10 %의 암모니아가 첨가된 메탄 연료의 비예혼합 확산화염에서, 산소/이산화탄소 및 산소/질소의 산화제 내에 산소 비율의 변화에 따른 질소산화물($NO_x$)의 생성 특성을 실험 및 수치해석적으로 조사하였다. 동축류 제트 화염의 실험에서, 산소/이산화탄소의 산화제인 경우, 측정된 $NO_x$은 산소 비율의 증가에 따라 약간 증가하는 경향을 보였다. 반면에, 산소/질소의 산화제인 경우, $NO_x$은 0.7의 산소 비율에서 최대로 측정되었으며, 산소 비율에 따라 비단조적인 경향을 보였다. 결과적으로, 암모니아가 첨가된 메탄 화염에서 배출되는 $NO_x$는 일반 공기의 조건보다 순산소 연소 조건의 경우가 더 크게 측정되었다. 한편, 다양한 산화제의 조건에 대하여 $NO_x$ 생성 특성을 분석하기 위해서, 동일한 화학반응 메커니즘을 적용하여 1 차원 및 2 차원의 수치해석을 수행하였다. 그 결과, 산소/질소의 산화제에서 2 차원의 수치해석 결과가 실험적으로 측정된 $NO_x$의 배출 특성을 비교적 잘 예측하였다.
Nitric oxide ($NO_x$) formation characteristics in non-premixed diffusion flames of methane fuels have been investigated experimentally and numerically by adding 10% ammonia to the fuel stream, according to the variation of the oxygen ratio in the oxidizer with oxygen/carbon dioxide and oxygen/nitrogen mixtures. In an experiment of coflow jet flames, in the case of an oxidizer with oxygen/carbon dioxide, the $NO_x$ emission increased slightly as the oxygen ratio increased. On the other hand, in case of an oxygen/nitrogen oxidizer, the $NO_x$ emission was the maximum at an oxygen ratio of 0.7, and it exhibited non-monotonic behavior according to the oxygen ratio. Consequently, the $NO_x$ emission in the condition of oxyfuel combustion was overestimated as compared to that in the condition of conventional air combustion. To elucidate the characteristics of $NO_x$ formation for various oxidizer compositions, 1D and 2D numerical simulations have been conducted by adopting one kinetic mechanism. The result of 2D simulation for an oxidizer with oxygen/nitrogen well predicted the trend of experimentally measured $NO_x$ emissions.
