• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권8호
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• pp.8-13
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• 2018

질소산화물은 최근에 초미세먼지 발생에 많은 영향을 주고 있어서 대기환경 개선 측면에서 사회적으로도 크게 관심이 되고 있다. 질소산화물은 주로 화력발전 등의 연소기기에서 고온의 연소가스 분위기에서 공기 중의 질소와 산소가 반응하여 발생한다. 이에 대한 저감 방법으로 원통형 버너에 코안다 노즐을 이용한 배관으로 배기가스를 재순환하는 연소에 대한 연구가 최근에 이루어지고 있다. 본 연구에서는 코안다 노즐을 사용하여 배기가스를 재순환하는 원통형 버너의 연소가스 출구의 위치를 오른쪽으로 하는 버너(Case 1 버너), 양쪽을 출구로 하는 버너(Case 2 버너), 왼쪽을 출구로 하는 버너(Case 3 버너) 형상에 대하여 전산유체해석을 통해 연구를 수행하였으며 연소 유동의 압력, 유선, 온도, 연소 반응 속도와 질소산화물의 분포 특성을 비교 분석하였다. 연소반응은 Case 1과 Case 2버너는 연소가스 재순환 유입구가 있는 오른쪽 방향으로 일어나고 Case 3 버너는 혼합가스 유입구 부근에서 일어나고 있었다. 출구에서의 온도는 Case 2버너가 양쪽으로 배출되면서 다른 버너 보다 약 $100^{\circ}C$ 정도 온도가 낮게 나타났으며 출구에서의 NOx 농도는 Case 1버너가 다른 형상 버너 보다 약 20배 크게 나타났다. 이로부터 NOx 저감을 위해서는 배기가스 재순환 버너의 출구는 양쪽으로 배출되게 하거나 연소가스 재순환 유입구 반대 방향으로 배출 되도록 하는 것이 효과적임을 알 수 있었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권6호
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• pp.696-701
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• 2018

연소 반응 시 발생하는 질소산화물은 산성비와 미세먼지 발생에 많은 영향을 미치는 물질이다. 이에 대한 저감 방법으로 고비용의 탈질설비 대신 지연연소 등의 방법에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다. 이러한 연구들 중에 적은 양의 공기로 많은 양의 배기가스를 재순환 할 수 있는 코안다 노즐을 이용한 배기가스 재순환 연소에 대한 연구가 최근에 이루어지고 있다. 본 연구에서는 배기가스 재순환 배관에 코안다 노즐을 사용하여 배기가스를 재순환하는 재순환 버너의 양쪽 출구가 트인 형상에 대하여 전산유체해석을 통해 연구를 수행하였으며 연소 유동의 압력, 유선, 온도, 연소 반응 속도와 질소산화물의 분포 특성을 살펴보았다. 배기가스를 재순환하여 연소용 공기와 혼합된 기체가 원통의 접선방향으로 유입되어 연료노즐 출구 부근에서 압력이 낮은 영역이 존재하고 이에 따라 원통 버너의 중심부근에는 버너의 가운데 부분으로 역류가 형성되며 가장자리 부분으로 배기가스가 배출되는 것을 확인하였다. 배기가스가 유입되는 부분이 버너의 오른쪽에 있어서 버너의 오른쪽으로 연소반응이 일어나며 상대적으로 온도분포와 NOx 분포가 높게 나타났다. 연소용 공기비를 1.0에서 1.8까지 변화하여 NOx 생성을 관찰한 결과, 공기비가 1.0에서 1.5까지는 평균 NOx 생성이 감소하다가 공기비가 1.8일 때 급격히 증가하는데 이는 NOx 생성 반응은 온도의 지수승에 비례하게 되는데 공기비가 1.5이상이 되면서 온도의 영향을 많이 받아서 NOx 생성 반응이 오른쪽 영역에서 급격히 증가하는 것으로 판단된다.

