• Journal of the Korean Society of Combustion
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• v.9 no.1
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• pp.1-10
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• 2004

The results of a series of experiments executed by using two pilot-scale oxy-fuel burners are presented. The oxy-fuel burners are designed for maximum capacity of 50,000kcal/hr, 200,000kcal/hr and installed in the test furnace. The effects of turn-down ratio, excess oxygen ratio, nozzle exit velocity, injection angle, and swirl vane angle on the combustion characteristic are investigated. Temperature distributions are measured using R-type and Molybdenum sheathed C-type thermocouple at various points of the flame. The results showed that maximum temperature and mean temperature increase with the increase of turn-down ratio and momentum. The maximum flame temperature was increased about 35% compared to the case of equivalent air operated condition. In addition, optimum burner type, excess oxygen ratio and nozzle characteristics are obtained for this oxy-fuel glass melting furnace.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2008.11b
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• pp.2175-2180
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• 2008

Oxy-fuel combustion has been gaining its significance as a means of migrating the green house effects. Some experimental measurements were conducted to investigate the characteristics of oxy-fuel combustion and to aid a fundamental design of a lab-scale oxy-fuel combustor with a coaxial burner. CO emission was measured along the combustor centerline while combustion of methane and oxygen diluted by CO2 took place. Substitution of CO2 with N2 indicates a possibility that some CO is formed by dissociation of CO2. Some parametric tests were also performed to see the mixing effects of reactant gases on CO emission by changing the gas injection velocity at the burner nozzles with various heat loads. The overall results indicate that CO emission was reduced when the reactants are injected at higher velocities of similar magnitude.

• Journal of Korea Foundry Society
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• v.14 no.6
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• pp.489-494
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• 1994

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.4
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• pp.409-416
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• 2010

The use of oxy-fuel combustion and flue gas recirculation (FGR) for $CO_2$ reduction has been studied by many researchers. This study focused on the characteristics of oxy-fuel combustion and the effects of $CO_2$ addition from the point of view of oxygen feeding ratio (OFR) and the position of $CO_2$ addition in order to reproduce an FGR system with a triple concentric multi-jet burner. Oxy-fuel combustion was stable at all OFRs at a fuel flow-rate of 15 lpm, which corresponds to an equivalence ratio of 0.93; however, the structure and length of the flame varied at different OFRs. When $CO_2$ was added in oxy-fuel combustion, various stability modes such as stable, transient, quasistable, unstable, and blow-out were observed. The temperature in the combustion chamber decreased upon $CO_2$ addition in all conditions, and the maximum reduction in temperature was below 1800 K. $CO_2$ concentration with respect to height varied with the volume percent of $CO_2$ at the nozzle tip.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2007.05b
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• pp.3276-3281
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• 2007

A novel oxy-fuel burner for a boiler has been devised and composed into a 50 kW class boiler system. A series of test has been conducted to show the characteristics of combustion, exhaust gas and the boiler. Numerical simulations have been also performed and validated against the experimental data to discuss detailed physics. The oxy-fuel burner can effectively heat the combustion chamber with the significantly reduced combustion gas, which enables to realize the compactness of the system. The composition of exhaust gas reveals that the sealing of the system is crucial to achieve high $CO_2$ concentration and low $NO_X$ emission.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 2009.04a
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• pp.329-334
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• 2009

An oxy-fuel boiler has been developed to capture $CO_2$ from the exhaust gas. FGR (flue gas recirculation) is adopted to be compliant with the retrofit scenario. Numerical simulations have been performed to study the detailed physics inside the combustion chamber of the boiler. The temperature field obtained from the simulation agrees with the flame image from the experiment. The FGR combustion yields similar heat transfer characteristics with the conventional air combustion while the flame is formed further downstream in case of the FGR combustion.

• Proceedings of the SAREK Conference
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• 2008.06a
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• pp.1019-1024
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• 2008

A 3 MW class oxy-fuel boiler has been developed to capture $CO_2$ from the exhaust gas. The system is a scale-up of the previous 0.5 MW class system in general. A heat exchanger and a mixer are additionally installed to stabilize the flame for the FGR mode. The system yields the exhaust gas with $CO_2$ concentration over 90% and reduced NO emission to 1/10 of conventional air combustion system.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 2014.11a
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• pp.253-254
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• 2014

