MILD Combustion 의 열적 및 가스 배출특성에 대한 수치적 연구

Abstract

최근에 환경문제가 세계적인 관심사가 되어 모든 경제 활동이 환경보존의 틀 안에서 이루어지는 추세이며, 특히 여러 지구 환경변화 협약 회의에서 규제치 등이 구체화되면서 이는 경제적 중요성까지 지니게 되었다. 이에 따라 연소장치들이 발생시키는 온실가스와 대기오염물질을 저감시키는 것이 연소기술의 최신 연구경향이고, 이를 위하여 많은 방법들이 제시되었고 연구되어왔다. 대표적 사례로 대기오염물질인 질소산화물(NOx)의 배출량을 줄이기 위해 화염 고온부의 온도를 낮추고 높은 산소 농도영역과 고온의 영역내의 체류시간을 줄임으로써 Thermal NOx 의 발생을 억제시키는 연소기술들이 연구되고 있다. 온실가스를 적게 배출하기 위해서는 근본적으로 연료를 적게 사용해야하고, 이는 곧 연소효율, 열효율과 결부된다. 이를 위해 배기가스를 통해 버려지는 폐열을 회수하여 연소공기를 예열하는 열재순환 연소가 연구되고 있지만, 연소공기의 온도가 증가에 비례하여 높아진 최고 연소온도로 인한 추가적인 NOx 발생 때문에 NOx와 온실가스 배출의 저감은 양립하기가 어려웠다. 하지만 지난 십년동안 HITAC, 무화염연소 혹은 무화염산화 혹은 MILD 연소가 대안 연소기술로 각광받았다. 이 기술들은 희석 연소와 열재순환 연소에 근간을 두고 있다. 대량의 배가스의 재순환과 연료의 자동점화온도보다 높게 예열된 공기를 이용하여, 연소영역은 넓어지고 국부 최고온도부는 억제된다. 이로인해 균일한 온도분포와 낮은 NOx 배출이 가능하게 된다. 선행연구자의 실험과 해석조건을 이용하여 MILD 연소의 성능은 CFD 해석을 통해 검증하게 된다. 3차원 CFD 해석을 위하여 상용 CFD 코드인 FLUENT 6.3.26 이 사용되었다. 연소모델로 빠른 화학반응과, 유한반응율 화학반응의 대표 모델인 Eddy Dissipation, Eddy Dissipation Concept 모델이 각각 사용되었다. 이 논문의 최종 목적은 MILD 연소의 연료 경제성과 낮은 공해물질 배출의 관점에서 개선점과 성능에 대하여 심층 탐구하는 것이다.