In this study, the combustion characteristics of low calorific gas (LCG) fuels are investigated by numerical simulation. PREMIXED code is used to predict the flame structure and NO emission with two mechanisms, which are GRI 3.0 and USC II chemical reaction mechanisms for CH4 and LCG 8000 and LCG 6000, respectively. Also, elementary reactions related with production and destruction for OH radical are studied because OH radical is dominant for burning velocity and NO emission. As results, the production and the destruction of OH radical for CH4 and LCG 8000 using GRI 3.0 are dominated by reactions of No. 4, No. 2 and No. 3 and by No. 5, No. 3 and No. 7, respectively. For LCG 6000 using USC II, reactions of No. 3, No. 4 and No. 11 and of No. 7, No. 8 and No. 12 dominates to the production and the destruction, respectively. In addition, NO emissions for LCG gas fuel are generated by thermal NO because the flame temperatures are over 1800 K.

아산화질소(Nitrous oxide, N2O)는 지구온난화 물질의 하나로 이산화탄소에 비해 지구온난화효과가 310배 강하고 분해하는데 120년이 소요되기 때문에 오존층 파괴에 주범으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 N2O를 저감하기 위해 고온 열분해 기술을 적용하여 N2O 저감 공정에서 발생하는 NOx 배출 특성에 대해 조사하였다. 고온 유동장을 형성하기 위해 동축 분젠 예혼합 화염을 열원으로 채택하였으며 실험 변수로는 노즐출구속도, 동축류 속도 및 N2O 희석률로 설정하였다. 실험 결과, NO 생성률은 노즐출구속도 및 동축류 유량에 관계없이 N2O 희석률이 증가함에 따라 증가하였다. NO2의 경우에는 연소 불안정성(Kelvin Helmholtz 불안정)이 억제된 안정된 예혼합 화염에서 다량으로 배출되었는데, 이는 화염 면 부근에서 감소된 N2O의 체류시간으로 인해 열분해 시간이 충분하지 않기 때문인 것으로 사료 된다. 따라서 N2O의 저감 효율을 증진시키기 위해서는 K-H 불안정성이 발생되는 노즐출구속도를 선정하여 화염 면 부근에서 발생되는 와류(toroidal vortex) 형태의 유동 구조를 형성하는 것이 N2O의 체류시간을 증가시키는데 효과적인 것으로 판단된다.

연소실 내 공조현상으로 인해 발생되는 열음향 불안정성은 안정적인 연소시스템을 구현하기 위해 해결해야 하는 고질적인 문제로 제기되어 왔다. 열음향 불안정성은 크게 1차 2차 열음향 불안정성으로 나뉘며, 본 연구에서는 열음향 불안정성 중 2차 열음향 불안 정성의 천이에 관해 열손실이 미치는 영향에 대한 실험적 연구를 진행하였다. 2차 열음향 불안정성을 발생시키기 위해 한쪽 끝이 열린 1/4 파장 공명기를 채택하여 수직으로 설치하였고, 공명기 내부에는 예혼합 가스를 주입하였다. 또한 공명기 상단으로 발생하는 열손실 효과를 비교하기 위해 추가적으로 외부 동축류 관을 설치하였다. 연료 농후조건의 예혼합 가스만을 채택하여 주입하였기 때문에 동축관 에 주입되는 기체에 따라 공명기 상부에 추가적인 확산화염이 형성될 수 있다. 그 결과 확산화염이 발생되었을 경우 공명기 상단으로의 열손실이 감소하며 2차 열음향 불안정성이 발현되었으며, 확산화염이 억제되어 공명기 상단으로의 열손실이 증가하였을 경우 2차 열음향 불안정성의 발현이 억제되는 결과를 도출하였다.

In this study, the laminar burning velocity of low calorific gas fuels are verified through the comparison and examination of experimental and predicted results. The bunsen burner which has contraction nozzle is used to measure the laminar burning velocity with the cone angle method. In addition, PREMIXED code combined with two mechanism, i.e., the GRI 3.0, and USC II reaction mechanisms is used to predict the laminar burning velocity. As heating value decrease, the laminar burning velocity correspondingly decreases due to inert gases in the fuels. Through the comparison and analysis of the experimental results and the predicted results, it is confirmed that LCF 9000 and LCF 8000 with the GRI 3.0 reaction mechanism and LCF 7000 and 6000 with the USC II reaction mechanism have a similar distribution of laminar burning velocity between the experimental result and the predicted result. This similarity is due to a large amount of propane, which is not suitable for the GRI 3.0 reaction mechanism in LCF 7000 and 6000.