이중 예혼합화염에서 $CO_2$ 희석이 연소불안정에 미치는 영향

Effect of $CO_2$ dilution on Combustion Instabilities in dual premixed flame

최근 대두되고 있는 바이오가스(Biogas)를 이중 희박 예혼합 가스터빈 연소기에 적용하기 위한 연구로써, 기존 개발된 실물형 이중 희박 예혼합 연소기 버너헤드에 바이오가스 조성을 모사한 $CO_2$ 희석 연료를 사용하여, 가스터빈 연소기의 연소불안정에 미치는 영향을 연구하였다. 이중 스월이 적용된 이중화염에서 연료분배율(Pilot fuel mass fraction)에 따라 화염구조가 상이하며 이에 따라 연소장의 온도분포와 연소불안정 특성이 결정된다. 동압신호와 phase-resolved $OH^*$ 이미지를 통해 연료분배율 변화와 $CO_2$ 희석률 증가에 따른 연소불안정 크기 감소와 그 경향을 알 수 있었다. $CO_2$ 희석에 의해 열방출 섭동의 크기가 감소하고 화염속도가 감소하며 이에 따라 화염면의 팽창 즉, 체적의 증가로 인해 연소불안정이 감소되는 것을 실험을 통해 확인하였다.

The effects of $CO_2$-dilution on combustion instability were studied in order to apply biogas in a dual lean premixed gas turbine combustor on a real-scale dual lean premixed burner head which is originally developed for Natural Gas fuel. Combustion instability is reduced by $CO_2$ dilution effect according to the result of dynamic pressure signal and phase-resolved $OH^*$ images. The reason for this is that dilution of $CO_2$ reduces heat release perturbation and increases flame volume due to reduction of the flame speed and expansion of flame surface.