• 유기물자원화
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• 제23권4호
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• pp.86-94
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• 2015

반탄화 공정은 약 $250^{\circ}C$정도의 온도에서 진행되는 열화하적 반응으로, 본 반응에 의하여 바이오매스 중에 포함된 헤미세루로스가 분해되고, 휘발성 가스를 생성하여 분리되는 과정이 진행된다. 바이오매스를 반탄화하는 중요한 이유로는 반탄화에 의하여 에너지 집적도(바이오매스 단위 중량에 포함된 열량)가 증가하게 되어 수송 등에 필요한 열량이 감소하는 장점이 있는 반면, 반탄화의 결과로 생산된 반탄화물은 화재 및 분진 폭발의 위험이 높아지는 단점이 있다. 본 연구에서는 바이오매스 연료 중 목질류로서 자연 건조된 폐목재와 초본류로서는 볏짚을 대상으로 약 $200^{\circ}C{\sim}300^{\circ}C$범위의 온도에서 반탄화 실험을 실시하여 반탄화 후 결과물의 연료적 특성을 평가하였다. 특히 C/H(탄소와 수소 비) 및 C/O(탄소와 산소비)는 연료적 특성 중 생물학적 안정성 및 연소시 오염물질(특히 수트, Soot)과 관계되는 요소로서 중요하다. 실험 결과 반탄화에 의하여 C/H는 약 2배 증가하였으며, C/O는 약 3배 증가하였다. 이는 생물학적 안정성은 감소하여 자연적으로 분해(생분해)가 진행되는 어려운 상태로 변화되었으나, 연료 중 수소의 감소에 의하여 휘발성 가스의 생성은 감소할 수 있는 것을 나타낸다. 한편 탄화된 바이오매스의 TGA(Thermogravimetric Analysis)를 실시한 결과, 저온에서의 진행되는 열분해 부분이 상대적으로 감소하였으며, 이는 단순 바이오매스 연료에 비하여 석탄과 연소 특성이 유사할 수 있는 것으로 나타내었다.

• Journal of Forest and Environmental Science
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• 제33권2호
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• pp.113-121
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• 2017

In flight particulate matter particularly emissions generated by incomplete combustion processes has become a subject of global concern due to the health problems and environmental impacts associated with them. This has compelled most countries to set standards for coarse and fine particles due to their conspicuous impacts on environment and public health. This contribution therefore explores forest fire emissions and how its particulates affects air quality, damage to vegetation, water bodies and biological functions as architects for lung diseases and other degenerative illnesses such as oxidative stress and aging. Soot was collected from simulated forest fire using a clean glass surface and carefully transferred into amber vials for analysis. Volatile components of soot were collected over 10 mL dichloromethane and analyzed using a QTOF Premier-Water Corp Liquid Chromatography hyphenated to a mass selective detector (MSD), and Gas Chromatograph coupled to a mass spectrometer (GC-MS). To characterize the size and surface morphology of soot, a scanning electron microscope (SEM) was used. The characterization of molecular volatiles from simulated forest fire emissions revealed long chain compounds including octadec-9-enoic acid, octadec-6-enoic acid, cyclotetracosane, cyclotetradecane, and a few aromatic hydrocarbons (benzene and naphthalene). Special classes of organics (dibenzo-p-dioxin and 2H-benzopyran) were also detected as minor products. Dibenzo-p-dioxin for instance in chlorinated form is one of the deadliest environmental organic toxins. The average particulate size of emissions using SEM was found to be $11.51{\pm}4.91{\mu}m$. This study has shown that most of the emissions from simulated forest fire fall within $PM_{10}$ particulate size. The molecular by-products of forest fire and particulate emissions may be toxic to both human and natural ecosystems, and are possible precursors for various respiratory ailments and cancers. The burning of a forest by natural disasters or man-made fires results in the destruction of natural habitats and serious air pollution.

