초록 ▼

부분 예혼합 화염은 우리생활에서 응용되고 있는 연소형태 중에서 많은 부분을 차지 하고 있지만, 보다 정확한 연소온도와 온도구배, 배기가스특성 및 미세화학종의 특성 등 많은 부분의 연구가 부족한 실정이다. 특히, 고온의 공기를 이용한 연소에 대한 연구는 거의 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 NOx저감을 위한 고온공기연소의 적용에 앞서 연소현상에서의 여러 인자 중 당량비와 예열공기의 온도, 희석율이 연소에 미치는 영향을 규명하기 위해, 화염구조와 온도분포, NOx 배출특성을 실험적으로 관찰하고, 예열공기를 이용한 연소가 열효율과

부분 예혼합 화염은 우리생활에서 응용되고 있는 연소형태 중에서 많은 부분을 차지 하고 있지만, 보다 정확한 연소온도와 온도구배, 배기가스특성 및 미세화학종의 특성 등 많은 부분의 연구가 부족한 실정이다. 특히, 고온의 공기를 이용한 연소에 대한 연구는 거의 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 NOx저감을 위한 고온공기연소의 적용에 앞서 연소현상에서의 여러 인자 중 당량비와 예열공기의 온도, 희석율이 연소에 미치는 영향을 규명하기 위해, 화염구조와 온도분포, NOx 배출특성을 실험적으로 관찰하고, 예열공기를 이용한 연소가 열효율과 배기가스의 저감에 어느 정도 유용하며 효율적인가에 대하여 알아보고자 한다.
본 연구에서는 보다 정확한 연소현상의 규명을 위해 동축 분류형 버너에서 PLIF (Planar laser-induced fluorescence) 기법을 이용하여 화염내부에 존재하는 OH 라디컬의 분포를 측정하고, CARS(Coherent Anti-stokes Raman Spectroscopy) 기법과 수치 해석(CHEMKIN Code)을 이용하여 온도분포를 비교·분석하였다. 그리고 각 조건에서의 NOx 배출량을 측정하여 예열공기온도$(T_{inlet})4와 $N_2$ 첨가에 따른 연소반응영역과 온도분포, NOx 배출특성에 관해 고찰해 보았다.
- 예혼합화염
(1) PLIF 기법을 이용한 2차원 OH 농도측정결과로부터 $T_{inlet}$과 $N_2$ 첨가에 따른 화염면의 거동, 연소 반응속도와 면적분포 등을 관찰함으로써 고온공기연소 메커니즘 규명과 연소 제어를 위한 기초적인 자료를 획득할 수 있었다.
(2) CARS 기법을 이용한 화염 내 축 방향 온도측정결과로부터 $T_{inlet}$과 $N_2$ 첨가에 따른 온도장의 변화에 대한 통찰력을 얻을 수 있었다. 즉, N2 첨가 정도에 따라 Tinlet의 변화가 반응대 높이에 미치는 영향이 상반되게 나타난다는 것과 N2를 첨가함에 따라 순수한 연소에 의한 엔탈피 상승폭이 줄어든다 것, 또한 연소최고온도가 낮아짐과 동시에 축 방향으로의 온도감소 기울기가 완만해 진다는 것을 발견할 수 있었다.
- 확산화염
(1)확산화염내에서 매연분포는 온도의 영향이 지배적이고 Tad가 일정할 경우 연료측의 희석의 경우가 공기측 희석의 경우보다 더 많은 영향을 주는 것으로 나타났다.
(2) NOx 생성량은 단열화염의 증가에 따라 열적 NO에 의해 배출량이 증가하였고, 희석의 경우, Z가 증가함에 따라 연료측이 산화제측 보다 NO가 많이 배출되었다.
기술적 측면 : 고온공기연소 기술확립, 레이저 연소진단 기술확립
경제·산업적 측면 : 열효율 및 연료경제성 개선, 공업용버너의 국산화
사회·문화적 측면 : 레이저 진단 기술 infra 구축에 대한 대외 의존도 감소

Abstract ▼

Although partially premixed flames occupy a significant portion in combustion and have been widely used in daily life, there were not enough studies on accurate combustion temperature, temperature gradient, exhaust gas characteristics and detailed chemistry reaction. Especially, there were few studi

Although partially premixed flames occupy a significant portion in combustion and have been widely used in daily life, there were not enough studies on accurate combustion temperature, temperature gradient, exhaust gas characteristics and detailed chemistry reaction. Especially, there were few studies in case of highly preheated air combustion.
For this reason, we will observe flame structure, temperature distribution, characteristics of NOx emissions experimentally to find out the respective effect of equivalence ratios, preheated air temperature and dilution fraction before we apply high temperature air combustion to NOx reduction.
With these results, we want to figure out how useful and efficient highly preheated air combustion is for thermal efficiency and reduction of emissions.
In this paper, we measure the distribution of OH radical that exists in the inner flame using PLIF(Planar laser-induced fluorescence) techniques in the coaxial division type burner. And we obtained the temperature distribution using CARS (Coherent Anti-stroke Raman Spectroscopy) technique. These results are compared with numerical analysis which is carried out with CHEMKIN Code. In addition, we measured amount of NOx emissions in several conditions.
- Premixed flame -
Reaction zone and high temperature zone exists broadly as preheated air temperature is higher.
The influence of the dilution on the reaction zone is small except the structure of premixed flame front.
Preheated air temperature makes the temperature field uniform until downstream.
Dilution effect on the flame temperature is only reduction of maximum temperature A lot of NOx emission can be controlled by dilution
- Diffusion flame -
In the case of thermal effect, the soot formation increase than the other cases(dilution effect : fuel side < air side) at 2D LII images.
The NO emission was formed dominantly by thermal NO in the case of the thermal effect which is increased by adiabatic temperature.
The temperature distribution measurement using the CARS method is accordant to simulation results by the CHEMKIN code.
Technological side : Establishing highly preheated air combustion technology and laser combustion diagnosis technology
Economical and Industrial side : Improving thermal and economical efficiency of fuel, localization of industry burner
Social and Cultural side : Casting off technological subordination

목차 Contents

• Ⅰ. 연구계획 요약문...3
• 1. 국문요약문...3
• Ⅱ. 연구결과 요약문...4
• 1. 국문요약문...4
• 2. 영문요약문...5
• Ⅲ. 연구내용...6
• 1. 서론...6
• 1.1 연구배경 및 중요성...6
• 1.2 연구 목표...6
• 1.3 연구범위...7
• 2. 부분예혼합화염의 초기온도 및 희석률의 변화...8
• 2.1 연구방법 및 이론...8
• 2.2 연구결과...10
• 2.3 결론...13
• 3. 확산화염의 초기온도 및 희석률의 변화...15
• 3.1 연구방법 및 이론...15
• 3.2 연구결과...16
• 3.3 결 론...18
• 4. 인용문헌...19