• 한국가스학회지
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• 제22권3호
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• pp.7-12
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• 2018

화석연료를 연소할 때 연소로 내의 고온의 온도 분위기에서 열적 질소산화물이 발생하게 된다. 연소기기에서 질소산화물을 저감하기 위한 여러 가지 방법 중에 배기가스 재순환 방법이 널리 쓰이고 있다. 본 연구에서는 배기가스 재순환 배관에 코안다 노즐을 사용하고 양쪽 출구가 트인 재순환하는 버너에 대하여 냉간 유동 특성을 전산유체해석을 통해 살펴보았다. 재순환 배관이 원통 버너의 접선방향으로 설치되어 있어서 버너 내부에서 선회유동이 형성되어 원통 버너 중심 부분에 역류가 생기는 현상을 관찰하였으며 이는 한쪽이 막힌 재순환 버너와 유사한 경향임을 확인 하였다. 본 연구로부터 양쪽 출구가 트인 재순환 버너에서 재순환 유입량은 한쪽이 막힌 버너보다 약 5% 증가하는 것을 확인하였고 양쪽 트인 버너에서 배기가스 재순환 배관의 유입구 위치의 출구에서는 전체 영역에서 유입 유동이 형성되고 반대편의 출구에서는 총 유량은 배출되지만 원통의 가운데 부분은 역류가 일어나는 것을 확인하였다. 배출되는 출구에서 배출되는 유량은 유입되는 출구에서의 유입량보다 3~5배 유량이 크게 나타났다.

• 한국가스학회지
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• 제21권3호
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• pp.53-60
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• 2017

연소로에서 질소산화물을 저감하기 위하여 여러 가지 방법으로 연구가 진행되어 오고 있는데 그 중에 배기가스를 재순환하여 저감하는 방법이 있다. 본 연구는 배기가스를 재순환하는 방법으로 연소로 외부에 코안다 노즐을 이용하여 배기가스를 재순환 유입하는 방법을 사용하였다. 코안다 노즐을 이용하여 배기가스를 재순환하고 혼합가스는 연소로 접선 방향으로 투입하여 선회유동을 유발하는 특징을 가지는 배기가스 재순환 버너이다. 이러한 버너에서 연소로 내의 선회 유동 특성을 살펴보고 온도와 반응속도 분포를 살펴봄으로써 코안다 노즐을 이용한 재순환 버너의 연소 유동 특성을 규명하였다. 과잉공기계수와 코안다 노즐 간격을 변화하여 배기가스 재순환 유입량 특성을 살펴보았으며 과잉공기계수를 증가하면 재순환 유입량비가 증가하였고 코안다 노즐 간격을 증가하면 코안다 노즐 공기 출구에서 속도가 낮아져서 재순환 유입량이 감소한다는 특성을 알았다. 배기가스 출구에서 평균온도는 코안다 노즐 간격 변화에 거의 무관하며 과잉공기계수 증가에 따라 감소하는 것을 알았다. 이러한 특성으로 배기가스 출구에서 NOx 농도는 과잉공기계수 증가에 따라 현저히 감소하고 코안다 노즐 간격에는 상대적으로 영향이 적은 것으로 나타났다.

• 에너지공학
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• 제21권4호
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• pp.385-392
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• 2012

본 연구는 현재 콘덴싱 보일러에 많이 사용하는 다공성 소재중에서 메탈화이버(metal fiber, MF) 및 세라믹(ceramic, CM)으로 제작한 평판형 버너에 대해 연소 및 열특성을 비교 검토하고 그 결과를 향후 개발할 EGR(Exhaust gas recirculation) 콘덴싱 보일러에 적용할 버너 선정의 기초자료로 활용하는 것을 목적으로 한다. CO 배출량은 CM이 MF보다 높았고 NOx 배출량은 MF가 CM보다 높게 나타났다. 버너열량 변화시에는 버너열량이 클수록 효율이 높게 나타났으며 버너 소재별 열효율은 버너열량 변화와 관계없이 MF가 CM보다 높게 나타났다. 본 실험범위에서 KS B 기준과 EN 677기준을 근거로 비례제어, 열효율, CO 및 NOx 배출량을 고려할 때 버너 소재는 MF가 적절하며 당량비는 0.8일때가 최적 운전조건으로 판단된다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제16권3호
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• pp.229-237
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• 2005