• 한국분무공학회지
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• 제25권1호
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• pp.21-26
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• 2020

The objective of this work is to numerically reveal the effect of equivalence ratio change on the simultaneous reduction of NO_X and soot emissions from the simulated-EGR compression ignition engine containing CO₂. An experiment was conducted by using a single-cylinder common-rail injection system engine, an intake control system, and exhaust emissions analyzers. The numerical analysis results were validated under the same experimental conditions. To investigate the effect of equivalence ratio by simulated-EGR containing CO₂, the O₂, N₂, and CO₂ mole fraction were changed in the initial air conditions to the cylinder. The results were analyzed in terms of peak cylinder pressure, indicated mean effective pressure, indicated specific nitrogen oxide, and indicated specific soot. It was revealed that ignition delay characteristics and heat release rate (ROHR) characteristics were not significantly different according to the equivalence ratio. However, as the equivalence ratio increased from 0.68 to 0.83, the maximum combustion pressure and IMEP decreased by about 6.5% and 9.4%, respectively. In the case of ISFC, as is well known, the trend is opposite of IMEP. In the case of ISNO, as the equivalence ratio increased, less NO was generated, and as the equivalence ratio increased by 0.05, the ISSoot value of about 10% increased.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제11권3호
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• pp.1016-1022
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• 2010

액상 중유 연료를 사용하는 고용량 증기 보일러에서 발생되어 연소기기 내부에 침적되는 슈트, 슬래그, 크랭커, 회분, 산화물의 on-line 세정을 위한 세정제 제조에 대한 연구를 수행하였다. 액상 중유 연료를 사용하는 보일러 및 가열로에 생성되는 슈트, 슬래그, 크랭커, 회분, 산화물을 제거하는 기존 기술은 보일러 및 가열로의 가동 중단 후 작업자들에 의한 기계적인 처리를 통하여 침적물을 제거하는 기술을 사용하고 있다. 기존 기술을 대치할 수 있고 보일러의 중단이 없는 상태에서 침적물을 세정할 수 있는 세정제의 최적 조성을 도출하였다. 질산암모늄과 질산마그네슘의 혼합물이 주 세정제로 도출되었으며, 각종 전이금속 화합물에 의한 영향을 영향을 연구하여, 세정에 의한 부식을 방지할 수 있으며, 연소효율의 증대를 얻을 수 있는 전이금속화합불 첨가제를 도출하였다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2003년도 제20회 춘계학술대회 논문집
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• pp.244-245
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• 2003

고체나 액체 추진로켓에 비하여 하이브리드 추진 시스템은 작동조건의 안정성과 안전함등의 많은 장점을 가지고 있다. HTPB와 같은 고체연료는 제작 및 저장, 운송 그리고 장착상의 안정성을 가지고 있으며 하이브리드 로켓의 고체연료로의 산화제의 유입을 제어하면서 추력의 변화와 엔진내부의 연소중단과 재 점화를 용이하게 할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 하이브리드 엔진은 좀 더 경제적인 장치로 기대를 모으고 있다. 그러나, 기존의 하이브리드 로켓 엔진은 고체 추진 로켓에 비하여 낮은 연료 regression 율과 연소효율을 가지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고 요구되어지는 추력값과 연료유량을 증가시키기 위하여 고체연료의 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 기존의 하이브리드 엔진에서는 연료 그레인에 다수의 연소포트를 만들어 표면적을 증가시켰으나 이는 비 활용 공간의 증가와 추진제의 질량 및 체적분율의 상당한 감소를 초래한다. 지난 수십년간에 걸쳐 하이브리드 엔진에서 연료의 regression 특성 및 엔진 성능 향상을 위한 연구가 계속되어 왔으며 최근에 엔진의 체적 규제를 경감시키고 연료의 regression율을 향상시키기 위하여 선회유동을 이용하는 하이브리드 로켓 엔진들이 제안되고 있다. 이러한 선회유동을 가지는 하이브리드 로켓은 고체연료 그레인에 대하여 평행하게 유입되는 기존의 하이브리드 로켓에 비하여 고체연료 벽면에서의 대류열전달이 현저하게 증가하게 되어 아주 높은 고체연료의 regression율을 얻을 수 있는 이점이 있다. 선회유동 하이브리드 로켓의 연소과정은 고체 연료의 열분해과정, 대류 열전달, 난류 혼합, 난류와 화학반응의 상호작용, soot의 생성 및 산화과정, soot 입자 및 연소가스에 의한 복사 열전달, 연소장과 음향장의 상호작용 등의 복잡한 물리적 과정을 포함하고 있다. 이러한 물리적 과정 중 난류연소, 고체연료 벽면 근방에서의 대류 열전달 및 연소과정에서 생성되는 soot 입자로부터의 복사 열전달, 그리고 고체연료 열 분해시 표면반응들은 고체연료의 regression율에 큰 영향을 미친다. 특히 고체연료의 난류화염면의 위치와 폭, 그리고 비 예혼합 난류화염장에서 생성되는 soot의 체적분율의 예측은 난류연소모델, 열전달 모델, 그리고 regression율 모델에 의해 크게 영향을 받기 때문에 수치모델의 예측 능력 향상시키기 위하여 이러한 물리적 과정을 정확히 모델링해야 할 필요가 있다. 특히 vortex hybrid rocket내의 난류연소과정은 아래와 같은 Laminar Flamelet Model에 의해 모델링 하였다. 상세 화학반응 과정을 고려한 혼합분율 공간에서의 화염편의 화학종 및 에너지 보존 방정식은 다음과 같다. 화염편 방정식과 혼합분률과 scalar dissipation rate의 관계식을 이용하여 혼합분률과 scalar dissipation rate에 따른 모든 reactive scalar들을 구하게 된다. 이러한 화염편 방정식들을 mixture fraction space에서 이산화시켜서 얻은 비선형 대수방정식은 TWOPNT(Grcar, 1992)로 계산돼 flamelet Library에 저장되게 된다. 저장된 laminar flamelet library를 이용하여 난류화염장의 열역학 상태량 평균치는 presumed PDF approach에 의해 구해진다. 본 연구에서는 강한 선회유동을 가지는 Hybrid Rocket 연소장내의 난류와 화학반응의 상호작용을 분석하기 위하여 Laminar Flamelet Model, 화학평형모델, 그리고 Eddy Dissipation Model을 이용한 수치해석결과를 체계적으로 비교하였다. 또한 Laminar Flamelet Model과 state-of-art 물리모델들을 이용하여 선회 유동을 갖는 하이브리드 로켓 엔진의 연소 및 Soot 생성 및 산화과정을 살펴보았으며 복사 열전달이 고체 연료 표면의 regression율에 미치는 영향도 살펴보았다. 특히 swirl강도, 산화제의 유입위치 그리고 선회유동의 형성방식이 하이브리드 로켓의 연소특성 및 regression rate에 미치는 영향을 상세히 해석하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권6호
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• pp.1034-1042
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• 2012

