• 한국화재소방학회논문지
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• 제18권2호
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• pp.34-40
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• 2004

층류 비예혼합 분류 화염에서 다양한 주파수와 강도로 외부에서 유동장에 자극을 주었을 때 화염의 배출특성과 거동에 대해서 실험적으로 조사하였다. 먼저 일정한 관 공명 주파수에서 가진 강도를 가변시켜 난류화염 된 부상화염에서 질소산화물 배출 지수($EINO_x$)를 측정하였다. 또한, 가진 강도가 일정한 상태에서 주파수를 0 Hz에서 높은 주파수인 2 KHz까지 다양한 주파수 조건으로 가진된 한 경우에도 질소산화물의 배출지수를 측정하였다. 큰 가진 강도의 관공명 주파수로 가진된 경우 부상된 난류화염에서 $NO_x$ 배출 특성은 다음과 같이 크게 세 가지 형태의 특성을 보였다. Group I의 화염에서는 공간적인 섭동이 크며 비교적 화염길이가 길고 높은 $NO_x$ 배출 특성을 보였으며 Group II에서는 상대적으로 짧은 길이와 좁은 폭의 화염거동에 낮은 $NO_x$배출 특성을 보였다. Group III에서는 약간 긴 화염길이에 매우 큰 화염체적으로 상당한 높이까지 시ㆍ공간적으로 섭동이 큰 운동양태로 부상되는 거동과 가장 높은 $NO_x$ 배출 특성을 보였다.

• 에너지공학
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• 제25권1호
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• pp.100-107
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• 2016

본 연구에서는 예혼합 화염과 비예혼합 화염을 동시에 구현하는 하이브리드 연소시스템에 배기가스 재순환 방법(FI-EGR and FPI-EGR)을 적용하여 공해물질 저감 효과를 확인하였다. 그 결과, 배기가스 재순환을 적용한 경우 상당량의 NOx 배출지수가 감소하는 것을 확인 할 수 있었으며, 추가적으로 배기가스 재순환을 적용한 하이브리드 연소시스템의 배출성능이 동일한 배기가스 재순환율을 가지는 비예혼합 화염의 배출성능보다 우수함을 확인하였다. 특히, 비예혼합 화염과 예혼합 화염의 비율이 50: 50인 하이브리드 연소시스템의 연료 측에 25% 까지 배기가스를 재순환 시킬 경우(FI-EGR), 배기가스 재순환을 적용하지 않은 비예혼합 화염에 비해 NOx 배출지수가 59% 저감되는 것을 확인하였으며, 혼합비율이 70:30인 하이브리드 연소시스템의 예혼합기와 연료측에 15%까지 배기가스를 재순환 시킬 경우(FPI-EGR), 배기가스를 재순환하지 않은 하이브리드 화염에 비해 NOx 배출지수가 48% 저감되는 것을 확인하였다.

• 한국연소학회지
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• 제9권4호
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• pp.22-27
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• 2004

Lean premix combustion is a best method in low $NO_x$ gas turbine combustor and we must know the characteristics of NO emission in high temperature and pressure condition in premix flame. Numerical analysis was performed to investigate the NO emission characteristics by adopting a counterflow as a model problem using detailed chemical kinetics. Methane $(CH_4)$ was used as a test fuel which is the main fuel of natural gas. The tested parameters were stretch rate, equivalence ratio, initial temperature, and pressure in premix flame. Results showed that NO emission was high in low stretch rate, near stoichiometric equivalence ratio, high initial temperature, and high pressure. Also, the pressure effect was sensitive in high temperature condition.

• 청정기술
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• 제27권1호
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• pp.93-103
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• 2021

기후변화 대응과 탄소배출 저감에 대한 심각성 및 필요성이 중요시 되면서 세계 각국은 온실가스를 감축하고자 하는 노력을 지속하고 있다. 다양한 노력들 중 탄소기반 연료 사용 시 발생되는 이산화탄소를 포집하여 활용하는 CCUS에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 관점에서 CCUS와 함께 활용될 수 있는 가압 순산소 연소에 대한 연구도 여러 연구자들에 의해 진행되고 있다. 본 연구는 가압 순산소 연소의 화염 구조와 오염물질 배출과 관련된 기초적인 정보를 분석하는데 목적이 있다. 이를 위해 대향류 확산 화염 모델을 이용하여 압력 및 산소분율에 따른 연소의 특성을 분석한 결과, 압력이 높을수록 화학 반응의 활성화로 인한 반응율의 증가로 연소 온도가 증가하고 화염두께는 감소한 반면, 산소분율이 높을수록 반응율 증가 및 산화제 운동량 변화에 따른 확산의 영향으로 연소 온도 및 화염두께 모두 증가하였다. 이와 관련된 열방출 반응을 3가지 구간으로 구분하여 분석한 결과, 특히 산소분율이 증가할수록 산화제 측면에서 나타나는 화학 반응이 혼합분율에 따라 크게 두 개의 영역으로 세분화되는 특성이 나타났다. 또한, NO의 생성 메커니즘에 따라 구분된 배출지수(EINO)를 분석하였고, 각 해석 조건에 따른 NO의 생성 경향을 제시하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제18권2호
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• pp.171-181
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• 2007

Blending effects of hydrogen and water vapor on flame structure and NOx emission behavior are numerically studied with detailed chemistry in methane-air counterflow diffusion flames. The composition of fuel is systematically changed from pure methane and pure hydrogen to the blending fuels of methane-hydrogen-water vapor through the molar addition of $H_2O$. Flame structure is changed considerably for hydrogen-blending methane flames and hydrogen-blending methane flames diluted with water vapor in comparison to pure methane flame. These complicated changes of flame structures also affect NOx emission behavior considerably. The changes of thermal NO and Fenimore NO are analyzed for various combinations of the fuel composition. Importantly contributing reaction steps to thermal NO and Fenimore NO are addressed in pure methane, hydrogen-blending methane flames, and hydrogen-blending methane flames diluted with water vapor.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제58권4호
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• pp.588-595
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• 2020

