가열로 순산소연소에서 산화제 조성 및 버너 배열이 연소특성에 미치는 영향에 관한 수치해석적 연구

Numerical Study on the Effects of Oxidizer Composition and Burner Arrangement on Combustion Characteristics in Oxy-Fuel Combustion

본 연구에서는 순산소연소에서 산화제(또는 연료)의 조성 및 버너 배열이 NOx 배출 및 온도 분포에 미치는 영향을 수치적으로 분석하였다. 기준 연소조건은 산화제로 100% O 2 및 연료로 94% CH 4 과 4% N 2 혼합물이 공급되었다. 산소비를 1.03으로 고정한 상태에서, 산화제 및 연료에 포함된 CO 2 첨가 및 버너 배열 영향을 확인하기위해 총 10가지 해석 조건을 선정하였다. 그 결과, 산화제 및 연료에 CO 2 혼합비율이 증가할수록 질소산화물 농도가 낮아지는데 연료 보다는 산화제에 혼합하는 경우에 더욱 질소산화물 저감효과가 높았다. 산화제에 혼합한 경우, 혼합비율이 50% 이상에서는 질소산화물 농도가 0 ppm에 수렴함을 확인하였다. 가열로 내부에서 균일한 온도 분포를 위해서는, 버너를 서로 마주 보는 정렬 형태보다는 엇갈림 형태의 비정렬 버너 배치가 적합함을 확인하였다.

In this study, a numerical analysis was conducted on the effect of the composition of the oxidizing agent (or fuel) and burner arrangement on NO x emissions and temperature distribution in 100% O 2 combustion in reheating furnaces. The reference combustion conditions employed 100% O 2 as the oxidizing agent and a mixture of 96% CH 4 and 4% N 2 as the fuel. With the O 2 ratio fixed at 1.03, 10 numerical cases were selected to investigate the effect of adding CO 2 and a burner to the oxidizing agent and fuel. Hence, as the CO 2 mixing ratio in the oxidizing agent and fuel increased, the NO x emissions decreased. When mixed with an oxidizing agent as opposed to fuel, the NO x emission reduction effect was higher. The NO x emission concentration converged to 0 ppm when the mixing ratio was 50% or higher in the presence of an oxidizing agent. For a uniform temperature distribution inside the furnace, it was confirmed that the staggered burner arrangement was more suitable than the alignment type facing each other.