본 연구에서는 다양한 석탄 연구에 적용되고 있는 층류 반응기(LFR)를 이용하여 열분해와 연소 분위기에서 탄종에 따른 화염형상을 분석하였고, 휘발분 함량이 다른 두 석탄의 타르와 수트의 발생률을 구하였으며 이를 촤 입자의 표면적 및 표면 형상 변화와 함께 비교하였다. 본 연구에서 사용된 층류 반응기는 화염형상을 가시적으로 분석하기에 뛰어나므로 석탄이 반응할 때 생성되는 수트 클라우드를 측정하여 그 형상 변화를 근거로 탈휘발의 종료 지점을 가정하였다. 휘발분 함량이 많은 Berau 탄은 Glencore A.P. 탄보다 수트 클라우드의 폭과 길이가 증가하였고, 연소 분위기에서는 촤와 수트의 산화반응에 의하여 열분해 때보다 화염과 수트 클라우드의 길이가 짧아지면서 더 밝은 빛을 내었다. 포집높이 50 mm까지에서는 휘발분 함량이 많은 Berau 탄의 타르와 수트 발생률이 Glencore A.P. 탄보다 작았다. 이는 석탄 연료의 조성 중 Berau 탄내에 상대적으로 높은 산소 성분의 함량과 OH- 같은 라디칼들로 인해 타르가 산화되기 때문이다. 반면에, 50 mm 이후부터는 Berau 탄이 Glencore A.P. 탄보다 더 많은 타르와 수트의 발생률이 나타나며 탄종간에 수트 발생률의 역전현상이 일어나는데 이는 촤 입자 내부의 휘발물질과 탈휘발 과정에서 생성된 화염 속의 잔여 타르 및 light gas 성분이 반응하여 수트를 발생시켰기 때문이다. 이를 통해서 석탄 내의 휘발분의 함량과 산소농도는 수트 클라우드의 길이와 폭에 명확한 영향을 주며, 수트 발생률에 매우 중요한 인자라는 것을 확인할 수 있었다. SEM과 B.E.T.의 결과로부터 탈휘발이 종료된 후에도 촤 입자 내부의 잔존 휘발물들이 분출되면서 타르와 수트가 발생함을 확인할 수 있었고, 각 탄의 휘발분 함량과 기공의 발달 차이를 통해서 100 mm 이후에 나타난 타르와 수트의 발생률 역전 현상을 설명할 수 있었다.

