불완전연소 가스발생기 연소특성 연구

최호진(Hojin Choi),현형수(Hyungsoo Hyun),변종렬(Jongryul Byun),박의용(Euiyong Park),윤현걸(Hyungull Yoon),임진식(Jinshik Lim) 한국추진공학회 2011 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2011 No.5

덕티드로켓 추진기관에 사용되는 불완전연소 가스발생기를 설계/제작하고 연소시험을 수행하여 그 연소특성을 분석하였다. 추진시스템 설계요구조건을 바탕으로 가스발생기를 설계하고 산화제 함유량을 줄이고 금속연료 함량을 증가시킨 불완전연소용 고체연료 조성을 개발하여 가스발생기를 제작하였고, 이를 이용한 연소시험을 통해 다상 유동의 불완전연소 가스가 존재하는 가스발생기의 성능예측을 위해서는 별도의 해석기법이 요구됨을 확인하였다. The combustion characteristics of fuel-rich gas generator which could be adopted to Ducted Rocket propulsion system is investigated. The gas generator is designed considering the design requirements of propulsion system then solid fuel, which is developed by reducing the contents of oxidizer and increasing the contents of metallic solid particle, is loaded in the manufactured gas generator. The results of combustion test shows the necessity of the special analysis tool for estimating the gas generator performance where multi-phase flow of fuel-rich gas exists.

폐오일슬러지 고형연료 연소 특성

이주용,서정윤 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2014 No.-

연소특성을 살펴보기 위하여, 1kg용량의 회분식 스토카 소각로를 제작하였으며, 소각로내의 온도분포와 화격자의 온도변화를 관찰하기 위하여 로 하부로부터 높이 180 mm와 450 mm지점에 K-type의 열전대를 장착하였고, 공기공급을 위해 로의 좌ㆍ우측 및 하부에 총 64개의 공기 nozzle을 설치하였으며, 2마력 용량의 콤퓨레샤(compressor) 2대를 이용해 로 내로 공기를 공급하였다. 연소 배가스 분석을 위하여 연소가스 냉각기와 시료 채취용 Champer를 소각로 후단부에 각각 설치하였다. 연소 배가스의 성분분석은 Champer에 연결된 배가스 분석기(GreenLine 9000, Eurotron, Italy)를 이용하여 측정하였다. 소각로의 초기온도는 850℃로 설정하였고, 공기비는 2.5로 설정한 후 연소계산을 이용해 연소에 필요한 공기량을 산출하였다. 또한 로내 시료투입시 외부공기의 유입으로 인한 로내온도 변화를 최대한 방지하기 위해 빠른 시간 내에 시료 50g을 스토커 위에 장착한 후 다시 문을 닫아서 7분간 연소실험을 수행하였다. 연소실험이 진행되는 동안 K-type 열전대를 이용하여 로내 온도와 화격자 상부의 온도를 측정하였으며, 연소로 인해 생성된 가스가 로내에서 충분히 혼합될 수 있도록 산정된 공기량을 기준으로 좌우와 하부에서 각각 30%와 70%의 공기가 유입되게끔 조절하였다. 운전 초기 고형연료의 투입과 함께 외부공기 유입으로 인해 로 내의 온도가 급격히 감소하였으며, 이후 시료가 연소되면서 약 50초가 경과하면 로 내 초기 설정온도보다 높은 화격자 상부의 연소온도가 감지되었다. 또한, 연소실험 중 최대온도가 감지되는 구간에서 배기가스의 산소농도가 최저치로 기록되어 연소가 가장 활발하게 진행되고 있음을 알 수 있었다. 배기가스 중의 최저산소농도는 시료투입 후 약 100초가 경과한 이후에 나타났고, 폐오일슬러지의 혼합비율이 감소할수록 로 내 최저산소농도가 나타나는 시점이 빨라졌다. 이는 폐오일슬러지의 양이 적어질수록 톱밥의 양이 증가하기 때문에 착화가 상대적으로 빨리 이루어지기 때문인 것으로 판단된다. 그리고 오일슬러지 함유량이 감소할수록 CO₂ 농도도 낮은 것으로 관찰되었는데 이는 폐오일슬러지 감소에 따른 C 함량의 감소에 의한 영향으로 사료된다. CO의 경우 휘발분과 고정탄소의 연소로 인한 2개의 peak가 나타나지 않았는데, 이는 폐오일슬러지의 높은 휘발분 함량으로 인해 1차 peak만 나타난 것으로 보인다. 그리고 고형연료의 폐오일슬러지 함유량이 증가하여도 CO 농도는 큰 변화를 보이지 않았다. 이것은 고형연료 내 C의 연소와 함께 발생되는 배기가스 중 CO의 재연소가 충분히 이루어지는 것으로 사료된다. NOx의 경우 고형연료의 폐오일슬러지 함유량에 상관없이 고형연료의 연소와 함께 발생하였다.

