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다공 동축 버너를 이용한 순산소 연소에서 CO₂첨가가 화염에 미치는 영향에 관한 실험적 연구 = An experimental study on the effect of CO₂addition in oxy-fuel combustion with a triple concentric multi-jet burner
서명 / 저자 다공 동축 버너를 이용한 순산소 연소에서 CO₂첨가가 화염에 미치는 영향에 관한 실험적 연구 = An experimental study on the effect of CO₂addition in oxy-fuel combustion with a triple concentric multi-jet burner / 김승환.
저자명 김승환 ; Kim, Seung-Hwan
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2010].
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8021201

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초록정보

Oxy-fuel combustion is an alternative technology for $CO_2$ reduction. However, high adiabatic flame temperature of Oxy-fuel combustion brings retrofitting problem of air-fuel combustor and thermal NOx problem due to inflow of air into combustor. FGR(Flue Gas Recirculation) technology is able to solve these thermal problems. In the FGR system, the flame temperature is decreased by $CO_2$ recirculated from the flue gas but combustion instability occurs because of low flame temperature and complex flow field by $CO_2$ addition. Thus improved understanding about the effect of $CO_2$ addition is necessary for the design and operation of combustor with FGR system. This research focused on characteristics of oxy-fuel combustion according to OFRs and $CO_2$ addition in order to simulate FGR system with triple concentric multi-jet burner. Overall temperature in the combustor was reduced by $CO_2$ addition, because added $CO_2$ was diffused to the radial direction very well above specific height($z=40\It{mm}$), it was verified by acetone-PLIF at the non-reacting flow field. Also, it was checked that external flow did not affect to the main flow through a visualization of the reacting and non-reacting flow field using Mie-scattering. Pressure fluctuation was measured at all conditions to investigate combustion instability and maximum nosie was $143\ItdB}$ when $CO_2$ added inside at OFR 0.75. In this study, the optimal position of $CO_2$ addition was outside oxygen nozzle at OFR 0.75. because overall temperature was low and flame existed the most stable.

순산소 연소는 $CO_2$ 저감을 위한 한가지 대안이다. 그러나 순산소 연소의 높은 단열 화염 온도는 기존 공기 연소기의 재설계 문제와 연소기 내로 유입된 공기에 기인한 thermal NOx 문제를 발생시킨다. 배가스 재순환(FGR) 기술이 이러한 열적인 문제들을 해결해 줄 수 있다. FGR 시스템에서 화염 온도는 배가스로부터 재순환된 $CO_2$ 에 의해서 저감되지만 그로인해 복잡해진 유동과 낮은 화염 온도는 화염 불안정성 문제를 야기시킨다. 따라서 FGR 시스템을 가지는 연소기의 설계와 작동을 위해서 $CO_2$ 첨가 효과에 대한 개선된 이해가 필요하다. 본 연구는 다공 동축 버너를 이용한 순산소 연소에서 FGR 시스템을 모사하기 위한 $CO_2$ 첨가와 OFR에 따른 특성에 초점을 맞추었다. $CO_2$ 첨가에 의해서 연소로 내의 전반적인 온도가 저감되었는데 이는 첨가된 $CO_2$ 가 일정 높이(z=40mm) 이상에서 반경 방향으로의 확산 특성이 우수하기 때문이며, 비반응 유동장에서의 아세톤 레이저 유도 형광법으로 확인해 볼 수 있었다. 또한, Mie 스캐터링을 이용한 반응 및 비반응 유동장 가시화를 통하여 외부 유동이 내부 유동에 크게 영향을 미치지 않음을 확인해 보았다. 연소 불안정성을 조사하기 위하여 모든 조건에서 압력 변동을 측정해 보았고, OFR 0.75 에서 내측에 $CO_2$ 를 첨가할 때 가청음압기준 143dB의 최대 소음이 발생하였다. 본 연구에서 최적의 $CO_2$ 첨가 위치는 OFR 0.75 에서 외측에 첨가한 경우로 전반적인 온도가 낮고 화염이 가장 안정적으로 존재하기 때문이다.

서지기타정보

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청구기호 {MME 10008
형태사항 vii, 56 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 한국어
일반주기 저자명의 영문표기 : Seung-Hwan Kim
지도교수의 한글표기 : 신현동
지도교수의 영문표기 : Hyun-Dong Shin
부록 수록
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 기계공학전공,
서지주기 참고문헌; p, 49-51
주제 순산소 연소
다공 동축 버너
배가스 재순화
CO2 첨가
아세톤 레이저 유도 형광법
Oxy-fuel combustion
Triple concentric multi-jet burner
Flue gas recirculation
CO2 addition
Acetone-PLIF
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