• 한국화재소방학회논문지
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• 제24권6호
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• pp.145-152
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• 2010

실규모 ISO 9705 표준 화재실에서 환기부족 화재를 대상으로 연소효율 개념에 대한 검토가 수행되었다. 특히 구획 외부에서 측정되는 총괄연소효율과 구획 내부의 고온 상층부에서 측정된 국부연소효율의 개념을 비교.검토하였다. 연료로는 다양한 범위의 연소열과 그을음 생성량을 갖도록 헵탄, 톨루엔 및 이소프로판올이 사용되었다. 주요 결과로서, 총괄연소효율은 총괄당량비 증가에 따라 비교적 선형적으로 감소한다. 반면에 국부연소효율은 총괄당량비 증가에 따라 2차 곡선의 형태로 크게 감소됨을 확인하였다. 위 결과를 통해 국부연소효율에 대한 정보는 구획 내부의 화재현상을 이해하는데 매우 유용한 변수임을 알 수 있었다. 또한 국부연소효율은 구획화재에 대한 상사과정에서 중요한 변수로 사용될 수 있음을 논의하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제24권6호
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• pp.524-534
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• 2013

Gasoline direct injection(GDI) engine has a high thermal efficiency, but it has a problem to increase carbon emissions such as soot and $CO_x$. In this study, the objective is to analyze numerically a problem for adding the hydrogen during the intake stroke so as to reduce the injected amount of gasoline in GDI engines. For selection of the base model, the cylinder pressure of simulation is matched to experimental data. The numerical analysis are carried out by a CFD model with the hydrogen addition of 2%, 3% and 4% on the volume basis. In the case of 3% hydrogen addition, the injected gasoline amount is only changed to match the maximum pressure of simulation to that of the base model for additional study. It is found that the combustion temperature and pressure increase with the hydrogen addition. And NO emission also increases because of the higher combustion temperature. $CO_x$ emissions, however, are reduced due to the decrease of injected gasoline amount. Also, as the injected gasoline amount is reduced for the same hydrogen addition ratio, the gross indicated work is no significant, But NO and $CO_x$ emissions are considerably decreased. On the order hand, $CO_x$ emissions of two cases are more decreased and their gross indicated works are higher obtained than those of the base model.

• 동력기계공학회지
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• 제18권2호
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• pp.5-11
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• 2014

The purpose of this study is to investigate the specific characteristics of combustion and exhaust emissions on a 4-cylinder common rail diesel engine as EGR rate and the rate of blended bio-diesel was altered. Bio-diesel fuel which is a sort of alternative fuels can be adapted to diesel engine directly without modifying. This study was performed to 2000rpm of engine speed with torque 30Nm while EGR rate and the rate of blended bio-diesel was changed. Decreasing combustion pressure and increasing the rate of heat were occurred when we had changed the EGR rate on the 20% of bio-diesel blended diesel fuel. The maximum pressure of combustion and the IMEP became higher as the EGR rate and the rate of blended bio-diesel were changed. Exhaust gas temperature was increased the higher rate of the blended bio-diesel under the fixed EGR rate. However, it went down as the EGR rate increased. The amounts of CO and Soot were reduced with increasing the rate of the blended bio-diesel without changing EGR rate and raised with increasing of the EGR rate. On the fixed EGR rate, NOx was increased along with growing the rate of the bio-diesel. On the other hand, it was decreased while EGR rate were going up.

• 한국가스학회지
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• 제25권5호
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• pp.52-56
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• 2021

친환경적인 환경과 자동차산업의 발달로 내연기관자동차에서 완전연소를 통해 열효율을 높이고 배기가스를 점감하기 위한 연구를 활발하게 진행하고 있다. 특히 휘발유의 휘발성과 연소특성에 대한 이해로 엔진의 부하와 출력을 높이기 위한 연구가 진행되고, 경유 연료의 증류 및 연소특성을 토대로 매연이나 유해가스 저감과 최적의 효율을 구현하기 위한 연구가 진행 중이다. 따라서 본 연구에서는 한국 산업규격의 석유제품 증류시험방법에 대한 KS M ISO 3045의 내용을 토대로 국내에서 시판되고 사용되는 정유사 4사의 휘발유와 경유를 기반으로 증류실험을 진행하였다. 증류실험으로 증류량에 따른 증류온도와의 상관관계를 확인하고 증류된 연료의 비교를 통해 증류특성에 대한 분석을 실시하여 시험기준에 부합하는지에 대한 적합성을 확인하였다.