기 위한 가열로 내외벽 설계에서 중요한 설계변수이다. 따라서 순산소 마일드연소 형성에 가열로 벽면온도(TWall) 변화가 미치는 영향을 분석하기 위하여 Table 3과 같이 경계조건을 적용하여 수치해석을 진행하였다. 벽면온도변화에 따른 마일드 연소특성을 분석하기 위한 경계조건을 살펴보면 열강도 0.
4를 살펴보면 열유동 수치해석의 정밀성을 확보할 수 있는 사각격자를 사용하여 순산소 마일드 연소시스템을 구성하였다. 또한 격자를 구성하는데 있어 산소 및 연료의 공급영역의 경우 그림과 같이 격자의 개수를 집중시켜 난류 유동에 있어 효과적인 수치해석이 가능하도록 격자를 형성하였다.
벽면온도 변화가 순산소 마일드 연소에 미치는 영향을 분석하기 위하여 Fig. 17에 벽면온도700K, 900K, 1,100K 조건에서 발생되는 연소장의 온도분포를 대칭경계면에서 비교하였다. Fig.
따라서 순산소 마일드연소 형성에 가열로 벽면온도(TWall) 변화가 미치는 영향을 분석하기 위하여 Table 3과 같이 경계조건을 적용하여 수치해석을 진행하였다. 벽면온도변화에 따른 마일드 연소특성을 분석하기 위한 경계조건을 살펴보면 열강도 0.5MW/m3, 당량비 0.9, 연료유속 10m/s, 산소유속 200m/s, 노즐간 거리를 33.5mm으로 고정하고 벽면온도를 700K, 900K, 1, 100K으로 변경하여 수치해석을 진행하였다.
순산소 마일드 연소기의 공급되는 산소유속변화에 따른 마일드 연소특성을 분석하기 위하여 Table 1과 같이 수치해석 경계조건을 변경하여 수치해석에 적용하였다. 본 수치해석에서는 당량비 0.9, 열강도를 0.5MW/m3, 연료유속 10m/s, 벽면경계조건 900K으로 고정하고 산소노즐의 직경을 변경하여 산소유속을 10, 50, 100, 200m/s로 변경하여 수치해석을 진행하였다.
본 연구를 진행하기 위하여 적용된 순산소 마일드 연소시스템의 격자구조를 나타낸 Fig. 4를 살펴보면 열유동 수치해석의 정밀성을 확보할 수 있는 사각격자를 사용하여 순산소 마일드 연소시스템을 구성하였다. 또한 격자를 구성하는데 있어 산소 및 연료의 공급영역의 경우 그림과 같이 격자의 개수를 집중시켜 난류 유동에 있어 효과적인 수치해석이 가능하도록 격자를 형성하였다.
5MW/m3 조건으로 결정하여 연료유량을 결정하였다. 본 연구에서 진행된 수치해석 조건은 산소유속변화, 노즐간 거리변화, 벽면온도변화 및 당량비 변화에 따른 순산소 마일드 연소시스템의 연소특성에 대한 수치해석을 진행하였다. 수치해석에서는 메탄(Methane)을 연료로 사용하였고 산화제는 순산소를 사용하였다.
산소 및 연료노즐 간 거리변화가 화염온도 및CO 배출에 미치는 영향을 분석하기 위하여 Fig.16에 최고화염온도, 평균온도, CO 배출특성을 비교하였다. CO의 배출특성을 비교해보면 연소화염의 길이가 길게 형성되는 노즐간거리 25.
본 연구에서는 연소기의 형상 및 가동조건변화가 순산소 마일드 연소 형성에 미치는 영향을 3차원 수치해석기법을 적용하여 연구하였다. 수치해석 기법을 적용하여 산소유속, 노즐간 거리 변화, 벽면온도변화 및 당량비 변화에 따른 순산소마일드 연소특성을 비교 및 분석하기로 하였다.
수치해석에 적용된 순산소 마일드 연소시스템은 수치해석에 사용되는 시간을 단축하기 위하여 대칭경계조건을 적용하여 연소시스템의 1/4만을 모델링하여 수치해석에 적용하였다.
순산소 마일드 연소시스템의 수치해석을 진행하기 위하여 Fig. 3과 같은 형상의 가열로 및 연소기를 적용하였다. Fig.
연소기 형상 및 가동조건 변화에 따른 순산소마일드 연소특성에 대한 3차원 수치해석을 진행하였고 다음과 같은 결론을 도출하였다.
