A new soot particle generation system has been developed and tested. The soot generation system consists of two sections, a fuel supply and a soot production. In the fuel supply module, either liquid fuel precisely controlled by a syringe pump is mixed with preheated carrier gas and rapidly evaporated or gaseous fuel controlled by a MFC is diluted with dilution gas. The soot production module contains a heater that can raise the gas/fuel temperature up to $1400^{\circ}C$. The physical and chemical properties of produced soot particles depend on the type and concentration of fuel, the residence time, and temperature in the soot production section. The soot generation system will be utilized to produce well-defined soot particles for soot studies such as the evaluation of experimental sampling and analysis processes for the quantitative assessment of PM and BC from ships and the adverse health effects on pulmonary and cardiovascular systems of human body.
The main purpose of this study is to provide basic information of droplet soot generation of decane fuel. To achieve this, this paper presents the experimental results on the decane droplet combustion conducted under various ambient pressure($P_{amb}$), and oxygen concentration($O_2$) conditions. At the same time, the experimental study was conducted in terms of soot volume fraction($f_v$) and its maximum value. Also, visualization of single fuel droplet was conducted by high resolution CCD camera and ambient pressure($P_{amb}$) and oxygen concentration($O_2$) was changed by control system. It was revealed that higher ambient pressure($P_{amb}$), and oxygen concentration($O_2$) enhanced the soot generation and improved the maximum soot volume fraction( $f_v$).
Soot generation by combustion process has been investigated with objective of understanding of chemical reaction responsible for its formation in a coaxial laminar propane jet diffusion flame. For the direct photos, as the coflowing air flow rate is reduced, the area of soot luminous zone increases at first, then becomes smaller and smaller, and even disappears. The aspects of soot deposition can be acquired by using nine $15{\mu}m$ thin SiC fibers are positioned horizontally across the flame. Deposited soots on SiC fibers show the soot inception point and growth and soot oxidation zone in a typical propane diffusion. Soot is not generated anymore in a oxidizer deficient conditions of near-extinction and flame is fully occupied by transparent blue flame. It suggests that nonsooting pyroligneous blue reaction is being dominant in a oxidizer deficient ambience. In comparison with luminosities of SiC fibers and flame itself, indirect evidence is found that the process of soot nucleation and growth is endothermic reaction. It is remarkable that there exists two adjacent regions to have antithesis characteristics; one is exothermic reaction of blue flame and another endothermic reaction zone of soot formation.
The main purpose of this study is to provide the information of soot generation of toluene fuel droplet. To achieve this, this paper provides the experimental results on the different initial diameter of toluene droplet combustion characteristics conducted under equivalent ambient pressure ($P_{amb}$) and oxygen concentration ($O_2$) conditions. Visualization of single fuel droplet was performed with high resolution CCD camera and visualization system. At the same time, ambient pressure ($P_{amb}$) and oxygen concentration ($O_2$) were maintained by ambient condition control system. Soot volume fraction ($f_v$) was analyzed and compared on the basis of intensity ratio ($I/I_0$) of background image. The result of soot generation was almost the same regardless of initial droplet diameter since thermophoretic flux is not much changed under the same ambient conditions. Soot standoff ratio (SSR) of 2 mm diameter showed unstable variation characteristics due to the short available measuring time.
The effect of non-thermal plasma on diffusion flames in co-flow jets has been studied experimentally by adopting a dielectric barrier discharge technique. The generation of streamers was enhanced with a flame due to increased reduced electric fields by high temperature burnt gas and the abundance of ions in the flame region. The effect of streamers on flame behavior reveals that the flame length was significantly decreased as the applied voltage increased and the yellow luminosity by the radiation of soot particles was also significantly reduced. The formation of PAH and soot was influenced appreciably by the non-thermal plasma, while the flame temperature and the concentration of major species were not influence much with the plasma generation. The results demonstrated that the application of non-thermal plasma can be a viable technique in controlling soot generation in flames with low power consumption in the order of 1 W.
