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열매체보일러용 저공해 연소기에 관한 실험적 연구

Title
열매체보일러용 저공해 연소기에 관한 실험적 연구
Other Titles
Experimental Study on Low NOx Burner Used for Heating Medium Boiler
Author
장병화
Alternative Author(s)
JANG, Byung Hwa
Advisor(s)
김용모
Issue Date
2017-02
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
본 연구에서는 NOx 저감을 위해 화염분할기법과 극단적 연료 농후/희박 조건이 적용된 저공해 연소기를 개발하여 실제 열매체보일러 상온공기와 예열공기 조건에서 NOx와 CO의 배출특성을 실험적으로 파악하고자 하였다. 열매체보일러용 저공해 연소기는 산업용 소형 가스연소기로 정격 열용량은 300,000 kcal/h이고 희박 및 과농연소 측의 과잉공기비가 연료인 LNG의 주성분인 메탄의 이론적인 가연한계(0.6 < 과잉공기비 < 2.17)를 벗어나지 않는 범위에서 실험조건을 선정하였다. 실험조건을 결정하기 위해 먼저 희박, 과농연소 시스템의 전체적인 과잉공기비를 1.21로 정하고 희박연소 측과 과농연소 측에 공급되는 연료유량을 동일하게 설정하였고, 희박연소 측과 과농연소 측의 과잉공기비는 각각의 lean/rich hole에서 토출되는 공기유량과 노즐에서 분사되는 연료유량의 비를 이용하여 각각의 과잉공기비를 설정하였다. 희박연소 측의 과잉공기비를 1.56으로 정하였고 과농연소 측의 과잉공기비를 0.7로 선정하였다. 본 연구의 실험변수는 연소공기온도, 노즐종류, 노즐위치이다. 노즐위치 +16 mm는 연료와 공기를 혼합시키지 않고 다공판 후단에서 공기와 연료가 혼합되어 연소되는 방식이기 때문에 확산화염을 형성한다. 노즐위치 –10 mm는 연료와 공기가 미리 혼합하여 연소되는 방식이기 때문에 예혼합화염을 형성한다. 과농연소 부분의 노즐위치 –10 mm와 희박연소 부분의 노즐위치 +226 mm는 연료가 분사되는 노즐의 위치가 –10 mm와 +226 mm이기 때문에 부분 연료 다단 화염을 형성한다. 이와 같이 노즐위치에 따라 확산화염, 예혼합화염, 부분 연료 다단화염으로 나누어서 실험을 진행하였다. 또한 연료와 공기의 혼합증진에 영향을 주는 mixing chamber를 사용하여 실험을 진행하였다. 본 연구의 실험결과는 mixing chamber를 사용한 예혼합화염 상태에서 연소공기 온도 20℃일 때 NOx 배출량이 약 29 ppm(배기가스 O2 4% 기준)으로 측정되었고 연소공기 온도 80℃일 때 NOx 배출량이 약 33 ppm(배기가스 O2 4% 기준)으로 측정되었다. |An experimental study has been carried out for investigating the emission characteristics of nitrogen oxides(NOx) and carbon monoxide(CO) in the burner of the heating boiler. The multiple small flames with fuel lean/rich mixtures are formed in the newly developed burner. This burner is capable of reducing the emission of pollutants including NOx because of the low flame temperature and the proper control of equivalence ratio. According to our experimental results, the excess ratio of overall combustion zone, 1.21 yields the clean combustion and thus it is fixed at test cases. On the other hand, the small flames can be classified by two types, including fuel lean flame(excess air ratio was 0.7) and fuel rich flame(excess air ratio was 1.56). Combustion air(20°C, 80°C), nozzle type (single nozzle, 45° nozzle, radial nozzle), nozzle penetration length(-10 mm, +16 mm, 226 mm) and presence of advanced mixing chamber were selected as the key design parameters and this study is emphasis on effects of these design parameters on the emission characteristics of the developed burner. Experimental results indicate that, the flue gas O2 4% condition, NOx emission levels for the combustion-air temperatures, 20°C and 80°C are decreased up to 29 ppm and 33 ppm, respectively.
An experimental study has been carried out for investigating the emission characteristics of nitrogen oxides(NOx) and carbon monoxide(CO) in the burner of the heating boiler. The multiple small flames with fuel lean/rich mixtures are formed in the newly developed burner. This burner is capable of reducing the emission of pollutants including NOx because of the low flame temperature and the proper control of equivalence ratio. According to our experimental results, the excess ratio of overall combustion zone, 1.21 yields the clean combustion and thus it is fixed at test cases. On the other hand, the small flames can be classified by two types, including fuel lean flame(excess air ratio was 0.7) and fuel rich flame(excess air ratio was 1.56). Combustion air(20°C, 80°C), nozzle type (single nozzle, 45° nozzle, radial nozzle), nozzle penetration length(-10 mm, +16 mm, 226 mm) and presence of advanced mixing chamber were selected as the key design parameters and this study is emphasis on effects of these design parameters on the emission characteristics of the developed burner. Experimental results indicate that, the flue gas O2 4% condition, NOx emission levels for the combustion-air temperatures, 20°C and 80°C are decreased up to 29 ppm and 33 ppm, respectively.
URI
http://dcollection.hanyang.ac.kr/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000000097980https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/124811
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