Numerical Study on the Thermal NOx Reduction by Addition of Moisture in LNG Flame

A computer program is developed for the prediction of NO generation by the addition of water moisture and water electrolysis gas in LNG-fired turbulent reacting flow. This study is the first part to deal with the moisture effect on NO generation. In this study, parametric investigation has been made in order to see the reduction of thermal NO as a function of amount of moisture content in a LNG-fired flame together with the swirl and radiation effect. First of all, calculation results show that the flame separation together with the NO concentration separation are observed by the typical flow separation due to strong swirl flow. With a fixed amount of air, the increased amount of water moisture from 0 to 10% by 2% interval shows the decrease of NO concentration and flame temperature at exit are from $973^{\circ}C$ and 139 ppm to $852^{\circ}C$ and 71 ppm. The radiation effects on the generation on NO appears more dominant than swirl strength over the range employed in this study. However, for the strong swirl flow employed in this study, the flow separation cause the relatively high NO concentration observed near exit after peak concentration in the front side of the combustor.

가습 공기의 LNG 화염 Thermal NOx 저감의 수치 해석적 연구

LNG 난류 화염에서 수증기나 물을 전기분해한 기체를 투입할 경우 발생하는 NO 생성을 예측하기 위하여 컴퓨터 프로그램을 개발하였다. 본 연구는 그 첫 번째로서 NO 생성에 대한 수증기 영향을 다룬 연구이다. 개발한 이 프로그램을 한국에너지기술연구원에서 실험 연소로를 대상으로 적용하였다. 수증기 양에 따른 LNG 화염에서 NO 생성 효과를 검토하기 위하여 투입된 전체 공기량에 수분양을 0~10%까지 2% 간격으로 주입하였다. 계산 결과 강한 선회 유동의 결과로 나타나는 전형적인 유동분리에 따른 화염분리와 함께 NO 농도가 분리되는 양상이 나타났다. 수분양이 증가하면서 출구에서의 연소가스의 온도와 NO의 농도는 $973^{\circ}C$에서 $852^{\circ}C$로 NO의 농도는 139 ppm에서 71 ppm으로 일관성 있게 감소하였다. 그리고 연소로 복사 현상은 본 연구에서 고려한 영역에서 선회강도보다도 NO 생성에 큰 영향을 나타내었다. 그러나 본 연구에서 고려한 강한 선회 효과는 NO 농도가 연소로 전단에 이어 출구 근처에서 다시 높아지는 분리 현상을 나타내었다.