본 연구에서는 13A 가스기기의 새 가스호환성 판정법을 개발하고자 하였다. 호환성 판정법 개발의 원칙은 세 가지로서, 1) 웨버지수 외에 가스조성 영향을 대표할 수 있는 인자의 도출, 2) 우리나라 가정과 업소에 보급된 모든 종류의 제작사별 가스기기(예혼합 가스기기 포함) 시험, 3) 가능한 한 간단한 판정법 개발이다. 이러한 원칙하에 30대의 대표성 있는 가스기기에 대하여 가스호환성 실험을 하였고 그 결과 웨버지수-비중 형식의 간단한 2차원 판정법(도표)을 개발하였다. 본 호환성 판정법은, 기존 호환성 판정법과 달리 화염안정 영역이 좁은 예혼합 가스기기를 포함하며, 이로 인해 기존 호환성 판정법보다 가스호환성 영역이 좁은 것으로 나타났다.
In order to study the gas interchangeability, a series of tests and analysis were conducted regarding to natural gas and gas mixture. Natural gas was selected as a reference and NG-LPG/Air mixture as a substitute gas. The major interest was placed on the determination of interchangeability limits for different mixing conditions. The parameters of Wobbe Index and Combustion Potential were employed in estimating the gas interchangeability, The limits obtained by analysis(AGA, WEAVER, KNOY, GILB) were compared with experimental results. The results estimated showed that the mixing limits of LPG/Air in proper conditions were found to vary with analysis and AGA is considered to be the most appropriate one.
In this study, an investigation into the gas interchangeability and combustion characteristics of natural gas with various compositions was performed. In order to suggest the appropriateness of gas interchangeability using the specific gravity(SG) and the Wobbe index(WI) values, combustion characteristics, which include incomplete combustion and flame lifting, were measured and observed for the upper and lower limits using the gas-oven as a domestic partial-premixed type appliance and the condensing boiler as a domestic premixed type appliance.
In this study, the difference of flame stability zone for natural gases from producing districts was studied experimentally using a new type of flame stability diagram. The similarity of stable flame zone between a domestic appliance and an interchangeability test(IT) burner is also examined. As a result, the stable flame zones expressed by limits curves of flame lifting and yellow tipping show the similar results in a domestic gas range and IT burner. Furthermore, IT burner can reproduce the flash back phenomena and show the distinct difference of fuel type as the burner diameter is increased. To suggest the new type of flame stability diagram in the respect of fuel interchangeability, the air flowrate and Wobbe fuel flowrate were adopted as axis coordinates. It can be identified that the new diagram can provide the useful information on the difference of flame stability zone, heat input rate and air-fuel ratio when a fuel is altered to other fuels under the identical operating conditions. Finally, the stable flame zones for natural gas of 6 type are compared, and the detailed information to use as the interchangeability fuels of standard natural gas is provided using the new type of flame stability diagram.
The diversification of import districts of natural gas is trying to prepare an increase in the demand and price. The interchangeability of natural gases should be examined prior to supply to gas appliances, although compositional differences among natural gases are not large. The object of this study is to investigate numerically the thermodynamic and transport properties as well as information on combustion of 6 natural gases. Comparing the properties of BOG1 with those of standard gas, the maximum differences of heating value, Wobbe index, air-fuel ratio, and specific heat are 10%, 4%, 10% and 5.54%, respectively. That is, the BOG1 is required careful application. However, all gases except for BOG1 show the similar properties with standard gas. Finally, the combustion information such as flame temperature and burning velocity are examined. These results will provide the useful information related to the interchangeability of various natural gases in practical combustion appliances.
A flame stability diagram in a partially premixed flame is typically expressed using the axis coordinates of heat input rate and equivalence ratio. These diagrams are inadequate for identifying changes in combustion conditions and flame stability when a reference fuel is substituted with other fuels under identical operating conditions. This study proposes a new type of diagram and validates it experimentally. In this new diagram, the axis coordinates are air flow rate and Wobbe fuel flow rate, defined as the fuel flow rate multiplied by the square root of the relative density. The diagram was validated in trials using various fuels, including $CH_4$, $C_{3}H_{8}$, and LFG-$C_{3}H_{8}$ mixed fuels, in a domestic gas-range and an gas interchangeability test burner. The results of these trials show that the new diagram can provide information useful for assessing gas interchangeability of combustion conditions and flame stability when one fuel is substituted with another under identical operating conditions.
본 연구는 등가가스를 이용하여 다양한 조성의 천연가스에 대한 부분예혼합 가스기기의 호환성 판정법을 실험을 통하여 검토 제시하였다. 본 판정법을 위해, 가정용 가스레인지를 이용 등가가스와 천연가스의 화염을 비교 하였으며, 화염의 부상 및 불완전연소에 대해 측정을 하여 KS 규격과 비교하였다. 그 결과, 등가가스와 천연가스의 화염은 화염길이, 화염색, 화염모양 등의 차이가 거의 없었다. 또한 화염의 부상 발생은 웨버지수 51 MJ/$m^3$ 이상에서 안정함을 보였으며, 불완전 연소지수의 경우, 웨버지수 56.3 MJ/$m^3$에서 CO 농도가 95~100 ppm 정도를 보여주었다. 결과적으로 천연가스에 대한 화염의 부상과 불완전연소에 대해 호환 범위를 웨버지수 51~56.3 MJ/$m^3$로 제안하였으며, 이 범위 내의 천연가스는 국내 가정용 부분예혼합 가스기기에 대해 호환 가능하다는 의미이다.
산지마다 상이한 성분을 갖는 천연가스의 가스호환성 및 연소특성을 판정하기 위해서는 많은 시간과 비용이 소비되고 그 범위도 넓어 어려움이 있어, 천연가스를 모사하는 등가가스를 대체하여 사용하는 방법이 사용되고 있다. 등가가스는 천연가스와 발열량, 압축계수, 상대밀도, CO 배출농도 및 연소속도에 차이가 거의 없다고 알려져 있지만, 실제 가스기기에 대한 화염형상, NOx 배출농도 및 효율에 대한 연구는 아직 보고되고 있지 않다. 본 연구에서는 천연가스를 모사하는 등가가스를 대상으로 기존에 보고된 CO 배출농도, 연소속도 및 화염온도 등을 재확인하고, 화염형상, NOx 배출농도 및 효율에 대해서 수치해석 및 실험을 통해 비교 검토함으로써 등가가스의 유효성을 검토하였다. 그 결과 천연가스와 등가가스의 차이는 미세하였으며, 등가가스를 이용하여 천연가스의 연소특성 및 호환성 범위를 검토하는데 문제가 없을 것으로 판단되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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