에틸렌 확산화염 내 질소 첨가에 따른 매연생성 특성 파악에 관한 연구

Abstract

탄화수소로 이루어진 연료의 연소과정에서 발생하는 배기가스는 대기오염을 유발하고 인체에 유해한 영향을 미치는 매연입자를 포함하고 있

다. 현대사회에서 매연입자로 기인한 환경문제는 중요한 이슈가 되고 있으며 전반적인 산업에서 환경 관련 규제가 강화되고 있는 추세이다. 이에 따라 연소 과정에서 발생된 매연을 제어하기 위하여 매연생성과정

에 대한 연구도 필수적이다. 매연의 생성과 산화특성에 미치는 주요 요인 중 온도가 관련이 있다고 알려져 있다. 이에 따라 본 연구에서는 탄

화수소 물질 중 에틸렌 가스를 기반으로 한 대향류확산화염에서 불활성 기체인 질소를 10%간격으로 40%까지 첨가하고 화염 온도, 형태, 매연생성 관련 화학종의 상태변화를 확인하기 위해 광계측을 통한 실험과 Chemkin 17.0프로그램으로 수치해석을 수행하였다. 연구 결과로 질소의 혼합비율이 증가함에 따라 화염온도는 감소하며 매연생성층이 좁아지는 것을 확인하였다. 또한 매연체적분율과 매연성 장에 관여하는 화학종들의 몰분율도 감소하는 것을 확인하였다. 본 연구의 결과를 통해 환경 규제 대응을 위한 친환경 기술 개발에 적절한 응용과 다양한 산업현장 및 실험 연구에서 질소의 적절한 활용에 도움이 될 것으로 기대한다. |The exhaust gas generated in the combustion process of the hydrocarbon fuel contains soot particles that cause air pollution and have harmful effects on the human. Environmental problems caused by soot particles in modern society are becoming important issues, and environmental regulations are being strengthened in the overall industry. Therefore, it is necessary to study the soot formation process in order to control the soot formation in the combustion process. It is known that temperature is related to the main factors affecting the formation and oxidation characteristics of soot. Therefore, in this study, up to 40% of 10% of the nitrogen gas was added to the fuel side in the counterflow diffusion flame based on the ethylene gas. Experiments were carried out through laser extinction method to determine flame temperature, shape, and soot volume fraction. Numerical analyzes were performed with the Chemkin 17.0 program to identify changes in the state of the species associated with soot formation. As a result of the study, it was confirmed that as the dilution ratio of N2 increases, the flame temperature decreases and the soot formation layer becomes narrower. Also, it was confirmed that the soot volume fraction and the mole fraction of chemical species involved in soot growth were also decreased. The results of this study are expected to be useful for proper application of environmentally friendly technologies to cope with environmental regulations and for appropriate utilization of nitrogen in various industrial sites and experimental researches.