• 유기물자원화
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• 제17권3호
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• pp.27-39
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• 2009

본 연구는 가연성폐기물, 음식물폐기물 및 하수슬러지를 혼합하여 연료로 제조하여, 연소장치에서 다양한 연소조건에 따라 배출되는 배연가스를 분석하여 연소특성을 조사하였다. CO가스성분은 연소과정에서 불완전연소 부분을 평가하는 가스성분으로서, 연소장치의 실험조건이 온도 $800^{\circ}C$와 공기비 2일 때 가장 낮게 발생하였다. $CO_2$는 시료가 완전 연소되어 최종적으로 발생되는 부산물로서 연소조건이 가장 최적상태인 온도 $800^{\circ}C$와 공기비 2일 때 가장 높은 농도가 발생하였다. $SO_2$ 발생은 시료 중에 황 함유량이 높은 S.1에서 높게 나타났다. NOx는 질소성분이 높은 S.1시료와 온도 $800^{\circ}C$의 조건에서 공기비 m=2의 조건에서 NOx의 발생이 높게 나타났다. HCl가스는 연소과정에서 산소의 촉매 반응을 통해서 분진이나 금속촉매물질과 반응하여 다이옥신류를 발생시키는 전구물질로서 분석결과에서 보면 시료의 Cl함유량이 많은 시료와 동일한 시료에서 온도 $800^{\circ}C$와 공기비 2일 때가 가장 낮은 HCl의 농도가 발생되었다. $NH_3$는 시료의 혼합비율과 온도조건보다는 공기비 2일 때 연소시작 3분 후에 가장 낮게 나타났으며, 연소온도 보다는 공기비가 $NH_3$의 생성에 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. $H_2S$ 발생은 시료의 황 함유량이 높은 S.1시료와 하수슬러지나 음식물쓰레기 혼합 비율이 높은 경우 높게 나타났다. 연소실험에서 혼합비율에 따라서 제조된 S.1과 S.2의 시료를 연소한 결과 CxHy농도 무연탄 연소시 발생농도와 비슷하게 나타남으로서, 성형하여 제조된 연료는 보조연료 및 주연료로서 가치가 있는 것으로 평가되었다.

• 한국가스학회지
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• 제24권5호
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• pp.29-38
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• 2020

산업현장의 대형 연소시스템 내부의 온도 및 농도를 실시간으로 정밀하게 계측하는 일은 그 규모 및 환경 조건으로 인해 사실상 어렵다. 현재 주로 사용되고 있는 열전대를 이용한 온도 계측은 점 측정 방식으로 대형 연소시스템 내부 광역 범위의 온도 분석에 적용하기에는 정밀성과 신뢰성이 낮으며, 접근성에 한계가 있다. 농도 분석 측면에서 대부분의 계측 방법은 샘플링 방식으로 실시간 측정이 어렵고 대표성에 한계가 있다. 이러한 한계점을 극복하기 위한 방법으로, 레이저를 이용한 측정법이 지속적으로 개발되고 있다. 레이저 기반 측정법들은 선 평균 측정 방식으로 대표성과 정밀도가 뛰어나 대형 연소시스템 적용에 유리하다. 본 연구에서는 파장 가변형 레이저 흡수 분광법(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS)을 통해 연소 시에 발생하는 수증기와 산소를 이용하여 실시간으로 온도 및 농도를 측정하였다. 측정 결과 연소시스템 내부 평균 온도는 1330℃, 평균 산소 농도는 3.3 %로 발전소 데이터와 비교하였을 때 유사한 경향성의 측정값을 얻었다.

• 청정기술
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• 제25권4호
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• pp.316-323
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• 2019

대기 오염 물질 저감과 연소 효율 증가를 위해서 연소 환경 내 일산화탄소를 정밀하게 측정하는 것은 필수적인 요소이다. 일산화탄소(carbon monoxide, CO)는 불완전 연소 때 급격히 증가하며 질소산화물(nitrogen oxide, NOx)과 Trade-off 관계로 오염 물질 배출량과 불완전 연소 반응에 기여하는 중요한 가스종이다. 특히, 대형 연소 시스템 중 열처리로의 경우, 강판 표면위 산화층 형성을 억제하기 위해 과잉 연료 조건에서 환원 분위기로 운전이 진행된다. 이는 많은 양의 미연분 일산화탄소가 배출되는 원인이기도 하다. 하지만 연소 환경 내에서 일산화탄소 농도는 불균일한 연소 반응과 열악한 측정 환경으로 인하여 실시간 측정이 어렵다. 이러한 문제점을 극복하기 위해서 광학적 측정 방식인 파장 가변형 다이오드 레이저 흡수 분광법(tunable diode laser absorption spectroscopy, TDLAS)이 각광을 받고 있다. TDLAS 기법은 열악한 현장 측정, 빠른 응답성, 비접촉식 방식으로 연소 환경 내 특정 가스종 농도 측정에 적합하다. 본 연구는 과잉 연료 조건에서 당량비 제어를 위한 연소시스템을 제작하였으며 연소 배기가스 생성을 위해 LPG/공기 화염을 이용하였다. 당량비 변화에 따른 CO 농도 측정은 TDLAS와 Voigt 함수 기반 시뮬레이션으로 분석하였다. 또한 연소 생성물로부터 간섭이 없는 CO 광 흡수 영역 확보를 위해 근적외선 영역의 4300.6 cm^-1을 선택하여 실험을 진행하였다.