지속적으로 강화되는 환경오염 물질 배출 규제로 인해, 질소 산화물(NO_x)의 배출량 예측 및 관리는 산업 현장에서 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 인공지능 기반 질소산화물 배출량 예측모델 개발을 위한 연구모형을 제안하였다. 제안된 연구모형은 데이터의 전처리 과정부터 인공지능 모델의 학습 및 평가까지 모두 포함하고 있으며, 시계열 특성을 가지는 NO_x 배출량을 예측하기 위하여 순환 신경망 중 하나인 Long Short-Term Memory (LSTM) 모델을 활용하였다. 또한 의사결정나무 기법을 활용하여 LSTM의 time window를 모델 학습 이전에 선정하는 방법을 채택하였다. 본 연구에서 제안된 연구모형의 NO_x 배출량 예측 모델은 가열로에서 확보한 조업 데이터로 학습되었으며, 최적 모델은 hyper-parameter를 조절하여 개발되었다. 개발된 LSTM 모델은 학습 데이터 및 평가 데이터에 대하여 모두 93% 이상의 NO_x 배출량 예측 정확도를 나타내었다. 본 연구에 제안된 연구모형은 시계열 특성을 가지는 다양한 대기오염 물질의 배출량 예측모델 개발에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제15권4호
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• pp.146-153
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• 2007

The detailed chemistry with reaction mechanism of GRI 2.11, which consists of 49 species and 279 elementary reactions, have been numerically conducted to investigate the flame structure and NO emission characteristics in a non-premixed counterflow flame of blended fuel of $H_2/CO_2/Ar$. The combination of $H_2,\;CO_2$, and Ar as fuel is selected to clearly display the contribution of hydrocarbon products to flame structure and NO emission characteristics due to the breakdown of $CO_2$. Radiative heat loss term is involved to correctly describe the flame dynamics especially at low strain rates. All mechanisms including thermal, $NO_2,\;N_2O$, and Fenimore are also taken into account to separately evaluate the effects of $CO_2$ addition on NO emission characteristics. The increase of added $CO_2$ quantity causes flame temperature to fall since at high strain rates diluent effect is prevailing and at low strain rates the breakdown of $CO_2$ produces relatively populous hydrocarbon products and thus the existence of hydrocarbon products inhibits chain branching. It is also found that the ratio of the contribution by Fenimore mechanism to that by thermal mechanism in the total mole production rate becomes much larger with increase in the $CO_2$ quantity and strain rate, even though the absolute quantity of NO production is deceased. Consequently, as strain rate and $CO_2$ quantity increase, NO production by Fenimore mechanism is remarkably augmented.

• 한국가스학회지
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• 제24권4호
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• pp.39-47
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• 2020

배기가스 재순환(flue gas recirculation, 이하 FGR)은 질소산화물 저감에 효과적인 연소 기법으로 저공해 연소 분야에 다양하게 응용되고 있다. 이전 연구에 이어서 메탄/공기 대향류 예혼합화염에 FGR 기법 적용 시 나타나는 화염의 특성 변화 및 NOx 생성기구를 파악하기 위한 수치해석이 진행되었다. 배출되는 질소산화물(NOx)은 4가지 주요 반응경로(열적 NO, prompt NO, N₂H 및 N₂O)로 구분하여 배기가스 재순환율에 따른 각 NO 생성률을 상대적으로 나타내었다. 그 결과 열적 NO가 전체 NO 형성에 가장 크게 차지한 반면 N₂H의 영향은 미미하였다. 또한, 열적 NO의 기여를 검토하기 위하여 본 연구에 사용된 반응기구(UC San Diego mechanism)를 수정하여 재순환율 증가에 따른 NO 배출지수(EINO)를 비교하였다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2003년도 춘계학술대회
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• pp.2180-2185
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• 2003

Numerical simulations of freely propagating flames burning $H_2/HCl/Air$ mixtures are performed at atmospheric pressure in order to understand the effect of HCl on the NOx reduction. A chemical kinetic mechanism is developed, which involves 26 gas-phase species and 99 reactions. Under several equivalence ratios the flame speeds are calculated and compared with those obtained from the experiments, the results of which is in good agreement. As HCl is added into $H_2/Air$ flame as additive, its chemical effect causes the reduction of radicals (H, OH, and O), and then the decrease of the net rate of NO production. It is found that the chemical effect of additive has much more influence on the reduction of EINO than its physical effect.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2004년도 제29회 KOSCI SYMPOSIUM 논문집
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• pp.169-174
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• 2004

The NOx emission characteristics with oxygen enrichment in nonpremixed counterflow and coflow jet flame of $CH_4$ fuel have been investigated numerically. A small amount of nitrogen is included in oxygen-enriched combustion, in order to consider the inevitable $N_2$ contamination by air infiltration. The results show that the initial increase of NO with increasing oxygen enrichment is due to increasing temperature and residence time, while its subsequent decrease above 75% oxygen is due to decreasing the consumption rate of nitrogen. When oxygen addition exceeds 30%, Thermal NO gradually becomes the dominant production pathway and Prompt NO becomes negative pathway for net NO production rate. It is also seen that Thermal NO plays an important role in NO reduction when strain rate increase in oxygen-enriched combustion. Finally, the results of EINOx with oxygen enrichment in coflow jet flame show the similar profile with those of conterflow flame. It is confirmed that, with leakage of 1% nitrogen in the oxidizer stream, the corresponding EINOx is eight times of that emitted from regular $CH_4$/Air flame.