재연소를 이용한 NOx 저감 기법의 FLUENT를 이용한 수치적 연구 및 검증

Abstract

화석연료의 사용으로 인한 질소산화물의 배출은 인간에게 호흡기 질환과 대기 중에 배출되어 산성비, 스모그, 오존층 파괴와 같은 환경문제를 야기하기 때문에 중요한 환경오염원으로 인식되고 있다. 이와 같은 문제들을 방지하고자 질소산화물 배출에 대한 국제적인 규제가 강화되고 있는 추세이다. 재연소는 주연소 후류에 탄화수소 연료를 분사함으로써 질소산화물을 제거하는 효과적인 연소 기술이다. 본 연구에서는 15kW급 연소로에서 LPG를 주연소 연료 및 재연소 연료로 사용하였고 공기를 산화제로 사용하였다. 재연소 구간 길이를 고정시키고 재연소 연료비를 0%~20%까지 변화시키면서 질소산화물 제거를 위한 재연소 실험을 수행하였다. 또한 재연소 과정에서 완전연소를 수행하는 연소완료 공기의 양에 대한 영향을 고찰하기 위하여 연소완료 공기량을 변화시키면서 질소산화물 저감에 미치는 영향을 실험적으로 수행하였다. 실험적 결과를 예측하고 열화학 특성을 고찰하며 최소 오염물질 배출을 위한 최적의 작동조건을 찾기 위하여 전산유체역학 수치해석을 상용유체해석 프로그램인 FLUENT6.3을 이용하여 수행하였다. 선회 연소기에 대한 반응 모델의 수행은 프로판-공기 2단계 화학종 수송 모델의 finite-rate/eddy-dissipation 모델을 사용하여 이루어졌다. 수치적 계산을 위하여 170,116개의 격자로 구성된 3차원 도메인을 사용하였다. k-ε 난류모델과 discrete-ordinate 복사모델을 사용하였고 온도영향이 보정된 난류-화학 상호작용 모델을 이용하여 질소산화물 형성을 예측하였다.