• 한국가시화정보학회:학술대회논문집
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• 한국가시화정보학회 2005년도 한국가시화정보학회 연소/내연기관 부문 학술강연회
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• pp.3-57
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• 2005

왕복동 내연기관에서의 연소 및 배기가스 생성은 복잡한 3차원 영역 내에서 난류 유동, 분무, 화학반응, 열전달, 경계층 현상이 상호 연계되어 있는 매우 복합적인 과정이다. 특히 난류 연소 현상은 기관의 효율을 결정하는 연소 속도와 pollutant의 배출 농도를 결정하는 핵심 요소로서 관련 모델과 수치 해법에 대해 학술적, 공학적 측면에서 세계적으로 활발한 연구가 이루어지고 있다. 이를 위해 수행되는 다양한 실험 측정과 수치 해법을 통해 얻어지는 3차원 과도 상태의 방대한 스칼라량과 벡터량에 대한 정보를 효율적으로 처리하기 위해서는 적절한 가시화 과정이 필수적이다. 여기서는 최근 다양한 엔진 타입들에 대한 응용 사례와 함께 난류 연소 모델링을 위한 새로운 접근법으로서 조건평균법(conditional averaging)에 대해 간략히 소개하고자 한다. 난류예혼합연소에서의 난류화염속도에 대한 DNS와 영역조건평균에 기초한 예측식의 검증, 천연가스 jet의 자발화 지연기간, n-heptane jet의 자발화 진행 과정, HSDI 엔진, HCCI 엔진, CNG 엔진, LPG 분무 및 엔진, GDI 엔진 등에 대한 연구 결과들은 정보 가시화의 한 사례가 될 수 있을 것으로 생각된다.

• 한국환경농학회지
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• 제26권1호
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• pp.1-6
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• 2007

본 연구에서는 바이오가스의 연소엔진을 이용한 에너지 전환시에 발생되는 $NO_x$와 CO의 배출특성을 분석하고 나아가 배출계수를 산정하고자 하였다. 바이오가스의 주성분인 메탄을 70%로 한 합성가스를 이용하여 실험한 결과 연소엔진의 표준상태에서 $NO_x$와 CO가 각각 4 ppm과 100 ppm의 배출농도를 나타내었고, 이는 1.29g/MMBtu와 30.86 g/MMBtu의 배출계수 값을 산정할 수 있었다. 바이오가스의 주성분인 메탄을 60%로 한 약간의 과잉공기의 상태에서는 $NO_x$와 CO가 각각 2 ppm과 200 ppm의 배출농도를 나타내었고, 이는 정격 조건에 비해 투입열량이 적어져 연소온도의 저하로 인하여 열적 반응에 의해 생성되는 $NO_x$는 줄고, CO는 증가함을 알 수 있었다. 미국 EPA의 배출계수를 비교하기 위하여 투입된 연료의 열량을 기준으로 비교해 볼 때 본 연구의 결과가 $NO_x$의 경우 근사한 값을 보여 주었고, 이는 국내 바이오 가스 연소시의 오염배출계수로 잘 적용 가능함을 보여 주었다. 본 연구에서 사용한 가스엔진이 오염배출 측면에서 대기 환경보전법상의 배출 허용기준 내에서 가동됨을 알 수 있었고, 가동조건에 따라 연소온도를 증가시킴으로서 CO의 발생을 저감시킬 수 있으리라 사료된다.

• 한국가스학회지
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• 제7권4호
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• pp.24-29
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• 2003

실내에서 가스 폭발시 피해를 예측하기 위해서 폭발 화염면의 전파를 수치해석을 통해 해석했다. 확산방정식에 의해 가스누출에 의한 실내의 가스확산분포를 구했으며, 문헌에서 선택한 누출의 초기조건을 사용했다. 화염온도를 계산하기 위해 각 가스 혼합비에 따른 엔탈피와 화학식에 대한 reduced mechanism을 사용했으며 문헌에서 찾은 각 가스의 농도 별 층류 연소속도를 혼합가스의 층류연소속도에 적용시켰다. k-$\epsilon$ 모델에서 난류 에너지를 층류연소속도와 결합시켜 난류화염 전파속도를 모델링 했다. 화염면의 전파를 분석하기 위해 실내의 위치에는 직각, 화염면의 전파에는 원통좌표계를 사용했다. 유리창의 파손에 의한 화염전파면의 변화에 따른 압력상승 요인을 해석하였으며, 창문의 크기에 따라서 점화위치에 따른 실내 압력상승의 영향이 서로 다르게 나타나는 결과를 얻었다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권1호
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• pp.51-57
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• 2013

