Reburning is a useful technology to reduce nitric oxide through the injection of a secondary hydrocarbon fuel. An experimental study has been conducted to investigate the effects on reburning process of LPG as secondary fuel on $NO_x$ reduction in a 15kW large-scale laboratory furnace. An oxidizer staging technique which is one of effective NOx reduction techniques was conducted with reburning process. Air used by oxidizer was separately injected by three inlets in a conventional concentric configuration.
The reburn fuel as well as burnout air was injected from each nozzle attached at the wall of the cylindrical furnace. Fuel in both main burner and reburn nozzle was LPG (Liquefied Petroleum Gas).
The paper reports the influences on $NO_x$ reduction of reburn fuel fraction in reburning zone and residence distance to find out a proper injection location of burnout air and reburn fuel. The residence distance means the distance between the injections of reburn fuel and burnout air. Temperature distribution inside the overall region as well as total and radiation heat flux at the wall of the furnace has been measured to examine the heat transfer characteristics due to the reburn process. For comparison, the reburning effects were examined for a combustor with two types of burner; a regular single staged burner and a multi-air staged burner.
A gas analysis was also performed to evaluate an appropriate condition for NOx emission in a primary zone for the excess air ratio of 1.1. To maintain the consistency of experiments, all of them were conducted when the $O_2$ concentration of exhaust gas is about 3 percents.
As a result, $NO_x$ reduction occurred about 45 percents when the reburn fuel fraction was over 20 percents. The paper also showed that the reaction distance has influence on $NO_x$ reduction. Temperature decrease was measured in furnace adopted air staging and temperature profile in the furnace was developed uniformly at the whole domain. It helps to prevent unnecessary heat loss in downstream of furnace. Therefore, combustion efficiency expected to become more efficient due to the effect of temperature decrease when multi air-staged burner which is the burner adopted air staging technology was used. This paper reports about the possibility that the reburn process in the furnace with multi air-staged burner could be one of the useful $NO_x$ control technologies.
재연소과정은 2차 연료로인 탄화수소계 연료를 분사시킴으로써 질소 산화물을 저감시키는 유용한 기술이다. 본 연구는 2차 연료로 LPG를 사용하여 15kW 실험실 규모의 연소로에서 재연소 과정의 $NO_x$ 저감에 대한 영향을 조사하기 위한 실험을 수행하였다. 산화제 다단 기술 또한 병행하여 수행되었는데, 이 기술도 $NO_x$ 저감에 있어 효과적인 기술로 많은 선진국에서 사용되어지고 있다. 본 실험에서는 공기가 주 연소기의 공기 공급관으로부터 분리되어져 분사되는 동축 다단 연소기를 사용하였다. 재연소 연료와 연소완료 공기는 실린더형 연소기의 벽면에 부착되어 있는 각각의 노즐로 부터 분사되어졌으며 주 연소기와 재연소 연료 모두 액화석유가스(LPG)를 사용하였다. 본 연구는 재연소 영역에서 연료 분율에 따른 $NO_x$ 저감과 최적의 반응 거리을 찾기 위한 연구를 수행하였다. 반응 거리는 재연소 연료와 연소완료 영역과의 거리를 의미한다. 또한 전체 연소로에서 온도와 벽면에서의 열 유속을 측정하여 재연소와 공기 다단 연소기로 인한 연소로 내의 열전달 상황에 대해 고찰하였고 일반 연소기와 다단 연소기를 비교 분석하였다. 가스 분석은 또한 주 연소 영역에서 실험에 적절한 $NO_x$ 방출을 유도하기 위해 1.1의 약간 과잉공기 상태로 실험을 수행하였으며 실험의 통일성을 유지하기 위해 배기구에서 산소 농도는 3%로 유지하였다. 결과적으로 재연소 연료가 20% 주입될 때 $NO_x$ 은 약 45% 저감된 것을 확인 할 수 있었다. 또한 본 연구에서 $NO_x$ 저감이 반응 거리에 영향을 받는 다는 것을 알 수 있었다. 공기 다단 연소기를 적용한 연소로에서 온도는 낮아진 반면 전체 영역에서의 온도 분포는 균일해 지는 것을 알 수 있었다. 이것은 또한 연소로 후류에서 불필요한 열 손실을 보상하였으며 연소 효율 측면에서 공기 다단 연소기가 재연소 과정과 조합될 때 보다 효과적일 수 있다는 것을 보여 준다.
