NOx Formation Characteristics with Oxygen Enrichment in Nonpremixed Counterflow Flames

비예혼합 대향류화염에서 산소부화에 따른 NOx 생성특성

The NOx emission characteristics with oxygen enrichment in non-premixed counterflow flames were investigated numerically. To consider systematically the situation of inevitable $N_2$ contamination by air infiltration in the process of pure-oxygen combustion, the volume ratio of $O_2$ in an oxidizer was changed from 21% to 100%. As a result the NO emission index $(EI_{NO})$ has the highest value under condition of 75% oxygen enrichment. This result can be explained by the change of $N_2$ destruction rate with oxygen enrichment rather than flame temperature, flame thickness and residence time. In particular, it was found that the reaction of N+NO=$N_2+O$ has the largest contribution on NOx production in oxygen-enrichment flames.

비예혼합 대향류화염에서 산소부화에 따른 NOx 생성특성에 관한 수치해석이 수행되었다. 순산소의 연소과정에서 공기침투에 의한 부득이한 질소 유입의 상황을 체계적으로 고려하기 위하여, 산화제의 $O_2$는 체적비 21%에서 100%까지 변화되었다. 결과적으로 NO 배출지수$(EI_{NO})$는 산소부화율 75%까지 증가하다가 급격히 감소하는 경향을 보여준다. 이러한 경향은 화염온도, 화염두께 및 체류시간 보다는 NOx 생성과 관련된 $N_2$ 소모율 변화에 의해 설명될 수 있음을 확인하였으며, 특히 N+NO=$N_2+O$ 반응이 가장 크게 기여함을 알 수 있었다.