폐오일슬러지 고형연료 연소 특성

이주용,서정윤 한국폐기물자원순환학회 2014 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2014 No.11

연소특성을 살펴보기 위하여, 1kg용량의 회분식 스토카 소각로를 제작하였으며, 소각로내의 온도분포와 화격자의 온도변화를 관찰하기 위하여 로 하부로부터 높이 180 mm와 450 mm지점에 K-type의 열전대를 장착하였고, 공기공급을 위해 로의 좌・우측 및 하부에 총 64개의 공기 nozzle을 설치하였으며, 2마력 용량의 콤퓨레샤(compressor) 2대를 이용해 로 내로 공기를 공급하였다. 연소 배가스 분석을 위하여 연소가스 냉각기와 시료 채취용 Champer를 소각로 후단부에 각각 설치하였다. 연소 배가스의 성분분석은 Champer에 연결된 배가스 분석기(GreenLine 9000, Eurotron, Italy)를 이용하여 측정하였다. 소각로의 초기온도는 850℃로 설정하였고, 공기비는 2.5로 설정한 후 연소계산을 이용해 연소에 필요한 공기량을 산출하였다. 또한 로내 시료투입시 외부공기의 유입으로 인한 로내온도 변화를 최대한 방지하기 위해 빠른 시간 내에 시료 50g을 스토커 위에 장착한 후 다시 문을 닫아서 7분간 연소실험을 수행하였다. 연소실험이 진행되는 동안 K-type 열전대를 이용하여 로내 온도와 화격자 상부의 온도를 측정하였으며, 연소로 인해 생성된 가스가 로내에서 충분히 혼합될 수 있도록 산정된 공기량을 기준으로 좌우와 하부에서 각각 30%와 70%의 공기가 유입되게끔 조절하였다. 운전 초기 고형연료의 투입과 함께 외부공기 유입으로 인해 로 내의 온도가 급격히 감소하였으며, 이후 시료가 연소되면서 약 50초가 경과하면 로 내 초기 설정온도보다 높은 화격자 상부의 연소온도가 감지되었다. 또한, 연소실험 중 최대온도가 감지되는 구간에서 배기가스의 산소농도가 최저치로 기록되어 연소가 가장 활발하게 진행되고 있음을 알 수 있었다. 배기가스 중의 최저산소농도는 시료투입 후 약 100초가 경과한 이후에 나타났고, 폐오일슬러지의 혼합비율이 감소할수록 로 내 최저산소농도가 나타나는 시점이 빨라졌다. 이는 폐오일슬러지의 양이 적어질수록 톱밥의 양이 증가하기 때문에 착화가 상대적으로 빨리 이루어지기 때문인 것으로 판단된다. 그리고 오일슬러지 함유량이 감소할수록 CO2 농도도 낮은 것으로 관찰되었는데 이는 폐오일슬러지 감소에 따른 C 함량의 감소에 의한 영향으로 사료된다. CO의 경우 휘발분과 고정탄소의 연소로 인한 2개의 peak가 나타나지 않았는데, 이는 폐오일슬러지의 높은 휘발분 함량으로 인해 1차 peak만 나타난 것으로 보인다. 그리고 고형연료의 폐오일슬러지 함유량이 증가하여도 CO 농도는 큰 변화를 보이지 않았다. 이것은 고형연료 내 C의 연소와 함께 발생되는 배기가스 중 CO의 재연소가 충분히 이루어지는 것으로 사료된다. NOx의 경우 고형연료의 폐오일슬러지 함유량에 상관없이 고형연료의 연소와 함께 발생하였다.

