• 대한기계학회논문집B
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• 제27권5호
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• pp.596-603
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• 2003

Present study has been conducted to see the relative effects of adding N: to fuel-side and air-side on flame structure, soot formation and NOx emissions. Experiments were carried out to ascertain to what degree chemical kinetics and/or molecular transport effects can explain the differences in soot formation and NOx emission by studying laminar diffusion flames. Direct photograph was taken to see the flame structure. CARS techniques was used to get the flame temperature profiles. And spatial distribution of soot could be obtained by PLII method. CHEMKIN code was also used to estimate the global residence time to predict NOx emissions at each condition. Results from these studies indicate that fuel-side dilution is more effective than air-side dilution in view of NOx emissions. However, air-side dilution shows greater effectiveness over fuel-side dilution in soot formation. And turbulent mixing and heat transfer problems were thought to be considered in practical applications.

• 대한기계학회논문집B
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• 제28권1호
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• pp.1-8
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• 2004

An study has been performed with axisymmetric coflow diffusion flames to investigate the influence of air-side fuel side dilution and initial preheated temperature on the soot formation in methan/air flames. Soot quantities are determined by using PLII(Planar Laser Induced Incandescence), such a $C_2$H$_2$ major species(CH$_4$, $O_2$, $N_2$) and temperature are simulated by chemkin code. The numerical analysis was performed with transport properties and detailed reaction mechanisms m axisymmetric coflow diffusion flames. The study of how flame temperature and $N_2$ dilution of air and fuel side influence the soot concentrations is focused. Soot concentrations results on PLII show that preheated temperature contributes to an increase in the soot volume fraction, and soot formation Is more productive to air side dilution than to fuel side dilution. $C_2$H$_2$ concentrations have a similar tendency to soot concentrations.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제19권6호
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• pp.1358-1365
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• 2005

Flue gas recirculation (FGR) is widely adopted to control NO emission in combustion systems. Recirculated flue gas decreases flame temperature and reaction rate, resulting in the decrease in thermal NO production. Recently, it has been demonstrated that the recirculated flue gas in fuel stream, that is, the fuel induced recirculation (FIR), could enhance much improved reduction in NO per unit mass of recirculated gas, as compared to conventional FGR in air. In the present study, the effect of dilution methods in air and fuel sides on NO reduction has been investigated numerically by using $N_2$ and $CO_2$ as diluent gases to simulate flue gases. Counterflow diffusion flames were studied in conjunction with the laminar flamelet model of turbulent flames. Results showed that $CO_2$ dilution was more effective in NO reduction because of large temperature drop due to the larger specific heat of $CO_2$ compared to $N_2$. Fuel dilution was more effective in reducing NO emission than air dilution when the same recirculation ratio of dilution gas was used by the increase in the nozzle exit velocity, thereby the stretch rate, with dilution gas added to fuel side.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2002년도 제24회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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• pp.185-191
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• 2002

The influence of N2 addition on soot formation, flame temperature and NOx emissions is investigated experimentally with methane fuel co-flow diffusion flames. The motivation of the present investigation is the differences in NOx reduction reported between fuel-side and oxidizer-side introduction of N2. To determine the influence of dilution alone, fuel was diluted with nitrogen while keeping the adiabatic flame temperature fixed by changing the temperature of the reactants. And to see the thermal effect only, air was supplied at different temperature without N2 addition. N2 addition into fuel side suppressed the soot formation than the case of oxidizer-side, while flame temperature enhanced the soot formation almost linearly. These results reveals the relative influences of the thermal, concentration effects of N2 additives on soot formation In accordance with experimental study, numerical simulation using CHEMKIN code was carried out to compare the temperature results with those acquired by CARS measurement, and we could find that there is good agreement between those results. Emission test revealed that NOx emissions were affected by not only flame temperature but also N2 addition.

