A Study on the Combustion Flow Characteristics of a Exhaust Gas Recirculation Burner with the Change of Outlet Opening Position

Nitrogen oxides (NOx) have recently been very influential in the generation of ultrafine dust, which is of great social interest in terms of improving the atmospheric environment. Nitrogen oxides are generated mainly by the reaction of nitrogen and oxygen in air in a combustion gas atmosphere of high temperature in a combustion apparatus such as thermal power generation. Recently, research has been conducted on the combustion that recirculates the exhaust gas to the cylindrical burner by using a piping using a Coanda nozzle. In this study, three types of burners were carried out through computational fluid analysis. Case 1 burner with the outlet of the combustion gas to the right, Case 2 burner with both sides as gas exit, Case 3 burner with left side gas exit. The pressure, flow, temperature, combustion reaction rate and distribution characteristics of nitrogen oxides were compared and analyzed. The combustion reaction occurred in Case 1 and Case 2 burner in the right direction with combustion gas recirculation inlet and Case 3 burner in the vicinity of mixed gas inlet. The temperature at the outlet was about $100^{\circ}C$ lower than that of the other burners as the Case 2 burner was exhausted to both sides. The NOx concentration of Case 1 burner at the exit was about 20 times larger than that of the other burners. From the present study, it could be seen that it is effective for the NOx reduction to exhaust the exhaust gas to both side gas exits or to exhaust the exhaust gas to the opposite direction of inlet of recirculation gas.

배기가스 재순환 버너에서 연소가스 출구 위치에 따른 연소 유동 특성에 관한 연구

질소산화물은 최근에 초미세먼지 발생에 많은 영향을 주고 있어서 대기환경 개선 측면에서 사회적으로도 크게 관심이 되고 있다. 질소산화물은 주로 화력발전 등의 연소기기에서 고온의 연소가스 분위기에서 공기 중의 질소와 산소가 반응하여 발생한다. 이에 대한 저감 방법으로 원통형 버너에 코안다 노즐을 이용한 배관으로 배기가스를 재순환하는 연소에 대한 연구가 최근에 이루어지고 있다. 본 연구에서는 코안다 노즐을 사용하여 배기가스를 재순환하는 원통형 버너의 연소가스 출구의 위치를 오른쪽으로 하는 버너(Case 1 버너), 양쪽을 출구로 하는 버너(Case 2 버너), 왼쪽을 출구로 하는 버너(Case 3 버너) 형상에 대하여 전산유체해석을 통해 연구를 수행하였으며 연소 유동의 압력, 유선, 온도, 연소 반응 속도와 질소산화물의 분포 특성을 비교 분석하였다. 연소반응은 Case 1과 Case 2버너는 연소가스 재순환 유입구가 있는 오른쪽 방향으로 일어나고 Case 3 버너는 혼합가스 유입구 부근에서 일어나고 있었다. 출구에서의 온도는 Case 2버너가 양쪽으로 배출되면서 다른 버너 보다 약 $100^{\circ}C$ 정도 온도가 낮게 나타났으며 출구에서의 NOx 농도는 Case 1버너가 다른 형상 버너 보다 약 20배 크게 나타났다. 이로부터 NOx 저감을 위해서는 배기가스 재순환 버너의 출구는 양쪽으로 배출되게 하거나 연소가스 재순환 유입구 반대 방향으로 배출 되도록 하는 것이 효과적임을 알 수 있었다.