본 연구에서는 가스터빈 연소기에 적용하기 위한 예혼합 스월버너의 배기가스 및 화염안정성 최적화를 위하여 버너의 구조변경에 따른 연소특성을 실험적으로 분석하였다. 버너의 연료분사구조에 따른 배기가스 배출 특성을 파악하고자 단일연료분사구조와 이중연료분사구조를 갖는 예혼합 버너의 연소특성을 비교 분석하였으며 이중연료분사구조 적용 시 연료/공기 혼합특성이 향상되어 CO와 NOx의 배출농도가 감소하는 경향을 나타내었다. 또한, 노즐출구와 라이너의 지름 비(confined ratio)에 따른 연소부하 및 배기가스 특성을 분석한 결과 confined ratio 감소 시 연소부하 감소로 인해 NOx 배출농도가 감소되었으며, 체류시간의 증가로 인해 CO의 산화 반응이 증가하여 CO 배출농도가 감소하였다. 노즐분출속도는 30 m/s에서 배기가스특성이 우수하며, 속도 증가(40 m/s) 시 배가스특성이 저하되고 속도 감소(20 m/s) 시 화염안정성이 저하되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제36권2호
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• pp.147-152
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• 2014

본 연구에서는 폴리설폰 중공사막을 이용하여 화석연료 연소에서 배출되는 온실가스 중 $CO_2$의 회수에 관한 연구를 실시하였다. 고농도의 $CO_2$를 회수하기 위한 막분리 공정에 대한 선행연구이다. 혼합가스 분리거동 관찰을 위하여 이산화탄소가 10% 함유된 배기가스를 사용하였다. 압력, 온도, 주입가스 조성, 다단 막 변화를 주어 스테이지 컷에 따른 분리 성능을 조사하였다. 압력과 온도가 증가 할수록 투과측에 $CO_2$ 농도와 회수율이 증가하였다. 주입 가스 조성 변화 시 $CO_2$의 함량이 높을 경우 회수율 및 분리 효율이 높아졌다. 3단 분리막 시스템을 이용시 $CO_2$ 농도 95% 이상, 회수율 90% 이상 보였으며 1단 분리막 보다 분리율이 향상되었다.

• 한국가스학회지
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• 제1권1호
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• pp.49-55
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• 1997

폭발압력은 가연성 혼합가스의 폭발시 발생되는 에너지의 변환형태로 가스폭발 사고시 구조물의 파괴와 피해는 주로 폭발압력과 열에 의해 발생한다. 본 연구에서는 몇 종류의 탄화수소와 산소의 혼합물에 대하여 폭발특성과 폭발연소시 발생되는 에너지와의 관계를 규명하고자 하였다. 폭발실험 용기는 L/D가 1이고 부피가 $5916cm^3$인 원주형 용기를 사용하였으며 폭발압력은 strain형 압력센서를 사용하여 오실로스코프로 측정하였다. 실험에 사용된 탄화수소는 메탄, 에틸렌, 프로판, 부탄이었으며 실험의 변수로는 산화제인 산소와의 혼합기의 농도 변화이었다. 실험결과 폭발압력은 연소열에 강한 의존성을 갖고 있음을 알 수 있었으며 이 관계를 이용하여 연소특성으로부터 폭발압력의 예측이 가능할 것으로 생각된다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권5호
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• pp.325-331
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• 2011

연소과정 중에 발생하는 질소산화물을 저감하는 기술인 MILD 연소에 대하여 연료노즐과 공기노즐의 위치와 공기유량을 변화하면서 나타나는 연소특성을 수치해석을 통하여 연구하였다. 본 연구의 MILD 연소로는 연료노즐과 공기 노즐 사이에 연소배기가스의 배출구가 있는 연소로를 이용하였다. 공기노즐은 8개, 연료노즐은 4개를 사용하였다. 연료노즐이 연소로 중앙 부근에 위치한 연소로의 경우에 공기유량이 적을 때는 연소반응대가 연료노즐에서부터 연소로 벽면으로 치우치게 되지만 공기유량이 커지면 연소반응대가 연료노즐 측에서 시작하여 연료노즐 상부로 형성된다. 공기노즐이 연소로 중앙부분에 위치한 경우에 공기유량이 적을 때는 연소반응대가 공기노즐 부근에서 시작하여 연소로 벽면으로 치우치지만 공기유량이 증가하면 연소반응대가 연료노즐 측으로 옮겨가게 된다. 두 가지 경우 모두 공기유량이 증가하면 연소반응대에서 최대온도가 증가하고 따라서 배기가스에서의 NOx 농도가 증가한다. 두 가지 노즐 위치에서의 NOx 생성을 비교해 보면 공기노즐이 연소로 중앙에 위치한 경우가 연료노즐이 연소로 중앙에 위치한 경우보다 NOx 농도가 현저히 적음을 알 수 있었다. 본 연구의 결과로부터 NOx 저감과 연료의 미연가스 배출을 감안할 때 공기노즐이 연소로 중앙에 위치하고 이론공기량에 해당하는 공기량을 분출할 때 NOx 생성에 가장 효과적임을 알 수 있었다.