• 대한기계학회논문집B
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• 제23권11호
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• pp.1355-1362
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• 1999

An experimental study on a double-concentric diffusion flame(DDF) has been carried on in order to Investigate the characteristics of soot formation compared to a normal coflow diffusion flame(NDF). Laser extinction technique has been used for an ethylene($C_2H_4$) and air flame with various flow rates. Soot formation In the double-concentric diffusion flame was enhanced by the inner inverse diffusion flame due to the increase in flame temperature and also suppressed due to the nitrogen-dilution from the inner air. Soot concentration at the flame axis of DDF was higher than that of the NDF, mainly because of the increase of temperature by inner flame. However, the maximum soot volume fraction of DDF was lower than NDF at the outer side of the flame, mainly due to the effect of nitrogen-dilution from the inner air.

• 대한기계학회논문집B
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• 제37권11호
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• pp.1023-1029
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• 2013

IGCC 가스터빈과 공기분리기와의 결합이 중요한데 공기분리기로 공급되는 공기를 가스터빈에서 추출하는 정도와 공기분리기에 남는 질소를 연소기로 공급하는 정도가 중요한 운전 파라미터이다. 이러한 파라미터들이 가스터빈의 성능과 운전성에 미치는 영향은 설계조건인 ISO 조건뿐만 아니라 다양한 외기조건에 대해서도 고려되어야 한다. 본 연구에서는 여러 외기조건에서 터빈 블레이드 온도와 생산 가능한 출력의 한계를 만족하도록 하는 질소희석량과 터빈입구온도를 예측하였다. 공기 결합도는 0 으로 두었다. 해석결과 질소공급량이 많을수록 출력은 높아지고 블레이드 온도는 낮아졌다. 상온 근처의 특정 온도 이하의 외기 조건에서는 가스터빈이 낼 수 있는 최대 출력을 얻을 수 있으나 그 이상에서는 최대 출력을 생산하지 못함을 확인하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권2호
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• pp.103-108
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• 2012

연소과정 중에 발생하는 질소산화물을 저감하는 기술인 MILD 연소로는 연소용 공기 및 연료로 고온의 배기가스가 유입되는 양에 따라 질소산화물 저감 특성이 많은 영향을 받는다. 일반적인 MILD 연소로는 연료와 연소용 공기는 수직 상향방향이고 배기가스는 수직하향 방향으로 흐르면서 배기가스가 유입되는데 이러한 형태보다 더욱 배기가스의 유입량을 증가시키기 위한 방법으로 동심원관형태의 MILD 연소로를 사용하고 있다. 본 연구에서는 바깥 원통의 배기가스 통로에서 안쪽 원통의 연소통로 사이에 연결관을 설치하고 배기가스를 유입하기 위한 공기노즐을 동심원관 형태로 설치하여 공기분사속도, 노즐 직경, 배기가스측 압력과 연소로측 압력 차이의 변화에 따른 유입량 특성을 수치해석을 통해 살펴봄으로써 MILD 연소로에서 더욱 적극적인 배기가스의 유입량 특성을 파악하는 것을 연구하였다. 공기노즐 분사속도의 증가에 따라 유입량은 속도의 제곱근에 비례하는 것을 알았고 배기가스 측과 연소로 측의 압력차의 크기에 선형적으로 감소하는 것을 관찰하였다. 공기노즐 출구 위치의 변화는 유입량 변화에 큰 영향이 없음을 알 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제32권6호
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• pp.587-592
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• 2010

