고온 공기 공급에 따른 액체연료의 연소특성에 관한 실험적 연구 = A Study on the Characteristics of Liquid Fuel Combustion in High-Temperature Air Combustion System

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 예열된 고온공기를 산화제로 하여 연소 실험을 수행하였다. 현재 진행중인 많은 연구들에서 축열소각로 및 EGR 시스템과 같이 배기가스를 재순환 할 경우 산소농도가 희석됨에 따라 연소 안정성은 저하되지만 고온 공기를 이용한 연소의 경우 연소강도가 증가하게 되어 안정성이 증가하며 공기 속도가 증가하게 되어 화염 강도 및 연소 영역을 넓일 수 있다고 알려져 있다.
본 실험에서는 열선을 이용한 예열 공기를 산화제로 사용한 액체연료의 연소 특성을 알아보았다.
고온 공기를 공급하였을 경우, 화염 강도(Intensity)가 증가하여 실제 공기량이 이론 공기량 보다 적어도 안정된 고온 영역의 온도분포를 얻을 수 있었다.
공급공기 유량이 적고 공기 온도가 상온일 경우가 고온 공기에 비해서 화염온도는 높지만, 공기량이 증가하면서 화염온도는 상온 공기의 화염온도가 고온공기의 화염온도와 비슷하거나 낮은 경향을 나타내었다. 또한 공기량과 공기온도가 증가할수록, 화염 강도는 강해지는 것을 볼 수 있었다.
이는 고온에 의한 연료와 산화제의 화학반응이 촉진될 뿐만 아니라 고온공기에 의하여 액체연료의 증발이 촉진되어 나타나는 결과라 볼 수 있다.
또한 고온 공급 공기에 의하여 연소실을 적용하였을 경우, 연소실 내의 온도분포가 전체적으로 고온 균일하고 일산화탄소(CO)의 발생을 다량 억제할 수 있었다. 그러나 고온에서 발생하는 질소 산화물(NOx)의 발생은 비록 수치상 적은 양이지만, 상온에서의 화염일 경우에 비해 증가하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, an experiment on the pre-heated air combustion with oil fuel is performed. According to many studies, it is known that when the emission gas is recirculated as in the regenerative furnaces and EGR systems, the stability of combustion is reduced due to the dilution of oxygen in the air. However, it is also known that, with the use of pre-heated air, the flame intensity and combustion region can be extended due to increase of the combustion intensity and the air flow velocity.
This study examines characteristics of liquid fuel combustion with pre-heated air using a heating coil.
With high-temperature air, although real air flow rates are less than stoichiometric air flow rates, stable distribution of high-temperature region is obtained by increase of flame intensity.
The flame temperature of reference is higher than preheated air under small air flow rate but air flow rate is increased, flame temperature of pre-heated air is higher than reference. As the flow rates and air temperature is increased, the flame intensity is also increased since air pre-heating affects not only chemical responses of fuel and oxygen but also evaporation of liquid fuel.
When pre-heated air is introduced in the chamber, the temperature distribution in the chamber is more uniform in a high level. CO emission is decreased, but NOx emission is increased compared to the flame in a reference temperature, although the amount is small.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• LIST OF FIGURES = i
• LIST OF TABLES = iv
• 국문 초록 = v
• 제1장 서론 = 1
• 제1절 연구 배경 = 1
• 제2절 연구 목적 = 3
• 제3절 배경 이론 = 4
• 제2장 본론 = 8
• 제1절 실험 장치 = 8
• 2-1-1 예열 공기 연소 장치 = 8
• 2-1-2 Nozzle 보정 = 12
• 2-1-3 배기가수 측정장치 = 14
• 제2절 실험 방법 = 15
• 2-2-1 연료와 점화 = 15
• 2-2-2 화염 온도 및 연소실 온도 측정 = 15
• 2-2-3 배기가스측정 = 18
• 제3장 결론 = 19
• 제1절 화염의 형상비교 = 19
• 제2절 화염의 온도분포 = 28
• 제3절 연소실 적용시의 온도분포 = 37
• 제4절 배기가스 측정 = 44
• 제5절 결론 = 48
• Reference = 50
• Abstract = 52