지구온난화 문제는 한국가의 문제가 아니라 인류의 문제로 대두되어 많은 이에대한 많은 연구가 이루어 지고 있다. 지구온난화의 주 대상물질인 화석연료로부터 연소시 발생하는 이산화탄소를 감축하기위한 많은 규제와 노력이 요구된다. CCS(Carbon Capture & Storage)란 화석연료로 부터 연소시 대기 중으로 배출되는 온실가스($CO_2$)를 포집하여 재생 또는 지중, 해양에 저장하는 기술로서 국가녹색성장 핵심기술중의 하나로 분류되며, $CO_2$ 회수방안, 저장, 처리관련 연구를 비롯하여 국내외 적으로 활발한 연구가 이루어 지고 있다. 또한 순산소 연소기술을 통한 $CO_2$ 회수, 처리기술은 연료의 산화제를 공기대신 순도 95% 이상의 고농도 산소를 이용하여 순산소연소를 하며, 이때 발생하는 배가스의 대부분은 $CO_2$와 수증기로 구성되어 있다. 발생된 배가스의 약 70~80%를 다시 연소실로 재순환시켜 연소기의 열적 특성에 적절한 연소가 가능하도록 최적화함과 동시에 배가스의 $CO_2$ 농도를 80% 이상으로 농축시켜 회수를 용이하게 하며, 동시에 공해물질은 NOx 발생량을 10ppM 이하로 줄일 수 있는 기술이다. 천연가스를 생산하는 LNG기지에서 연소에 의한 이산화탄소를 발생시키는 기기로는 수중연소식기화기(SMV ; Submerged Combustion Vaporizer)를 들 수 있다. SMV는 버너를 이용하여 $-162^{\circ}C$ LNG를 $10^{\circ}C$의 LN로 기화시키는 설비로서 특히 동절기에 작동시키며 $CO_2$를 배출시키는 연소기다. 본 연구에서는 수중연소식 SMV에 순산소 연소방식을 적용하여 천연가스와 산소를 연소시키므로서 발생되는 $CO_2$를 LNG냉열을 이용 액체화 시켜 회수하는 연구를 수행하고 있다. 내용중에 수중연 소식 SMV에 대한 순산소 연소기를 개발하는 연구를 수행하였으며, 실제 SMV의 1/10크기, 열량기준 1/900로 모형을 제작하여 실험하였다. 연소기 노즐 은 직경 0.6mm, 배가스가 수조내에서 48개의 노즐을 제작하였다. 실험결과 일정량 이상의 $CO_2$ EGR율이 일정 값 이상이 되면 화염의 길이가 공기/NG 화염 길이와 큰 차이가 없었으며 $CO_2$ EGR율이 100%이상에서는 $CO_2$ EGR율 증가에 따른 화염길이 변화는 크게 나타나지 않았다. CO 배출 농도는 공기/NG 연소의 경우보다 높게 나타났으며, ${\lambda}$가 1.4보다 높은 조건에서는 측정되지 않았다. NOx의 배출 농도는 약 1~8ppm으로 나타났다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.157-157
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• 2010

우리나라는 기후변화협약에 대응하기 위한 교토의정서를 비준한 국가로서, 아직 온실가스의 의무감축 대상 국가는 아니다. 그러나 2012년부터 시작될 교토의정서 2차 공약기간 중에 브라질, 중국 및 인도와 같이 2차 의무감축대상이 가장 유력시 되는 국가로 지목되고 있으므로, 이러한 변화에 능동적으로 대처할 수 있는 기술적, 사회적, 정책적 방안이 신속히 마련될 필요가 있다. CCS(carbon capture & storage)란 화석연료로 부터 연소시 대기 중으로 배출되는 온실가스($CO_2$)를 포집하여 재생 또는 지중, 해양에 저장하는 기술로서 국가녹색성장 핵심기술중의 하나로 분류되며, 대료적인 $CO_2$ 발생대상인 석탄화력발전소로 부터 $CO_2$ 회수방안, 회수, 처리관련 연구를 포함하여 국내외 적으로 활발한 연구가 이루어 지고 있다. 순산소 연소기술을 통한 $CO_2$ 회수, 처리기술은 연료(천연가스, 석탄, 석유)의 산화제를 공기대신 순도 95% 이상의 고농도 산소를 이용하여 순산소연소를 하며, 이때 발생하는 배가스의 대부분은 $CO_2$와 수증기로 구성되어 있다. 발생된 배가스의 약 70~80%를 다시 연소실로 재순환시켜 연소기의 열적 특성에 적절한 연소가 가능하도록 최적화함과 동시에 배가스의 $CO_2$ 농도를 80% 이상으로 농축시켜 회수를 용이하게 하며, 특히 공해물질은 NOx 발생량을 10ppM 이하로 줄일 수 있다. 천연가스가 생산되는 LNG기지에서 LNG를 기화시키기 위하여 해수식 기화기(ORV : Open Rack Vaporizer와 수중연소식 기화기(SMV ; Submerged Combustion Vaporizer)를 사용하고 있으며, 특히 SMV는 버너를 이용하여 $-162^{\circ}C$ LNG를 $10^{\circ}C$의 LN로 기화시키는 설비로서 이때 연소시 $CO_2$를 상당량 발생시킨다. 본 논문에서는 SMV에서 순산소 연소방식을 적용하여 연료인 천연가스를 연소시키고, 이때 발생되는 $CO_2$와 수분이 주 성분인 배가스를 연소기에 재순환시켜, 연소실내 고온문제를 해결하며, 최종적으로 배가스중 $CO_2$는 $-162^{\circ}C$의 LNG 냉열을 이용하여 고순도의 액체 $CO_2$로 액화시키므로서 $CO_2$의 회수, 처리문제를 해결하는 방식을 소개하고자 한다. 이러한 방식은 천연가스에서 발생되는 $CO_2$ 회수를 LNG 냉열을 활용하므로서 폐열을 활용하는 에너지 효율적인 문제와 사용가능한 고순도 $CO_2$로 회수하므로서 환경적인 문제를 처리하는 기술이라 할 수 있다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.32 no.7
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• pp.504-512
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• 2008

The characteristics of nonpremixed oxy-fuel flame in a multi-jet burner were experimentally and numerically investigated. The overall flow rate of fuel and oxygen was fixed, and the oxygen feeding ratio (OFR) was varied by 0.25, 0.5, and 0.75. The results of numerical simulation were compared with the measured results which are temperature profile and direct flame observation. The probability density function (PDF) model was applied accounting to the description between turbulence and chemistry, and standard ${\kappa}-{\varepsilon}$ model was used for turbulent flow field. Equilibrium assumption is very reasonable due to fast chemistry of the oxy-fuel combustion. Thus, the equilibrium calculation based on Gibbs free energy minimization was guaranteed to generate the solution of the oxy-fuel combustion. The result was obtained by numerical simulation. The predicted radial temperature profiles were in good agreement with the measured results. The flame length was shorten and was intensified with the decrease of OFR because the mixture of fuel and oxidizer are fast mixed and burnt. The maximum temperature became lower as the OFR increased, as a consequence of large flame surface area.