The purpose of this study is to gain a better understanding of the effects of thermal stratification and partial fuel stratification on reducing the pressure-rise rate and emission in HCCI combustion. The engine is fueled with Di-Methyl Ether(DME) which has unique 2-stage heat release. Computational work is conducted with multi-zones model and detailed chemical reaction scheme. Calculation result shows that wider thermal stratification and partial fuel stratification prolong combustion duration and reduce pressure rise rate. But too wide partial fuel stratification increases CO and NOx concentration in exhaust gas, and decreases combustion efficiency.
In this study, combustion experiments were conducted to assess engine performance and exhaust gas characteristics using four blends of 1-pentanol and diesel as fuel in a naturally aspirated 4-stroke diesel engine. The blending ratios of 1-pentanol were 5, 10, 15, and 20% by volume. The experiments were carried out under four different engine torque conditions (6, 8, 10, and 12 Nm) while maintaining a constant engine speed of 2,000 rpm for all fuel types. The results showed that the use of 1-pentanol/diesel blended fuel generally led to a decrease in brake thermal efficiency, attributed to the low calorific value of the blend and the cooling effect due to the latent heat of vaporization. Additionally, both brake specific energy consumption and brake specific fuel consumption increased. However, the use of the blended fuel resulted in a general decrease in NOx concentration, a decrease in CO concentration except some conditions, and a reduction in smoke opacity across all conditions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.12
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pp.1129-1135
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2013
In this, three types of natural gas were employed to investigate the effect of low-calorific natural gas on the performance of and emissions from a heavy-duty CNG engine. The performance and emission characteristics were analyzed by conducting a full-load test, WHSC mode test, and WHTC mode test. The results showed that the torque of low-calorific natural gas with $9,800kcal/Nm^3$ of higher heating value decreased by 4.4 compared to that of the current natural gas with $10,400kcal/Nm^3$ of heating value. With low-calorific fuels, CO, $CO_2$, and $NO_x$ emissions decreased. However, THC emissions increased. According to the WHSC and WHTC mode test results, the thermal efficiency increased and the emission characteristics showed a similar trend to the full-load test results. Low-calorific natural gases cause a decrease in torque at full-load operation conditions and an increase in hydrocarbon emissions.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.3
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pp.112-118
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2018
In order to meet the strict emission regulations for internal combustion engines based on fossil fuel, the proportion of after-treatments for vehicles and vessels is gradually increasing. Diesel engines have high power, good fuel economy, and lower $CO_2$ emissions, and their market shares are increasing in commercial vehicles and passenger cars. However, NOx is generated in the localized high-temperature combustion regions, and particulate matter is formed in the zones of diffusion combustion. LNT and urea-SCR catalysts have been developed for after-treatment of the exhaust gas to reduce NOx in diesel vehicles. This study aims to improve the NOx reduction performance of Cu SCR catalyst, which is widely used in light, medium, and heavy-duty diesel engines. The de-NOx performance of $5Cu-2ZrO_2$/93Zeolyst(Si/Al=13.7) SCR catalyst was about 5-50% higher than that of $5Cu-2ZrO_2$/93Zeolite(Si/Al=2.9) at catalyst temperatures of $300^{\circ}C$ or higher. The zeolite had lower metal dispersion than zeolyst, and the reaction rate of the catalyst decreased as the average particle size increased. The $10Cu-2ZrO_2$/88Zeolyst catalyst loaded with 10wt% Cu had the highest NOx conversion rate of 40% at $200^{\circ}C$ and about 65% at $350^{\circ}C$. The ion exchange rate of Cu ions increased with that of Al, the crystalline compound of zeolite, and the de-NOx performance was improved by 20-40% compared to other catalysts.
As the internal combustion engine vehicles of high fuel efficiency and low emission are demanded, it becomes important to procure technologies for improving low-temperature performance of automotive catalyst systems. In this study, we showed that the combustion rate of diesel particulate matter is greatly enhanced at low temperature by applying fuel-borne catalyst and perovskite catalyst concurrently. It was tried to examine the correlation between elemental composition of perovskite catalyst and combustion activity of mixed catalyst system. To achieve this goal, we applied temperature-programmed oxidation technique in testing the combustion behavior of perovskite-mixed particulate matter bed which contained the element of fuel-borne catalyst or not. We tried to explain the synergetic action of two catalyst components by comparing the trends of concentrations of carbon dioxide and nitrogen oxide in temperature-programmed oxidation results.