반도체 공장 내의 클린룸에 사용되는 재료에 대한 연소 특성 연구

권오상,김흥열,채승언 한국방재학회 2015 한국방재학회 학술발표대회논문집 Vol.14 No.-

건축물에서 사용되고 있는 건축 재료의 연소 특성 예측 및 성능 분류는 국내의 경우, 콘칼로리미터 시험 방법 등을 적용하여 건축법에서 불연/준불연/난연으로 구분하고 있다. 하지만 반도체 공정에서 사용되고 있는 고분자 재료 등에서는 이러한 열량 측정과 가스유해성 평가로는 정확한 연소 특성을 판단하기 어렵다. 건축물에서 화재위험성을 예측하고 대비하기 위해서는 사용되고 있는 재료에 대한 연소 특성 분석이 선행되어야 하며, 이를 위해서 재료가 연소되면서 발생되는 열량의 크기를 기본으로 하여 재료에 대한 연소 특성 예측 및 연소 성능 분류를 실시하고 있다. 하지만 점차 건축물에서는 다양한 재료가 사용되고 있고 이러한 재료에 대한 화재위험성은 열량 크기의 측정만으로는 한계를 가진다. 특히 플라스틱 재품은 발생되는 열량은 작지만 재료가 녹으면서 발생되는 가스 및 인접 재료에 대한 화재전파의 위험성을 높게 나타나고 있지만 현재 국내에서는 이러한 위험성을 예측할 수 있는 기준 및 시험방법이 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 FM 4910 시험 기준에 의해서 클린룸에서 사용되는 재료에 대한 연소특성을 예측하고 이를 토대로 하여 제시될 수 있는 연소 성능 기준에 대해 분석해 보고자 하였다.

C-15 : 실험실 규모의 연소 장치를 이용한 RDF의 연소 특성 연구

노남선,김광호,곽영태 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2013 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2013 No.-

폐기물 고형연료(RDF : Refuse-Derived Fuel) 또는 고형연료제품(SRF : Solid Refuse Fuel)은 가연성 고체폐기물을 분쇄한 후에 선별 및 건조 과정을 거쳐서 제조되는 성형 또는 비성형 고체연료로서 회석연료의 대체에너지로 이용이 가능하고, 일반적인 소각 방법에 비하여 수송성, 저장성, 연소 안정성이 우수하여 소각시설의 열이용에 따르는 많은 문제점을 해소할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 RDF에 대한 연소 특성을 파악하기 위한 목적으로 실험실 규모의 연속식 및 회분식 연소 장치를 이용하여, RDF의 조성과 연소 조건에 따른 비교실험이 수행되었다. RDF 연소 특성실험에 사용되는 RDF 시료는 모두 6 종류의 원료와 실험실 규모의 압착 기구를 이용하여 3종류 형태(Powder, Chip, Plate)로 제조되었으며, RDF 연소 특성 비교 실험은 100 ~ 300 g-RDF/시간의 처리 용량을 가진 연속식의 실험실 규모 연소 장치와 길이가 600 mm인 연소로에 장착된 내경 70 mm의 석영 튜브를 이용하는 회분식의 RDF 연소 장치를 이용하여 수행하였다. 주요한 실험 결과를 살펴보면 우선 2 ~ 6 g/개 범위의 무게를 가진 RDF 시료는 대부분이 5 분 정도의 시간 내에서 연소가 종료되었으며, CO는 100 ~ 300 ppm (12% O2), NO는 200 ppm (12% O2) 이하의 배출 농도를 나타냈다. RDF 제조용 원료로 사용된 PE 및 PP의 함량이 높아질수록 CO 배출 농도는 급격히 증가하며, O2 농도는 PE 및 PP의 함량이 증가할수록 감소하는 경향을 보인다. 또한 NO 및 CO2의 경우는 PE 및 PP의 함량에 따른 배출농도의 변화가 상대적으로 작게 나타났으며, RDF 시료중의 염소 성분 함량이 일정한 조건에서는 흡수제로 사용되는 Ca(OH)2의 투입량이 많아질수록 바닥회재 중의 염소 함량이 증가하였다.

실험실 규모의 연소 장치를 이용한 RDF의 연소 특성 연구

노남선,김광호,곽영태 한국폐기물자원순환학회 2013 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2013 No.2

