Multi-hole type oxygen combustion burner was developed for industrial gasification and smelting furnace. We investigated characteristics of flame, radiation transfer, and soot emission in the convectional oxygen burner with respect to the feeding condition of fuel and oxygen. Regarding the results of the conventional burner, we designed new burners which have larger fuel consumption rate and radiation heat transfer. We changed the size and hole number and shape of the exit plane of the burner. In addition, the performance of the burner was tested with respect to the feeding condition of the fuel and air: Normal Diffusion flame(NDF) and Inverse Diffusion Flame(IDF). We investigated the flame configuration, radiation heat transfer, and soot formation by using a CCD camera, heat flux meter, and Laser Induced Incadescence(LII), respectively. The stable operating condition was obtained by the flame configuration and the flame of the burner which has dented exit plane was more stable in whole operating conditions. The characteristics of radiative heat transfer were sensitive to the feeding condition of reactants and the flame of 75% primary oxygen and 25% secondary oxygen of the IDF case shows maximum radiation heat transfer. The soot volume fraction of the flame was measured in the axial direction of the flame and the amount of soot volume fraction is proportion to the radiation heat transfer. As a result, we can get the optimal operating condition of the newly designed burner which enhances the characteristics of flame stabilization and radiation heat transfer.
Kim, Munheon;Yoo, Hoseon;Oh, Byungjin;Park, Jungseo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.23
no.5
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pp.593-602
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1999
This paper presents combustion characteristics of LPG-air mixture ignited by the plasma jet in a cylindrical vessel with constant volume, in which our focus is placed on the multi-hole plug configuration. Four types of the plug configuration depending on the number of orifice and the arranged angle are considered, along with two cases of conventional spark ignition for comparison. Not only the flame propagation is photographed at intervals, but the pressure in the combustion chamber is also recorded through the entire combustion process. The results show that the plasma jet ignition enhances the overall combustion rate remarkably in comparison to the spark ignition by generating irregular flame front and penetrating through the unburned mixture. The combustion enhancement rate agrees favorably with the available data, which supports the validity of our experiment. Synthetically estimating, the two-hole sixty-degree plug appears to be the most desirable, in that the maximum pressure as well as the combustion duration is less affected by the sub-energy level than the others. It is also deduced that there may exist an optimal plug configuration capable of rapid combustion for a specific combustion chamber.
The NOx production and combustion characteristics are experimentally compared with an offset with counter-orifice configuration. The offset-opposed impinging flame creates stronger vortex around the stagnation point than the opposed flame. The thermal and mass mixtures be improved and the delay of turbulence dissipation be occurred by the strong vortex. In result, the turbulent flame structure transferred from the wrinkled flame and the corrugated flame to the distributed reaction flame. It was found that the offset-opposed impinging flame decreased more NOx and improved the combustion efficiency than the opposed flame. The principal objective of this study is to develop the low NOx combustor by distributed reaction flame.
The oxygen fuel MILD (Moderate or Intense Low-oxygen Dilution) combustion has been considered as one of the promising combustion technology for flame stability, high thermal efficiency, low emissions and improved productivity. In this paper, the effect of oxygen and fuel injection condition on formation of MILD combustion was analyzed using lab scale oxygen fuel MILD combustion furnace. The results show that the flame mode was changed from a diffusion flame mode to a split flame mode via a MILD combustion flame mode with increasing the oxygen flow rate. A high degree of temperature uniformity was achieved using optimized combination of fuel and oxygen injection configuration without the need for external oxygen preheating. In particular, the MILD combustion flame was found to be very stable and constant flame temperature region at 7 KW heating rate and oxygen flow rate 75-80 l/min.
Syngas laminar flame speed measurements were carried out at atmospheric pressure and ambient temperature using the Bunsen flame configuration with nozzle burner as a fundamental study on flame stability of syngas. Representative syngas mixture compositions ($H_2:CO$) such as 25:75%, 50:50% and 70:25% and equivalence ratios from 0.5 to 1.4 were investigated. The measured laminar flame speeds were in good agreement with the previous numerical data as well as experimental data available in the literatures over a wide range of equivalence ratio tested. It was reconfirmed that the laminar flame speed gradually increased with the increase in $H_2$ content in a fuel mixture. In particular, the significant increasing rate of flame speed was observed with the increase in equivalence ratio.
