The objective of this research is to determine generally applicable design principles for the development of internally staged combustion devices. Utilizing a triple annulus combustor, air staged commercial propane flame configuration are studied. For this triple air staged combustor, the angular momentum weighted by it's swirl number and air distribution ratio was observed to be the critical criteria. An internal recirculation zone which develops on the centerline of the flame immediately downstream of the burner entraps the fuel into a fuel rich eddy. Then sufficient heat must he transferred from the flame via radiation to the chamber heat transfer surfaces, such that when the second air is introduced, peak flame temperatures are suppressed. It is experimentally found out that the total NOx emission level in this type of burner is lower than 0.75g/kg.
High efficient and environment friendly combustion technologies are used to be operated an extreme condition, which results in unintended flame instability such as extinction and oscillation. The use of electromagnetic energy is one of methods to enhance the combustion stability and a microwave as electromagnetic wave is receiving increased attention recently because of its high performance and low-cost system. In this study, an experiment was performed with jet diffusion flames induced by microwave. Micro jet was introduced to simulate the high velocity of industrial combustor. The results show that micro jet flames had three different modes with increasing oxidizer velocity; attached yellow flame, lifted flame, and lifted partially premixed flame. As a microwave was induced to flames, the overall flame stability and blowout limit were extended with the higher microwave power. Especially the interaction between a flame and a microwave was shown clearly in the partially premixed flame, in which the lift-off height decreased and NOx emission measured in post flame region increased with increasing microwave power. It might be attributed to increase of reactivity due to the abundance of radical pool and the enhanced absorption to thermal energy.
Kim, Tai-Hyeung;Kim, Sung-Chul;Ahn, Kook-Young;Hong, Sung-Sun
한국연소학회:학술대회논문집
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2000.05a
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pp.26-34
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2000
Geometry change of burner nozzle has influence on fuel atomizing and combustion characteristics. NOx reduction technologies can be divided into two method; Before combustion method(NOx treatment of fuel) and After combustion method(NOx treatment of flue gas). In this study, experiments are carried out using difference nozzle and combustion condition change to reduce NOx in heavy oil fired thermal utility boiler. These methods have advantage like easy application and low installation cost. By this method NOx can be reduced by 18% and maintain CO emission level.
Theoretical analysis was conducted on the combustion and the NOx formation characteristics of the coal-derived synthetic gases with medium-BTU heating value. The synthetic gas was assumed to contain the major species of CO, $H_2,\;CO_2$, and $N_2$ and the minor species of $CH_4$ and $NH_3$. Through thermochemical analysis on the combustion of the synthetic gas, the flame temperature, major and minor species of exhaust gas, and thermal and fuel NOx emissions were computed. In addition, the effects of the $CH_4$ and the $NH_3$ components in syngas fuel on combustion and NOx emission were investigated. Based on the computed results on the synthetic gases, basic direction and guidelines were provided fur the low NOx design of gas turbine combustor.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.22
no.6
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pp.120-127
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2014
Robustness and controllability are the key factors in internal combustion engine commercialization. This study focuses on the combustion strategy to commercialize the low temperature diesel combustion technology. Various LTC combustion methods such as PPCI, MK and highly diluted mixing controlled LTC were conducted on 6.0L heavy duty diesel engine. To find the best feasible LTC strategy, emission level, fuel consumption and combustion safety during the combustion mode change were considered. Experiments were carried out under various engine operating conditions; engine speed & load, EGR level, injection timing. Finally, this study suggests realizable LTC combustion strategy; moderate EGR level and slight early injection are possible to considerably lower PM, NOx emission and expand LTC operating range up to 50% load without CO and HC emission.