폐기물 고형연료(RDF : Refuse-Derived Fuel) 또는 고형연료제품(SRF : Solid Refuse Fuel)은 가연성 고체폐기물을 분쇄한 후에 선별 및 건조 과정을 거쳐서 제조되는 성형 또는 비성형 고체연료로서 회석연료의 대체에너지로 이용이 가능하고, 일반적인 소각 방법에 비하여 수송성, 저장성, 연소 안정성이 우수하여 소각시설의 열이용에 따르는 많은 문제점을 해소할 수 있는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 RDF에 대한 연소 특성을 파악하기 위한 목적으로 실험실 규모의 연속식 및 회분식 연소 장치를 이용하여, RDF의 조성과 연소 조건에 따른 비교실험이 수행되었다. RDF 연소 특성실험에 사용되는 RDF 시료는 모두 6 종류의 원료와 실험실 규모의 압착 기구를 이용하여 3종류 형태(Powder, Chip, Plate)로 제조되었으며, RDF 연소 특성 비교 실험은 100 ~ 300 g-RDF/시간의 처리 용량을 가진 연속식의 실험실 규모 연소 장치와 길이가 600 mm인 연소로에 장착된 내경 70 mm의 석영 튜브를 이용하는 회분식의 RDF 연소 장치를 이용하여 수행하였다. 주요한 실험 결과를 살펴보면 우선 2 ~ 6 g/개 범위의 무게를 가진 RDF 시료는 대부분이 5 분 정도의 시간내에서 연소가 종료되었으며, CO는 100 ~ 300 ppm (12% O₂), NO는 200 ppm (12% O₂) 이하의 배출 농도를 나타냈다. RDF 제조용 원료로 사용된 PE 및 PP의 함량이 높아질수록 CO 배출 농도는 급격히 증가하며, O₂ 농도는 PE 및 PP의 함량이 증가할수록 감소하는 경향을 보인다. 또한 NO 및 CO₂의 경우는 PE 및 PP의 함량에 따른 배출농도의 변화가 상대적으로 작게 나타났으며, RDF 시료중의 염소 성분 함량이 일정한 조건에서는 흡수제로 사용되는 Ca(OH)₂의 투입량이 많아질수록 바닥회재 중의 염소 함량이 증가하였다.

액체로켓엔진 연소기 산화제 선공급 Cyclogram에 의한 점화특성

한영민(Yeoung-Min Han),김종규(Jonggyu Kim),이광진(Kwang-Jin Lee),임병직(Byoungjik Lim),안규복(Kyubok Ahn),김문기(Munki Kim),서성현(Seonghyeon Seo),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.11

액체로켓엔진 재생냉각 연소기에서 산화제 선공급 cyclogram시의 점화 특성에 대해 기술하였다. 연소기의 연소압력은 60 bar, 추진제 유량은 약 89 kg/s 그리고 노즐 팽창비는 12이다. 산화제 선공급 cyclogram을 위해 수행한 연소기로의 연료 및 산화제 수류시험, 산화제 선공급에 따른 점화기 작동성 확인을 위한 점화시험, 연소기의 주 점화 및 연소 확인을 위한 저압 연소시험 그리고 설계점에서 연소기 작동성/연소 안정성 및 연소성능/재생냉각 성능 확인을 위한 연소시험 등에 대해 기술하였다. 산화제 선공급 점화 및 연소시험은 성공적으로 이루어졌으며 연소기에 대한 안정적인 점화 cyclogram을 개발하였다. Ignition characteristics of combustion chamber with LOx lead cyclogram for liquid rocket engine were described. The combustion chamber has chamber pressure of 60 bar, propellant mass flow rate of 89 kg/s, and nozzle expansion of 12. Cold flow test to determine the filling time of propellant for cyclogram with LOx lead supply, ignition test to check the ability to ignite starting fuel from the ignitor, low pressure combustion test to check the propagation of flame into main fuel-oxidizer mixture from starting fuel and the main combustion stage, and design point combustion test to check the combustion performance were performed. Ignition and combustion tests with LOx lead supply were successfully performed and the stable cyclogram of start sequence for combustion chamber was developed.

실물형 연소기의 형상에 따른 연소특성속도 비교

김종규(Jonggyu Kim),한영민(Yeoung-Min Han),안규복(Kyubok Ahn),김문기(Munki Kim),서성현(Seonghyeon Seo),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국추진공학회 2008 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2008 No.5

30톤급 액체로켓엔진 실물형 연소기의 형상에 따른 연소특성속도에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서 연소기의 형상은 연소기 헤드와 분리가 가능한 내열재 및 채널 냉각형 연소실(ε=3.2), 그리고 일체형인 팽창비가 각각 3.5와 12인 재생냉각형 연소기이다. 연소압력은 약 53~60 bar 그리고 추진제 유량은 약 89 kg/s이고, 적용된 분사기는 리세스수가 1.0인 동축 와류형이다. 설계점 연소시험에서 팽창비가 12인 일체형 재생냉각 방식의 연소기가 가장 큰 연소특성속도를 보였는데 이는 추진제인 케로신이 분무되기 전 챔버 냉각으로 인한 온도 상승에 따른 엔탈피의 증가 및 연소압력의 증가에 기인한 것이다. Effects of chamber configuration on combustion characteristic velocity of full-scale combustion chamber for 30-tonf-class liquid rocket engine were studied. The configurations of combustion chamber are ablative and channel cooling chamber (ε=3.2) which have detachable mixing head, and single body regenerative cooling chamber which has nozzle expansion ratio of 3.5 and 12, respectively. The combustion chambers have chamber pressure of 53~60 bar and propellant mass flow rate of 89 kg/s, and the injectors of all combustion chamber have recess number 1.0 and double-swirl characteristics. The hot firing test results at design point show that the combustion characteristic velocity of the regenerative cooling chamber which has nozzle expansion ratio of 12 is higher than that of other combustion chambers. The reasons for the above result are the increases of combustion pressure and enthalpy of kerosene which is heated due to cooling of the chamber wall before injection into the combustion field.

