Oxygen-enriched non-premixed flame characteristics was investigated numerically with variation of dilution methods, which are Flue gas recirculation(FGR) and fuel injection recirculation(FIR). In order to compare flamelets in various oxygen-enrichment conditions reasonably, the adiabatic flame temperature and Damkoller number was held fixed by modulating amount of diluents to fuel and oxidizer stream and by varying global strain rate of flame respectively. Also modified GRI 3.0 reaction mechanism was utilized, which was able to predict oxygen-enriched methane flame correctly. Fundamental flame characteristics such as structure, heat release rate and extinction with FGR and FIR were compared in various oxygen enrichment conditions.
In order to enhance combustion efficiency, oxygen-enriched combustion is used by increasing the oxygen ratio in the oxidizer. However, since the flame temperature increases, NOx formation in the furnace seriously increases for low oxygen enrichment ratio. In this case, reburning is a useful technology for reducing nitric oxide. In this research, experimental studies have been conducted to evaluate the hybrid effects of reburning/selective non-catalytic reaction (SNCR) and reburning/air staging on NOx formation and also to examine heat transfer characteristics in various oxygen-enriched LPG flames. Experiments were performed in flames stabilized by a co-flow swirl burner, which were mounted at the bottom of the furnace. Tests were conducted using LPG gas as main fuel and also as reburn fuel. The paper reported data on flue gas emissions, temperature distribution in furnace and various heat fluxes at the wall for a wide range of experimental conditions. Overall temperature in the furnace, heat fluxes to the wall and NOx generation were observed to increase by low level oxygen-enriched combustion, but due to its hybrid effects of reburning, SNCR and Air staging, NOx concentration in the exhaust have decreased considerably.
The liquid phase oxidation of p-xylene has been carried out with oxygen-enriched gas, and the manganese component was precipitated probably via over-oxidation to $Mn^{4+}$. The precipitation increased with rising oxygen concentration in the reaction gas and occurred mainly in the later part of the oxidation. The activity of the reaction decreased, and the blackening of the product and side reactions to carbon dioxide increased with the degree of precipitation. Precipitation can be decreased with the addition of metal ions, such as cerium, chromium and iron.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.5
s.236
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pp.617-624
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2005
An analysis of the effects of $CO_{2}$ on fundamental combustion characteristics was performed in Oxygen enriched condition by comparing the laminar burning velocities, flame structures, fuel oxidation paths. Fictitious $CO_{2}$ was introduced to discriminate the chemical reaction effects of $CO_{2}$ from the thermal effects. PREMIX code was utilized to evaluate the laminar burning velocities. OPPDIF code was utilized to investigate the flame structure and fuel oxidation path variation. The contributions of thermal effects on laminar burning velocities are dominant at lowly oxygen-enriched condition but those of chemical reaction effects become dominant at highly oxygen-enriched condition. Chemical reaction effects caused the additional flame temperature decrease besides thermal effects and oxygen-leakage increase in non-premixed flame. Specific fuel oxidation path and CO production path is enhanced in spite of overall decrement of fuel consumption rate by chemical reaction effects of$CO_{2}$.
Numerical study is conducted to grasp the flame structure and NO emissions for a wide range of oxy-fuel combustion (covering from air blown combustion to pure oxygen combustion) and for various mole fractions of recirculated $CO_2$ in $CH4-O_2/N_2/CO_2$ counterflow diffusion flames. Special concern is given to the difference of the flame structure and NO emissions between air blown combustion and oxy-fuel combustion w/o recirculated $CO_2$ and is also focused on chemical effects of recirculated $CO_2$. Air blown combustion and oxy-fuel combustion w/o recirculated $CO_2$ are shown to be considerably different in the flame structure and NO emissions. Modified fuel oxidation reaction pathways in oxygen-enriched combustion are provided in detail compared to those in air blown combustion w/o recirculated $CO_2$. The formation and destruction of NO through Fenimore and thermal mechanisms are also compared for air blown combustion and oxyegn-enriched combustion w/o recirculated $CO_2$, and the role of the recirculated $CO_2$ and its chemical effects are discussed. Importantly contributing reaction steps to the formation and destruction of NO are also estimated in oxygen-enriched combustion in comparison to air blown combustion.