Soot and harmful exhaust gas produced by liquid hydrocarbon fuel caused various environmental problems. In this study, soot characteristics produced by thermal decomposition of acetylene and diesel were analyzed, which are formed at different temperatures. These fuels were observed to produce particulate matters, and collected soot samples were observed by using TEM & SEM. These were found to be significantly different in structure and crystallinity.
The soot formation characteristics of various alkane-based single fuel droplets were studied in this work. Also, This study was performed to provide the database of the soot behavior and formation of alkane-based single fuel droplet. The experimental conditions were set to 1.0 atm of ambient pressure ($P_{amb}$), 21% of oxygen concentration ($O_2$) and 79% of nitrogen concentration ($N_2$). Combustion and soot formation of single fuel droplet was visualized by visualization system with high speed camera. At the same time, ambient pressure, oxygen concentration and nitrogen concentration were maintained by ambient condition control system. Soot formation characteristics was analyzed and compared on the basis of intensity ratio ($I/I_0$) of background image. The results of toluene fuel droplet showed the largest soot generation. Soot volume fraction ($f_v$) was almost the same under the identical fuel types regardless of various initial droplet diameter ($d_0$) since thermophoretic flux was not much changed under the same ambient conditions.
본 연구에서는 동층류 축대칭 확산화염에서 이전까지의 화염해석 방법들을 면 밀히 고찰하여 층류 확산화염 방식의 연소문제를 해결하는데 있어서 접근이 용이하고 타당성을 가지는 화염해석 방법을 찾아내는데 있으며 매연 입자에 관한 생성및 산화모 델을 총체적으로 연결하여 실험결과와의 비교를 통해 적절한 모델인수를 결정하며 복 사효과와 열영동효과를 고려하여 화염해석과 화염내의 매연입자의 분포를 예측하는데 있다.
영흥 화력발전소 1호기 보일러에서 발생된 미연분은 석탄 회의 재활용 및 보일러 효율 측면에서 문제를 일으키고 있었다. 본 연구에서는 미연분 및 사용 석탄의 특성과 현장의 연소조건 분석을 수행하고 보일러 운전조건을 변경하므로서 보일러에서 발생되는 미연분을 저감하고자 하였다. 미연분의 물리, 화학적 분석 결과 대부분 중공(中空)형태의 Cenosphere와 뭉쳐진(Agglomerated) 형태의 Soot로 이루어져 있었다. 영흥 화력발전소에서 사용중인 6개 탄종에 대하여 Tar 및 Soot의 발생 가능량을 CPD(Chemical Percolation Devolatilization) 모델을 이용하여 조사한 결과, Sanseo, Ensham, Elk Valley 탄의 경우 그 발생 가능량이 비교적 적었으며 Peabody, Arthur, Shenhua 탄은 높았다. 영흥 화력발전소 1호기 보일러의 각 미분탄 공급관에서의 미분탄 공급량을 측정하였는데 코너 별로 공급되는 몇몇 버너에서 미분탄이 편중되어 공급되고 있음을 알 수 있었다. 이에 따라 soot가 주성분인 미연분의 산화율을 증가시키기 위하여 과잉공기량을 증가시키고 산화제와의 혼합정도를 높이기 위하여 SOFA(Separated Over Fire Air)의 yaw 각도를 적절히 조절함으로서 미연분의 발생량을 현저히 감소시킬 수 있었다.
The characteristics of combustion and radiation heat transfer of an oxygen-enhanced diffusion flame was experimentally analyzed. An infrared radiation heat flux gauge was used to measure the thermal radiation of various types of flames with fuel, air and pure oxygen. And the Laser Induced Incandescence (LII) technique was applied to characterize the soot concentrations which mainly contribute to the continuum radiation from flame. The results show that an oxygen-enhanced inverse diffusion flame is very effective in increasing the thermal radiation compared to normal oxygen diffusion flame. This seems to be caused by overlapped heat release rate of double flame sheets formed in inverse flame and generation of higher intermediate soot in fuel rich zone of oxygen-fuel interface, which is desirable to increase continuum radiation. And the oxygen/methane reaction at slight fuel rich condition (ø=2) in oxygen-enhanced inverse flame was found to be more effective to generate the soot with moderate oxygen availability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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