디젤기관에서의 경유-메탄올 혼합유의 연소 안전성과 연소특성에관한 연구

김상암,왕우경 한국동력기계공학회 2018 동력시스템공학회지 Vol.22 No.1

최근에 이중연료엔진(duel fuel engine, ME-LGI engine)을 탑재한 석유화학제품 운반선의 연료로 메탄올이 사용되어 선박 엔진에서 배출되는 이산화탄소, 질소산화물 및 황산화물을 획기적으로 줄이고 있다고 보도되었다. 그러므로 기존의 디젤기관에 메탄올을 연료로 사용한다면 대기오염을 크게 줄일 수 있을 것이다. 디젤기관의 연료로 메탄올을 사용하려면 이중연료 공급장치 및 착화보조장치 등이 필요하므로 기관 자체의 개조가 불가피하다. 한편, 연료유 공급라인에 혼합장치를 설치하면 경유-메탄올 혼합유를 기존 상용 디젤기관의 연료유로 사용할 수 있으나, 혼합 후에 상분리가 문제가 된다. 따라서 본 연구에서는 기관의 구조변경 없이 소형 직분식 4행정 디젤기관의 연료공급계통에 교반기와 연료가압펌프를 장치하여 메탄올을 경유와 강제 혼합하여 기관에 공급함으로써 상분리 문제를 해결하였다. 그리고 메탄올의 증발잠열이 연소안정성 및 연소특성에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 기관의 부하와 경유와 메탄올의 혼합비율에 따라 측정된 연소압력으로부터 연소최고압력, 연소최고압력의 크랭크각도, 도시평균유효압력, 압력상승률 및 열발생율 등을 각각 분석하였다. 그리고 연소압력과 열발생율을 입력으로 한 단일영역연소모델을 이용하여 연소온도를 구하였으며, 동일한 운전조건에서 메탄올 혼합비율에 따른 분석결과들을 경유의 자료와 비교하여 연소안정성 및 연소특성을 판단하였다. 그 결과 메탄올 10% 혼합유의 실험결과들이 경유의 결과와 가장 근접하였으며, 기관성능 및 연소특성을 악화시키지 않고 현존하는 디젤기관의 연료유로 사용 할 수 있다고 판단된다.

75톤급 액체로켓엔진 연소기 저압시험을 통한 연소성능 예측

한영민(Yeoung-Min Han),김종규(Jong-Gyu Kim),이광진(Kwang-Jin Lee),임병직(Byoung-Jik Lim),서성현(Seonghyeon Seo),최환석(Hwan-Seok Choi) 한국추진공학회 2010 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2010 No.5

우주발사체용 75톤급 액체로켓엔진 연소기의 저압연소시험에서 얻은 데이터를 기본으로 75톤급 연소기의 연소특성속도 및 비추력을 예측하였다. 75톤급 연소기 저압연소시험에서 연소특성속도는 약 1750 m/sec, 비추력은 240 sec로 30톤급 연소기의 저압 성능보다 높은 값을 보여주었다. 30톤급 연소기의 연소시험에서 얻은 저압/고압 관계식을 통해 75톤급 연소기의 설계점에서 연소특성속도는 약 1770 m/sec, 비추력은 약 278 sec로 목표치를 상회하는 값을 예측하였다. The performance of 75 ton liquid rocket engine combustion chamber for a space launch vehicle was predicted through firing tests at low pressure. In low pressure tests of 75 ton LRE combustor chamber, the combustion characteristic velocity of 1750 m/sec and the specific impulse of 240 sec were obtained which are higher than the low pressure performance of 30ton combustion chamber. The combustion characteristic velocity of 1770 m/sec and the specific impulse of 278 sec at design point for 75 ton LRE combustion chamber were predicted by using the low/high pressure performance correlation of 30ton LRE combustion chamber.