3(a)에 도시된 순산소 마일드용 가열로는 가로, 세로, 높이를 각각 100×100×350mm, 산소 및 연료노즐의 길이 30mm, 배기덕트의 직경 및 길이를 각각 40mm와 50mm로 설계하여 적용하였다. 연소실설계 기준은 통상의 가열로 열강도(Heating Intensity) 범위에 해당되는 열강도 0.5MW/m3 기준을 적용하였다. 본 수치해석에 사용된 Fig.
제철제강 산업용 가열로에 적용되는 연료유량을 결정하기 위하여 산업용 가열로의 열강도(Heat Intensity : HIn)를 분석하였다. 분석결과 일반적인 제철제강 산업용 가열로의 열강도(HIn)는 0.
대상 데이터
따라서 본 연구에서는 격자개수를 173,100개로 구성하여 수치해석을 진행하였고 순산소 마일드 연소시스템의 내부에 구성된 격자는 최소격자의 크기 1.234457 × 10-12m3, 최대 격자 크기 6.177368×10-8m3으로 구성하였고 총 격자개수를 약 173,100개로 구성하여 수치해석에 적용하였다.
본 연구에서 진행된 수치해석 조건은 산소유속변화, 노즐간 거리변화, 벽면온도변화 및 당량비 변화에 따른 순산소 마일드 연소시스템의 연소특성에 대한 수치해석을 진행하였다. 수치해석에서는 메탄(Methane)을 연료로 사용하였고 산화제는 순산소를 사용하였다. 또한 공급되는 연료 및 산소는 외부 예열이 없는 조건으로 가정하여 온도를 300K으로 설정하여 수치해석을 진행하였다.
데이터처리
3차원 수치해석을 적용하여 순산소 마일드 연소 형성에 영향을 미치는 가동조건 특성을 분석하기 위하여 상용전산수치해석 프로그램인 Ansys Fluent를 적용하여 수치해석을 진행하였다.
이론/모형
3차원 순산소 마일드 연소시스템 수치해석을 진행하기 위하여 Realizable k-ε 난류모델, P-1 복사열전달 모델, EDC(Eddy Dissipation Concept)연소모델을 적용하였다.
순산소 마일드 연소시스템에서 발생되는 화학반응종의 변화를 분석하기 위하여 19개의 화학종과 84개의 화학반응으로 구성된 Reduced GRIMech 1.2 화학방정식을 사용하였다.(25)
성능/효과
(1) 공급되는 산소유속이 순산소 마일드 연소에 미치는 영향을 분석한 결과 산소유속이 증가되면 산소노즐을 중심으로 발생되는 내외측 재순환유동이 발생되었다. 재순환유동으로 인하여 희석효과가 증가되어 산소 및 연료의 반응영역에서 당량비가 감소되었고 희박당량비 조건에서 반응성의 감소 및 화염온도 감소가 발생되었다.
(2) 산소 및 연료노즐간 거리 변화가 순산소 마일드 연소에 미치는 영향을 분석한 결과 노즐간거리 25.0mm의 경우 산소노즐 중심으로 외측 재순환 유동, 노즐간 거리 42.0mm의 경우 산소노즐중심으로 내측 재순환 유동, 노즐간 거리 33.5mm조건에서 산소노즐 중심으로 내외측 재순환유동이 발생하였다. 노즐간거리 34.
(3) 벽면온도 변화에 따른 순산소 마일드 연소특성을 분석하였고 분석결과 벽면온도가 감소되면 최고화염온도 및 평균온도가 감소되었지만 배출되는 CO의 배출량이 증가하였다. 또한 벽면온도가 증가하게 되면 CO의 배출량은 감소되었지만 최고화염온도가 증가하는 문제점이 발생되었다.
(4) 당량비 변화에 따른 순산소 마일드 연소특성을 분석하였고 당량비 0.90 조건에서 최적화된 최고화염온도 및 CO 배출특성을 확인하였다. 본 수치해석을 통하여 열용량 0.
16에 최고화염온도, 평균온도, CO 배출특성을 비교하였다. CO의 배출특성을 비교해보면 연소화염의 길이가 길게 형성되는 노즐간거리 25.0mm 조건에서 매우 높은 CO 배출특성을 보이고 있으며 노즐간거리 33.5mm와 42.0mm에서는 0.2 ppm 이하의 CO 배출특성을 보이고 있어 완전연소가 형성된다고 판단되며 최저 CO 배출은 노즐간거리 33.5mm 조건에서 형성되었다. 노즐간 거리 변화가 순산소 마일드 연소에 미치는 영향을 분석한 결과 노즐간 거리 33.