Kim, Han-Seok;Kim, Ho-Keun;Ahn, Kook-Young;Kim, Yong-Mo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.1
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pp.9-15
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2004
$CO_2$ is a well-known green house gas as well as the major source of global warming. Many researchers have studied to reduce $CO_2$ emission in combustion processes. Among the method for reducing $CO_2$ emission, oxygen-enriched combustion has been proposed. Because its adiabatic flame temperature is relatively too high, existing facilities must be changed or the flame temperature in the combustion zone should be reduced. The combustion characteristics, composition in the flame zone, temperature profile and emission gases were investigated experimentally for the various oxygen-enriched ratios(OER) by the addition of $CO_2$, under constant $O_2$ flow rate. Results showed that the reaction zone was quenched and broadened as the addition of $CO_2$ was increased. The emission of NOx in flue gas was decreased as decreasing temperature in reaction zone. It was also shown that the reaction was delayed by the cooling effect. As the addition of $CO_2$ was increased, the composition of CO in the flame zone was increased due to the increase of reaction rate by increasing mixing effect of oxidant/fuel at OER=0%, but the composition of CO was decreased by quenching effect at OER=50% and 100%.
Kim, Ho-Keun;Kim, Han-Seok;Ahn, Kook-Young;Kim, Yong-Mo
Proceedings of the KSME Conference
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2003.04a
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pp.1389-1394
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2003
$CO_2$ is a well-known green house gas, which is the major source of global warming. Many researchers have studied to reduce $CO_2$ emission in combustion processes. Among the method for reducing $CO_2$ emission, oxygen-enriched combustion has been proposed. But the adiabatic flame temperature is too high. So existing facilities must be changed, or the adiabatic flame temperature in the combustion zone should be reduced. The combustion characteristics, composition in the flame zone, temperature profile and emission gases were studied experimentally for the various oxygen-enriched mtios(OER) by addition of $CO_2$ under coustant $O_2$ flowrate. Results showed that the reaction zone was quenched, broadened, as addition of $CO_2$ was increased. Temperature has a large effect on the NOx emission. The emission of NOx in flue gas decreased due to the decreased temperature of reaction zone. It was also shown that the reaction was delayed by the cooling effect. As the addition of $CO_2$ was increased, the composition of CO in the flame zone increased due to the increase of reaction rate by increasing mixing effect of oxidant/fuel at OER=0, but the composition of CO decreased by quenching effect at OER=50 and 100%.
Oxygen has been used extensively in various industries for many years. Despite earlier successful attempts to use oxygen in industrial combustion furnaces, its full theoretical researches have only recently begun to be realized. The aim of this study is to investigate the effect of oxygen enriched combustion. This paper analyzes the characteristics of oxygen enriched combustion, and deals with the experimental investigation of the flame temperature and NOx concentration in exhaust gas. The flame temperature, concentration of exhaust gas were measured and flame configurations were photographed according to the variation of oxygen concentrations in oxidizer.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.2
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pp.160-166
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2004
Combustion using oxygen enriched air is known as a technology which can increase flame stability as well as thermal efficiency due to improving the burning rate. Lift-off, blowout limit and flame length were examined as a function of jet velocity, coflow velocity and OEC(Oxygen Enriched Concentration). Blowout limit of the flame below OEC 25% decreased with increase of coflow velocity, but the limit above OEC 25% increased inversely. Lift-off height decreased with increase of OEC. In particular, lift-off hardly occurred in the condition above OEC 40%. Flame length of the flames above OEC 40% was increased until the blowout occurred. Great flame stability was obtained since lift-off and blowout limit significantly increased with increase of OEC.
Combustion using oxygen enriched air is known as a technology which can increase flame stability as well as thermal efficiency due to improvement of the burning rate. Lift-off, blowout limit and flame length were examined as a function of jet velocity, coflow velocity and OEC(Oxygen Enriched Concentration). Blowout limit of the flame below OEC 25% decreased with coflow velocity, but the limit above OEC 25% increased inversely. Lift-off height decreased with increase of OEC. Especially lift-off hardly occurred in the condition above OEC 40%. Flame length of the flames above OEC 40% was increased until the blowout occurred. Flame stability became improved since lift-off and blowout limit increased much with increase of OEC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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