A new burner configuration for a compact fuel-cell reformer with a high-temperature air combustion concept was numerically studied. The burner was designed for a 40 $Nm^3/hr$ hydrogen-generated reformer using natural gas-steam reforming method. In order to satisfy the primary requirements for designing a reformer burner (uniform distribution of temperature along the fuel processor walls and minimum heat losses from the reformer), the features of the present burner configuration included 1) a self-regenerative burner for an exhaust-gas-recirculation to apply for the high-temperature air combustion concept, and 2) an annular-type shield for protecting direct contact of flame with the processor walls. For the injection velocities of the recirculated gas of 0.6-2.4 m/s, the recirculated gas temperature of 1000 K, and the recirculated oxygen mole fraction of 4%, the temperature distributions along the processor walls were found uniform within 100 K variation. Thus, the present burner configuration satisfied the requirement for reducing temperature gradients along the processor walls, and consequently demonstrated that the high-temperature air combustion concept could be applied to the practical fuel reformers for use of fuel cells. The uniformity of temperature distribution is enhanced as the amount of the recirculated gas increases.

• 한국연소학회지
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• 제21권4호
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• pp.30-38
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• 2016

Flame structure of co-firing coal and palm kernel shell (PKS) was investigated in a pulverized coal swirl burner by particle image velocimetry (PIV). The pulverized coal swirl flame is operated with a PKS blending ratio of 10%, 20%, and 30%. For all operating conditions, flame structures such as internal recirculation zone (IRZ), outer recirculation zone (ORZ), and exhaust tube vortex (ETV) were observed. In the center of flame, the strong velocity gradient is occurred at the stagnation point where the volatile gas combustion actively takes place and the acceleration is increased with higher PKS blending ratio. OH radical shows the burned gas region at the stagnation point and shear layer between IRZ and ORZ. In addition, OH radical intensity increases for a co-firing condition because of high volatile matter from PKS. Because the volatile gas combustion takes place at lower temperature, co-firing condition (more than 20%) leads to oxygen deficiency and reduces the combustibility of coal particle near the burner. Therefore, increasing PKS blending ratio leads to higher OH radical intensity and lower temperature.

• 한국연소학회:학술대회논문집
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• 한국연소학회 2004년도 제28회 KOSCO SYMPOSIUM 논문집
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• pp.248-255
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• 2004

For the compactness of regenerative combustion, self regenerative combustion and embedding regenerator inside furnace are proposed. The Self Regenerative burner system was developed to enhance thermal efficiency and Low Nox emission. In the twin regenerative system, two burner heads are generally used for preheating and exhausting combustion mode. But self regenerative burner system use only single nozzle body for regenerative combustion. Also two kind of regenerator, internal and external type, were designed to operate conveniently in both large and small furnace. According to test result, the self regenerative combustion system gives strong internal exhaust gas recirculation that reduce NOx emission significantly. NOx was measured as 50ppm(5% O2, 1290C furnace temperature). Also it is found that the fuel saving rate due to the self regenerative burner system reach to 30-40%. Thus it can be concluded that self regenerative mild combustion system appears to provide a reasonable regenerative burner for compactness and high performance as compared with conventional twin regenerative burner system. Also in the RT Application , compact twin regenerative burner was developed with the help of embedding regenerator inside furnace.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2004년도 추계학술대회
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• pp.1686-1691
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• 2004

The effect of recirculated exhaust gas on performance and exhaust emissions with FGR rate are investigated by using a natural circulation, pressurized draft and water tube boiler with FGR system operating at several boiler loads and over fire air(OFA) damper openings. The purpose of this study is to apply the FGR system to a power plant boiler for reducing $NO_{x}$ emissions. To activate the combustion, the suction damper of two stage combustion system installed in the upper side of wind box is opened by handling the lever between $0^{\circ}$ and $90^{\circ}$ , and the OFA with 0 to 20% into the flame is supplied, as the combustion air supplied to burner is reduced. It is found that the fuel consumption rate divided by evaporation rate does not show an obvious tendency to increase or decrease with rising the FOR rate, and $NO_{x}$ emissions are decreased, at the same OF A damper opening, as FOR rates are elevated and boiler loads are dropped.

• 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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• 한국전산유체공학회 2009년 춘계학술대회논문집
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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.