0mm로 변경될 때 연소장 내부에서 공급되는 연료 및 산소의 농도분포를 X-Z면에서 비교하였다. Fig. 13의 연료농도분포를 살펴보면 동일한 유속으로 연료 및 산소가 공급되고 있지만 노즐간 거리에 따라 연료의 농도분포가 변화됨을 확인하였고 노즐간 거리 33.5mm 조건에서 연료의 길이가 가장 짧게 형성되었다. 또한 산소의 농도분포의 경우에는 노즐간 거리 33.
20에 비교하였다. Fig. 20을 살펴보면 당량비 0.95 조건에서는 배출되는 CO의 배출량이 증가되는 경향을 확인할 수 있고 당량비 0.85 조건에서는 최고화염온도가 1,970K으로 발생됨을 확인하였다. 따라서 당량비 0.
산소의 농도가 증가되고 연료의 농도가 감소되어 부분적으로 당량비가 희박해져 연소반응성이 감소된다. 결과적으로 재순환유동을 통하여 높은 일산화탄소 및 수분 농도와 낮은 당량비 조건으로 인하여 연소화염의 온도가 낮아지는 현상이 발생된다고 판단된다. 본 조건에서 발생되는 최고화염온도와 평균온도의 변화를 Fig.
5mm 조건에서 형성되었다. 노즐간 거리 변화가 순산소 마일드 연소에 미치는 영향을 분석한 결과 노즐간 거리 33.5mm 조건에서 화염온도,CO 배출량을 분석한 결과 최적조건이라 판단하였다.
5mm조건에서 산소노즐 중심으로 내외측 재순환유동이 발생하였다. 노즐간거리 34.5mm 조건에서 발생되는 이러한 재순환유동은 공급되는 연료 및 산화제를 동시에 희석시키는데 있어 보다 효율적으로 작용되어 노즐간거리 33.5mm 조건에서1,810K 이하의 최고화염온도 및 최저 CO 배출특성을 확인하였다.
벽면의 온도가 1,100K인 경우 CO의 배출량이 가장 낮게 배출되었지만 최고화염 온도가 약1,950K으로 발생하여 Thermal NO의 생성온도 이상으로 형성되어 최적조건에서 제외하였다. 따라서 1,810K의 최고화염온도, 0.2ppm 이하의 낮은CO 배출특성을 보이는 벽면온도 900K 조건을 최적 가동조건으로 판단하였다.
특히 순산소 연소에서 OH 라디컬의 강도가 증가하게 되면 연소과정에서 발생되는 연소화염의 온도가 증가하여 고온의 연소영역이 형성된다. 따라서 OH라디컬 발생을 공간적으로 분산시켜 발생강도를 감소함이 순산소 마일드 연소에 보다 효과적이라 판단된다.
85 조건에서는 최고화염온도가 1,970K으로 발생됨을 확인하였다. 따라서 당량비 0.90 조건에서 낮은 CO 배출량과 NOx 발생을 억제할 수 있는 1,810K 이하의 최고화염온도를 형성할 수 있어 최적 순산소 마일드 연소조건이라 판단하였다.
또한 벽면온도가 증가하게 되면 CO의 배출량은 감소되었지만 최고화염온도가 증가하는 문제점이 발생되었다. 따라서 벽면온도 900K 조건에서 순산소 마일드 연소조건에 최적화됨을 확인하였다.
0mm로 증가하게 되면 연소화염의 길이가 감소되는 경향을 확인할 수 있다. 또한 OH 라디컬의 경우 노즐간거리가 33.5mm 조건에서 가장 낮은 강도를 보이며 OH 라디컬의 길이와 폭이 가장 넓게 분포하고 있음을 확인할 수 있다. OH 라디컬의 분포특성 분석을 통하여 반응영역이 넓게 확장됨을 확인할 수 있어 마일드 연소의 특성인 체적연소의 특징을 보여준다고 판단된다.
90 조건에서 최적화된 최고화염온도 및 CO 배출특성을 확인하였다. 본 수치해석을 통하여 열용량 0.5MW/m3, 당량비 0.90, 연료유속 10m/s, 산소유속 200m/s, 벽면온도 900K 조건이 최적화된 순산소 마일드 연소조건임을 확인하였다.
산소유속변화에 따른 연소특성을 분석한 수치해석을 통하여 연료유속 10m/s, 산소유속 200m/s조건에서 최적화된 연소화염을 형성할 수 있음을 확인하였다. 노즐간 거리변화가 순산소 마일드연소에 미치는 영향을 분석하기 위하여 Table 2와 같은 경계조건을 적용하여 수치해석을 진행하였다.
