Effect of Pressure and Stoichiometric Air Ratio on NOx Emissions in Gas-Turbine Dump Combustor with Double Cone Burner

This work presents an experimental investigation of NOx emissions according to inlet air temperature (550-660 K), stoichiometric air ratio (${\lambda}$, 1.4-2.1), and elevated pressure (2-5 bar) in a High Press Combustor (HPC) equipped with a double cone burner, which was designed by Pusan Clean Coal Center (PC3). The exhaust-gas temperature and NOx emissions were measured at the end of the combustion chamber. The NOx emissions generally decreased as a function of increasing ${\lambda}$. On the other hand, NOx emissions were influenced by ${\lambda}$, inlet air temperature and pressure of the combustion chamber. In particular, when the inlet air temperature increased, the flammability limit was extended to leaner conditions. As a result, a higher adiabatic temperature and lower NOx emissions could be achieved under these operation conditions. The NOx emissions that were governed by thermal NOx were greatly increased under elevated pressures, and slightly increased at sufficiently low fuel concentrations (${\lambda}$ >1.8).

이중원추형 모형연소기에서 압력과 공기비에 따른 NOx 배출특성

본 연구에서는 이중원추형 버너가 장착된 고압연소기를 이용하여 입구공기온도, 공기비 그리고 연소실 압력조건에 따른 NOx 배출 특성을 실험적으로 조사하였다. 배기가스 온도와 NOx 배출량은 동일한 연소실 끝단지점에서 측정되었다. NOx 배출량은 공기비가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었으며, 입구공기 온도와 연소실의 압력이 높아질수록 증가하는 경향을 나타내었다. 특히 입구공기 온도의 증가는 희박 영역에서 가연한계를 증가시켜 높은 단열화염 온도를 가짐에도 불고하고 저감된 NOx 배출 수준을 얻을 수 있었다. 연소실 압력이 증가할수록 Thermal NOx의 영향을 받는 영역에서의 NOx 배출은 큰 폭의 상승을 보였으나, 공기비가 1.8이상인 영역에서는 적은 연료량으로 인하여 적은 상승폭을 나타내었다.