Thermal NOx is generated in a high temperature environment in a combustion facilities. Exhaust gas recirculation method is widely used among various methods for reducing nitrogen oxides in combustion devices. In the present study, the computational fluid dynamic analysis was accomplished to elucidate the cold flow characteristics in the flue gas recirculation burner with both outlets opening. Because the reciculation pipes is installed toward the tangential direction, the swirling flow is formulated in the burner and the phenomenon of the reverse flow creation is detected at the center area of circular burner. We are confirmed that this is the similar trend with the burner with one side outlet closed. From the present study, it was seen that the recirculated inflow from both recirculated burner outlets increased by about 5% compared to the burner with one side outlet opening. At the outlet located at the exhaust gas recirculation pipe inlet(gas exit 1), the inlet flow was formed in the entire region. At the opposite outlet(gas exit 2), the total flow was discharged, but the center part of the burner was observed to have a reverse flow. The flow rate at the gas exit 2 was 3 ~ 5 times larger than the flow rate at the gas exit 1.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.27
no.3
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pp.286-292
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2005
This study is to investigate the industrial boiler which can be significantly affected by the restriction of NOx. Note that the application of SNCR method to industrial boiler is usually blown as not feasible due to the insufficient residence time for proper mixing. The purpose of this study is to investigate the applicability of the SNCR system application to the industrial boiler, which produces 40 tons of steam per hour using heavy oil. For the industrial boiler with 3-D rectangular coordinate, the general coding are made fur various turbulence modeling such as turbulent flow, turbulent fuel combustion, thermal NO formation and destruction together with the NO reaction with reducing agents. Further, the incorporation of drop trajectory model is successfully made in 3-D rectangular coordinate with Lagrangian frame and the main swirl burner effect on the characteristics of flame is considered. As expected a short flame was created and thereby NOx is removed more efficiently by increasing the proper region of temperature for NO reduction reaction. The validation of program was made successfully by the comparison of experimental data. Based on the reliable calculation results, the SNCR method in a industrial boiler shows the possibility as one of viable NO reduction method by the use of well designed mixing air of reducing agent.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.39
no.9
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pp.870-875
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2015
Diesel engines are widely used due to superior power and fuel consumption, however there are many challenges in exhaust gas management. Exhaust gas recirculation (EGR) is the most effective technique for reducing mono-nitrogen oxide (NOx) emissions in a diesel engine, in comparison with other catalytic technologies. In addition, the technology has a number of advantages in terms of economic efficiency and implementation. In this study, the effects on the power and exhaust characteristics of diesel engines equipped with EGR systems were investigated. It was found that as the EGR rate increased, horsepower expressed as IHP and BHP decreased. The net effect of the application of EGR was measured at various engine speeds. EGR technology caused decreases in BHP of around 9% during low engine speed and 3.5% during high engine speed. Additionally, NOx emissions reduced as the EGR rate increased, and increased as engine speed increased. However, smoke emissions increased as the EGR rate increased, and decreased as engine speed increased. The optimum operating conditions and ERG rate to simultaneously achieve minimum NOx and smoke emissions were investigate. It was found that as the EGR rate increased, optimal operating speed for minimal NOx and smoke also increased. Keywords: Diesel engine, Exhaust gas recirculation, Power perfomance, Emission characteristics, NOx, Smoke
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.6
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pp.696-701
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2018
The nitrogen oxides generated during combustion reactions have a great influence on the generation of acid rain and fine dust. As an NOx reduction method, exhaust gas recirculation combustion using Coanda nozzles capable of recirculating a large amount of exhaust gas with a small amount of air has recently been utilized. In this study, for the burner outlet with dual end opening, the use of a recirculation burner was investigated for the distribution of the pressure, streamline, temperature, combustion reaction rate and nitrogen oxides using computational fluid analysis. The gas mixed with the combustion air and the recirculated exhaust gas flow in the tangential direction of the circular cylinder burner, so that there is a region with low pressure in the vicinity of the fuel nozzle exit. As a result, a reverse flow is formed in the central portion of the burner near the center of the circular cylinder burner and the exhaust gas is discharged to the outside region of the circular cylinder burner. The combustion reaction occurs on the right side of the burner and the temperature and NOx distribution are relatively higher than those on the left side of the burner. It was found that the average NOx production decreased from an air flow ratio of 1.0 to 1.5. When the air flow ratio is 1.8, the NOx production increases abruptly. It is considered that the NOx production reaction increases exponentially with temperature when the air ratio is more than 1.5 and the NOx production reaction rate increases rapidly on the right-hand side of the burner.
Dong-Kyun Ko;Suk-Young Jeong;In-Seob Kim;Gye-Won An;Youn-Woo Nam
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.5
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pp.497-504
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2023
In this study, Selective catalytic reduction (SCR) + Diesel particulate filter (DPF) system was installed on a ship with a low-speed engine to conduct the on-board test. The target ship (2,881 gross tons, rated power 1,470 kW@240 rpm ×1) is a general cargo ship sailing in the coastal area. Drawing development, approvals and temporary survey of the ship were performed for the installation of the after-treatment system. For performance evaluation, the gaseous emission analyzer was used according to the NOx technical code and ISO-8178 method of measurement. The particulate matter analyzer used a smoke meter to measure black carbon, as discussed by the International Maritime Organization (IMO). Tests were conducted using MGO (0.043%) and LSFO (0.42%) fuels according to the sulfur content. The test conditions were selected by considering the engine rpm (130, 160 and 180). Gaseous emission and particulate matter (smoke) were measured according to the test conditions to confirm the reduction efficiency of the after treatment system. The results of NOx emission and particulate matter (smoke) revealed that reduction efficiency was more than 90%. The exhaust pressure met the allowable back pressure (less than 50 mbar). This study confirms the importance of the on-board test and the potential of SCR + DPF systems as a response technology for reducing nitrogen oxides and particulate matter.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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