An experimental study on geometric optimization was conducted to develop a hybrid/dual swirl jet combustor for a micro-gas turbine. A hybrid concept indicating a combination of swirling jet partially premixed and premixed flames were adopted to achieve high flame stability as well as clean combustion. Location of pilot nozzle, angle and direction of swirl vane were varied as main parameters with a constant fuel flow rate for each nozzle. The results showed that the variation in location of pilot nozzle resulted in significant change in swirl intensity due to the change in flow area near burner exit, and thus, optimized nozzle location was determined on the basis of CO and NOx emissions under conditions of co-swirl flow and swirl $angle=30^{\circ}$. The increase in swirl angle (from $30^{\circ}$ to $45^{\circ}$) enhanced the emission performances, in particular, with a significant reduction of CO emission near lean-flammability limit. It was observed that the CO emission near lean-flammability limit was further reduced through the counter-swirl flow. However, there was not significant change in the NOx emission in the operating conditions (i.e. equivalence ratio of 0.6~0.7) between the co- and the counter-swirl flow.
Jeongjae, Hwang;Won June, Lee;Min Kuk, Kim;Han Seok, Kim
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.26
no.6
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pp.37-44
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2022
In this study, two low-swirl nozzles with the same SN (Swirl Number) but different mass ratio (m) of the core part and the swirler part were designed to perform an atmospheric pressure combustion test. For each nozzle, a combustion test was conducted according to the adiabatic flame temperature, and the flame structure, emissions, and combustion instability mode were identified. Although the flame structure was significantly different, the CO emission was similar, and the NOx emission was also more related to combustion dynamics than the flame structure. Combustion dynamics and NOx emission were identified while adjusting the convection delay time by changing the position of the fuel injection nozzle. It was confirmed that when the convection delay time is in the region of (3+4n)/4T±1/4T (n=0,1,2,...), the combustion instability is strong, and in the opposite case, the combustion instability is very weak.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.5
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pp.12-19
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2000
The increasing use of vehicles is causing air-pollution problems. Diesel vehicles are preferred to gasoline vehicles, because the diesel vehicles are superior to gasoline vehicles in terms of fuel consumption, durability, power and efficiency. But the emission reduction technologies for diesel vehicle are not developed well like those for gasoline vehicles. Moreover, the NOx and smoke emitted from diesel vehicle are recognized as a main source of the air-pollution in the urban areas. The emission reduction devices have been installed for each of the emission gas components. Using plasma(i.e. electrical energy)only, the emission gas was found to be reduced. The present paper investigate the effects of a low temperature plasma device in engine performance as well as in emission reduction with the change of the applied voltage and the loading rate of the engine.
The combustion characteristics for the low NOx 50 kW-class gas turbine combustor have been experimentally investigated. In order to achieve the premixing and the lean burn combustion, the geometries of the primary zone including premixed chamber were modified from conventional combustor. The centerline profiles of CO and NO concentration, and temperature were measured for the premixed combustors with or without dilution holes in the liner. The effects of the pilot fuel injection rate and air dilution on flame stabilization and pollutant (CO, NO) emission are discussed in detail.
For gaseous fuel combustion with inherent $CO_2$ capture and low NOx emission, chemical-looping combustion(CLC) may yield great advantages of savings of energy to $CO_2$ separation and suppressing the effect on environment. In chemical-looping combustor, fuel is oxidized by metal oxide medium (oxygen carrier particle) in a reduction reactor. Reduced particles are transported to oxidation reactor and oxidized by air and recycled to reduction reactor. The fuel and the air are never mixed, and the gases from reduction reactor, $CO_2$ and $H_2O$, leave the system as separate stream. The $H_2O$ can be easily separated by condensation and pure $CO_2$ is obtained without any loss of energy for separation. The purpose of this study is to demonstrate inherent $CO_2$ separation and no NOx emission and to confirm high $CO_2$ selectivity, no side reaction (i.e., carbon deposition, hydrogen generation) by continuous reduction and oxidation experiment in a 50kWtb chemical-looping combustor. NiO/bentonite particle was used as a bed material and $CH_4$ and air were used as reacting gases for reduction and oxidation respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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