Numerical Study on Ignition Delay Time of CH4 as CO/H2 Addition in MILD Combustion

MILD(Moderate or Intense Low-oxygen Dilution) combustion has attracted attention as the clean thermal energy technology due to the lower emissions of unburnt carbon and NO_x. MILD combustion aims to enlarge the combustion reaction zone using the spontaneous ignition phenomenon of the reactants. In this study, the ignition delay time of CH₄ according to the initial temperature of reactants and the addition of CO, H₂ was investigated using a numerical approach. Ignition delay time became shorter as the increases of initial temperature and H₂ addition. But, CO addition to the fuel increase the ignition delay time. In case of H₂ addition to the fuel, the ignition delay time decreased because the higher fraction of HO₂ promotes the decomposition of methyl radical(CH₃) and produce OH radical. However, in case of CO addition to the fuel, ignition delay time inceased because a high proportion of HCO consumes H radical. There was no significant effect of HCO on the reduction of ignition delay time. Also, the increase rates of NO emissions by the addition of CO and H₂ were approximately 7% and 1%, respectively. A high proportion of NCO affects the increase in NO production rate.

MILD 연소 환경에서 CO/H2 첨가에 따른 CH4의 점화 지연 시간의 해석적 연구

MILD(Moderate or Intense Low-oxygen Dilution) 연소는 열에너지 분야에서 배출되는 미연 탄소와 질소 산화물을 저감하기 위한 기술로, 친환경 열 에너지 생산 기술로 평가받고 있다. MILD 연소 기술은 반응물의 예열을 통한 자발화 현상을 이용하여, 연소 반응 영역을 확장시키는 것이 핵심이다. 본 연구는 CH₄와 공기를 활용하여 반응물의 초기 온도 변화와 CO, H₂의 혼합율에 따른 CH₄의 점화 지연 시간을 수치 해석적 접근을 통해 분석하였다. 점화 지연 시간은 초기 온도와 H₂ 혼합율이 높을수록 감소하였고, CO 혼합율이 높을수록 증가하였다. 이는 H₂ 첨가 시 초기에 높은 분율의 HO₂가 메틸 라디칼(CH₃)의 분해 반응을 촉진시켜 OH를 생성하였기 때문이며, CO 첨가 시 HCO 생성에 따른 H 라디칼 소모가 증가했기 때문이다. 하지만 HCO의 생성은 점화 지연 시간에 큰 영향을 주지 않았다. 또한 연료 내 CO와 H₂를 30% 혼합한 조건에서는, NO 배출량이 각각 7%, 1% 증가하는 경향을 보였다. 이는 CO를 혼합한 조건에서 초기에 높은 NCO가 NO 생성반응률 증가에 영향을 미쳤기 때문이다.