For the better understanding of the stability of turbulent combustion, more researches on extinction and re-ignition are needed. Flame interactions in non-premixed flame have also not been greatly researched. We made a hybrid twin jet flame, the combinations of diffusion flame and partially-premixed diffusion flame, in a twin jet counterflow configuration. The extinction limits of a crossed twin jet counterflow have been extended in comparison with those of a one-dimensional counterflow because of flame interactions through heat transfer and joint ownership of various radicals. Besides, we have obtain ignition $Damk\"{o}hler$ number by experimental method without external ignition source using the extinction characteristic in a crossed twin jet counterflow flame. From results, we can identify the hysteresis between extinction and ignition $Damk\"{o}hler$ number in S-curve.
Experimental and numerical studies were conducted to investigate flame behaviors near flammable limits for downstream-interacting SNG-air premixed flames in a counter-flow configuration. The SNG fuel consisted of a methane, a propane, and a hydrogen with volumetric ratios of 91, 6, and 3%, respectively. The most appropriate priority for some reliable reaction mechanisms examined was given to the mechanism of UC San diego via comparison of lean extinction limits attained numerically with experimental ones. Flame stability map was presented with a functional dependencies of lower and upper methane concentrations in terms of global strain rate. The results show that, at the global strain rate of $30s^{-1}$, lean extinction boundary is slanted while rich extinction one is relatively less inclined because of the dependency of such extinction boundary shapes on deficient reactant Lewis number governed by methane mainly. Further increase of global strain rate forces both extinction boundaries to be more slanted and to be shrunk, resulting in an island of extinction boundary and subsequently one flame extinction limit. Extinction mechanisms for lean and rich, symmetric and asymmetric extinction boundary were identified and discussed via heat losses and chemical interaction.
The Numerical simulation was performed on the flow field around the two-dimensional rectangular bluff body in order to complement the previous experimental results of the bluff body stabilized flames [1]. For both fuel ejection configurations against an oxidizer stream, the flame stability was affected mainly by vortex structure and mixing field near bluff body. FDS(Fire Dynamic Simulator) based on the LES(Large Eddy Simulation) was employed to clarify the isothermal mixing characteristic and wake flow pattern around bluff body. The air used atmosphere and the fuel used methane. The result of counter flow configuration shows that the flow field depends on air velocity but the mixing field is influenced on the fuel velocity. At low fuel velocity the fuel mole fraction is below the flammable limit and hence the mixing is insufficient to react. Therefore, as the result, the flame formed at low fuel velocity is characterized by non-premixed flames. For the flow field of co-flow configuration, flame stability was affected by fuel velocity as well as air velocity. the vortex generated by fuel stream has counter rotating direction against the air stream. Therefore, the momentum ratio between air and fuel stream was important to decide the flame blow out limit, which is result in the characteristic of the partially premixed reacting wake near extinction.
The flammability limit and the flame instability of nitrogen-diluted LPG fuel was experimentally studied on a co-flow flame configuration. The combustion reaction of nitrogen-diluted hydrocarbon with air could be interpreted as the equivalent reaction of pure fuel with nitrogen-diluted air. Nitrogen-diluted LPG with nitrogen up to 90 % of nitrogen mole fraction in fuel, which is close to the flammability limit, could form a co-flow flame. Various parameters such as laminar or turbulent flame, the existence of diffusion flame with pure fuel, air temperature could affect the limit of flame formation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.25
no.4
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pp.461-466
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2001
The characteristics of nonpremixed interacting flames are investigated in the parameter of nozzle configuration and nozzle separation distane, s. Three nozzle arrangements - diamond 4 nozzle, linear 5 nozzle and cross 5 nozzle- are used. When s is about 10 nozzle diameter, flames lift from the nozzle at the highest fuel flowrate compared with the other s cases. Normally flames are extinguished at the lifted states. Flowrates when blowout occurs are affected by the nozzle configuration, nozzle seperation distance. Blowout flowrates for the diamond- or cross-shaped nozzle cases are parabolic function of s. For 5 cross nozzle case, flames extinguished at 3.3 times higher flowrate than that of single equivalent area nozzle. Turbulent liftoff heights are not function of flowrates for these cases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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