산소유속이 증가되면 반응영역에서 이산화탄소 및 수분의 분률이 약 90% 이상으로 일정하게 분포되어 재순환류에 의한 희석효과가 증가됨을 확인할 수 있다. 산소유속이 200m/s로 증가되면 연료의 농도는 감소되고 산소의 농도가 증가되는 경향을 확인할 수 있다.
9를 살펴보면 산소유속이 증가되면 고농도의 산소분포영역이 좁아지고 길이 또한 짧아지는 현상을 확인할 수 있다. 연료유속 10m/s, 산소유속 10m/s 조건의 경우 연료 및 산화제의 농도분포가 확실하게 구분되지만 산소유속 50m/s, 100m/s, 200m/s 조건에서는 산소의 농도분포가 낮게 분포되어 산화제의 질량분율이 감소되고 있음을 확인할 수 있었다.
12를 살펴보면 산소유속이 증가되면 최고화염온도 및 평균온도가 감소되는 경향을 확인할 수 있다. 연료유속 10m/s, 산소유속 200m/s 조건에서 최고온도 1,810K의 연소화염을 형성하고 전체 온도장은 NOx 발생가능온도 이하의 온도 분포를 나타내고 있음을 알 수 있다. 따라서 순산소 마일드 연소시스템의 실제 가동에서 발생될 수 있는 외부공기가 연소장내로 침투하는 Air Leak 상황에서도 질소와 산소의 반응을 통하여 발생될 수 있는 Thermal NOx의 발생을 억제할 수 있다고 판단된다.
연료유속 10m/s 고정조건에서 공급되고 산소유속이 증가하게 되면 그림과 같이 연소장의 온도분포가 변화되었다. 연료유속이 증가하게 되면 고온의 온도영역이 감소되며 산소유속 200m/s 조건에서는 연소장의 최고온도가 1,810K으로 발생되는 것을 확인하였다.
(1) 공급되는 산소유속이 순산소 마일드 연소에 미치는 영향을 분석한 결과 산소유속이 증가되면 산소노즐을 중심으로 발생되는 내외측 재순환유동이 발생되었다. 재순환유동으로 인하여 희석효과가 증가되어 산소 및 연료의 반응영역에서 당량비가 감소되었고 희박당량비 조건에서 반응성의 감소 및 화염온도 감소가 발생되었다.
85 조건에서는 연소반응에서 발생되는 CO의 경우 공급되는 충분한 산소의 영향으로 재연소를 되어 CO2로 변화되고 있음을 확인할 수 있다. 하지만 당량비 0.95 조건의 경우 연소화염의 주된 반응 후 생성된 CO의 경우 산소희박 조건으로 인하여 재연소되지 못하고 배출되고 있음을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유망한 연소기술인 순산소 마일드 연소의 장점은 무엇인가?
순산소 마일드 연소는 공기를 사용하는 연소에 비하여 열효율 및 연소안정성이 높고 배기가스 배출량이 낮아 유망한 연소기술 중 하나로 알려져 있지만 마일드 화염의 형성에는 아직까지 많은 어려움이 있는 실정이다. 본 논문에서는 순산소 마일드 형성을 위하여 연소기 형상 및 운전조건 변화가 순산소 마일드 연소에 미치는 영향을 3차원 수치해석을 적용하여 분석하였다.
벽면온도 변화에 따른 순산소 마일드 연소특성 분석에서 벽면온도가 증가하면 어떠한 문제가 발생하는가?
(3) 벽면온도 변화에 따른 순산소 마일드 연소특성을 분석하였고 분석결과 벽면온도가 감소되면 최고화염온도 및 평균온도가 감소되었지만 배출되는 CO의 배출량이 증가하였다. 또한 벽면온도가 증가하게 되면 CO의 배출량은 감소되었지만 최고화염온도가 증가하는 문제점이 발생되었다. 따라서 벽면온도 900K 조건에서 순산소 마일드 연소조건에 최적화됨을 확인하였다.
본 연구에서 확인한 순산소 마일드 연소가 안정적으로 형성될 수 있는 조건은 무엇인가?
수치해석 결과 마일드 연소화염의 특징인 고온영역과 평균온도를 감소시키는 데 있어서 산화제유속 증가가 보다 효과적임을 확인하였다. 또한 외부 예열이 없는 조건에서도 최적화된 산소-연료 공급조건에서 순산소 마일드 연소화염의 형성 가능성을 확인하였고 안정적인 순산소 마일드 연소는 당량비 0.90, 연료유속 10 m/s, 산소유속 200 m/s, 노즐간 거리 33.5 mm 조건에서 보다 안정적으로 형성됨을 확인할 수 있었다.
참고문헌 (26)
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