연소과정 중에 발생하는 질소산화물을 저감하는 기술인 MILD 연소에 대하여 공연비를 변화시키면서 나타나는 연소 특성을 수치해석을 통하여 연구하였다. 작은 크기의 공기분출속도(10 m/s)에서는 공기가 연소로 내 상부영역까지 침투하지 못한다. 반면에 공기분출속도가 30 m/s인 경우에는 공기유동이 연료유동을 억제하고 상부영역까지 흘러간다. 이론공기량에 해당하는 공기분출속도 18 m/s에서는 10 m/s 보다 상대적으로 상부영역까지 침투하였다. 이러한 유동 양상으로 공기분출속도가 작은 10 m/s에서는 연소반응대가 공기노즐 측에 치우쳐 나타나고 30 m/s에서는 연료노즐 측에 형성되었다. 공기분출속도 16, 18, 20 m/s에서는 공기노즐과 연료노즐 중간 영역에서 연소반응대가 형성되었다. 연소로 내 최대온도와 NOx 생성은 공기분출속도가 10 m/s, 30 m/s인 경우 보다 이론공기량이거나 이에 가까운 16, 18, 20 m/s에서 낮게 나타났다. 본 연구로부터 MILD 연소로에서 이론공기량 조건이 NOx를 저감하는 최적의 조건이라는 것을 밝혔다.

• 한국가스학회지
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• 제23권3호
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• pp.20-26
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• 2019

석탄 화력발전소 등의 대형 연소기기에서 질소산화물을 저감하기 위해 선택적 촉매환원 방법(SCR)의 탈질설비가 널리 쓰이고 있다. 본 연구에서는 SCR 탈질설비에서 암모니아를 공급하는 암모니아 분사 그리드(AIG)에 있는 암모니아와 희석 공기 혼합기에서 암모니아와 희석 공기의 균일한 혼합에 적합한 최적의 혼합기 형상을 도출하는 것을 목적으로 전산유체해석을 통해 수행하였다. 이를 위해 기본 형상의 혼합기(Case 1)에서 유동 특성과 $NH_3$ 농도 분포 특성을 살펴보았다. 기본 형상의 혼합기에서는 희석 공기 주 배관에서 암모니아 주입 배관 입구 반대쪽의 벽면으로 $NH_3$ 분포가 치우치는 것을 확인하였다. 이를 개선하기 위해 암모니아 주입 배관의 상단 구멍 1 개와 측면 구멍 4개를 막은 경우(Case 2)와 암모니아 주입 배관의 상단에 수평 평판을 설치한 경우(Case 3), 수평 평판과 함께 원호 평판을 설치 한 경우(Case 4)의 혼합기 형상에 대하여 유동과 $NH_3$ 농도 분포 특성을 분석하였다. 암모니아 주입 배관 상단에 수평 평판과 원호 평판을 설치한 경우(Case 4)에 혼합기 출구에서 $NH_3$ 분포의 % RMS 값이 가장 작은 값인 4.92%이고 농도 비율($R_{NH3}$) 범위가 -10.82~8.34%로 가장 최적의 $NH_3$ 균일 분포임을 알 수 있었다.

• 한국가스학회지
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• 제26권2호
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• pp.49-55
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• 2022

강화되는 환경 규제에 따라 석탄 화력발전소에서는 암모니아를 환원제로 사용하는 선택적 촉매 환원법을 이용하여 질소산화물의 발생량을 감소시키고 있다. 본 연구에서는 전산유동 해석을 수행하여 암모니아 혼합 관에서 희석 공기와 암모니아를 효과적으로 혼합하기 위한 혼합 장치를 도출하는 것을 목적으로 수행하였다. 혼합 장치가 없는 기존 혼합 관 형상인 Case 1-1 형상을 기준으로 혼합 관내의 후류 단면과 16개 출구에서 암모니아 농도의 %RMS를 비교하여 혼합 효과를 비교하였다. 혼합 장치는 암모니아 공급 관 후류에 사각 판과 혼합 관 벽면에 원호 모양의 판의 위치를 변경하여 수행하였다. 기존 형상의 경우(Case 1-1)에 16개 출구에서 암모니아 농도의 %RMS는 29.50%로 나타났다. 혼합 장치 형상이 암모니아 공급 관 후류에 사각 판이 있는 것과 인접한 곳에 원호 판을 설치한 Case 3-2 형상의 16개 출구에서 암모니아 농도의 %RMS는 2.08%로 나타났으며 암모니아 혼합에 가장 효과적인 혼합 형상임을 알 수 있었다.