Lim, Gi Hun;Lee, Sung Won;Park, Cheol Woong;Choi, Young;Kim, Chang Gi
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.37
no.4
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pp.387-394
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2013
Hydrogen-compressed natural gas (HCNG) blend has attracted attention as a fuel that can reduce $CO_2$ emissions because it has low carbon content and burns efficiently. An increase in the compression ratio of HCNG engines was considered as one of the methods to improve their efficiency and reduce $CO_2$ emissions. However, a high combustion rate and flame temperature cause abnormal combustion such as pre-ignition or knocks, which in turn can cause damage to the engine components and decrease the engine power. In this study, the performance and knock characteristics with a change in the compression ratio of an HCNG engine were analyzed. The combustion characteristics of HCNG fuel were evaluated as a function of the excess air ratio using a conventional CNG engine. The effects of the compression ratio on the engine performance were evaluated through the same experimental procedures.
In this study, a new method of combustion characteristics have been proposed to reduce exhaust emissions in a diesel engine using four kinds of mixed fuel. Mixed fuels show four different torque ratios between diesel oil md natural gas, which are 4:0, 3:1, 2:2 and 1:3. In order to investigate the exhaust gas during combustion, exhaust gases are sampled by gas analyzer, for example NOx, Soot, CO, and HC, as the RPM changed. As a result, the NOx, CO, and HC concentrations of mixed fuel are higher than those of diesel oil only. However, the Soot concentration of mixed fuel is lower when diesel oil is burned.
Park, Cheolwoong;Kim, Changgi;Choi, Young;Lee, Janghee
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.17
no.1
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pp.1-6
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2013
Using natural gas-hydrogen blended fuel (HCNG) in a heavy duty vehicle is regarded as an alternative to meet reinforced emission regulation compared to a recent direct injection (DI) diesel engine. Hydrogen can lead stable lean combustion even under leaner mixture condition than natural gas, so that improving not only thermal efficiency but also $NO_x$ emissions. In the present study, the feasibility of HCNG engine's commercialization was accessed with HCNG fuel (30% $H_2$ and 70% natural gas) in aspect to the reliability and possibility to reduce $NO_x$ emissions by the level of EURO-VI under various operating conditions.
Park, Seung-Hyun;Park, Cheol-Woong;Lee, Sun-Youp;Kim, Chang-Gi
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.35
no.7
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pp.693-699
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2011
Internal combustion engines running on syngas, which can be obtained from biomass or organic wastes, are expected to be one of the suitable alternatives for power generation, because they are environment-friendly and do not contribute to the depletion of fossil fuels. However, syngas has variable compositions and a lower heating value than pure natural gas, owing to which the combustion conditions need to be adjusted in order to achieve stable combustion. In this study, a gas that has the same characteristics as syngas, such as low heating value (LHV), was produced by mixing $N_2$ with compressed natural gas (CNG). In addition, this study investigates the combustion characteristics of syngas when it is mixed with hydrogen in a ratio ranging from 10% to 30% with a constant LHV of total gas.
Park, Cheol-Woong;Kim, Chang-Gi;Choi, Young;Won, Sang-Yeon
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.14
no.4
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pp.12-17
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2010
Natural gas is one of the most promising alternatives to gasoline and diesel fuels because of its high thermal efficiency and lower harmful emissions, including $CO_2$. However, the possibility of partial burn and misfire makes the benefits of natural gas fueled engine worse under lean burn operation condition, Hydrogen addition can promote the combustion characteristics while reduces emissions extremely. In this study, the effect of hydrogen addition on an engine performance was investigated. The results showed that thermal efficiency was increased due to the expansion of lean operation range under stable operation. NOx emission can be significantly reduced with the small increase in HC or CO emissions.
Park, Cheol-Woong;Yi, Ui-Hyung;Kim, Chang-Gi;Lee, Janghee
Journal of the Korean Institute of Gas
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v.20
no.6
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pp.23-30
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2016
The conventional natural gas engine realized lean combustion for the improved efficiency. However, in order to cope with exhaust gas regulations enforced gradually, the interest has shifted at the stoichiometric mixture combustion system. The stoichiometric mixture combustion method has the advantage of a three-way catalyst utilization whose purification efficiency is high, but the problem of thermal durability and the fuel economy remains as a challenge. Hydrogen-natural gas blend fuel (HCNG) can increase the rate of exhaust gas recirculation (EGR) because the hydrogen increases burning speed and lean flammability limit. The increase in the EGR rate can have a positive impact on heat resistance of the engine due to the decreased combustion temperature, and further can increase the compression ratio for efficient combustion. In this study, to minimize the exhaust emission developed HCNG engine with stoichiometric combustion method, developed three-way catalyst was applied to evaluate the conversion characteristics. The tests were carried out during the steady state and transient operating conditions, and the results were compared for both the conventional and proto-three-way catalyst of HCNG engine for city buses.
Seo Yutaek;Seo Dong Joo;Jeong Jin Hyeok;Yoon Wang Lai
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2005.06a
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pp.231-234
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2005
수소 기반의 에너지 사회는 중소규모 분산 발전과 연료 전지 자동차에서 시작될 거라는 예측이 지배적이다. 가정용 고분자 연료전지 시스템은 상업화에 가장 가까운 소규모 분산 발전 시스템중의 하나이며, 에너지기술연구위원에서는 가정용 고분자 연료전지에 수소를 공급하기 위한 천연가스 수증기 개질시스템의 개발을 진행해 왔다. 효율 향상과 제작의 용이성, 그리고 소형화에 초점을 맞추어 개발된 prototype-I은 $2.0Nm^3/hr$의 순수 수소 생산 용량을 가지고 있으며, 수증기 개질기와 수성가스 전이 반응기 수중기 생성 장치, 그리고 반응열 공급에 필요한 버너 등을 이중 동심원관에 통합한 형태이다. 수중기 개질과 수성가스 전이 반응을 거쳐 나오는 개질 가스의 조성은 $72.3\%\;H_2,\;4.8\%\;CH_4,\;0.7\%\;CO,\;22.2\%\;CO_2$이며, 이때 S/C 비율은 2.5였다. 고분자 연료 전지 공급 시 요구되는 CO 농도가 10ppm 이하이기 때문에, 본 시스템에는 선택적 산화 반응기를 2단으로 설치하여 CO. 농도를 10ppm 이하로 낮추어주었다. 전체 시스템의 열효율은 LHV 기준으로 $68\%$. Prototype-I의 운전을 통해 설계 개선안을 도출하였으며, 이를 적용해 제작한 prototype-II가 시험 운전 중이다,. 통합된 개질 시스템에서는 각 단위 반응기사이의 열교환을 최적화하여 단위 반응들이 적정 온도 범위에서 일어나도록 유도하는 것이 중요하다. Prototype-II는 수증기 개질 반응기와 WGS 반응기, 수증기 생성 장치 사이의 열교환율을 향상시켜 농도를 $2.5\%$로 감소시키면서 CO의 농도는 $1\%$이하로 유지하였다. 이 결과를 바탕으로 얻어진 메탄 전환율은 $87\%$이고, 열효율은 LHV 기준으로 $75\%$이다. 아울러 개선점을 적용한 선택적 산화 반응기를 제작하였다. 개질 가스와 산소의 혼합을 유도하고, 반응기 온도의 제어를 통해 선택적 산화 반응의 속도와 선택성을 향상시키고자 한다. 시스템의 운전을 통해 메탄 전환율과 열효율의 개선을 진행할 예정이다.
저발열량 석탄가스의 thermal/fuel NOx 생성특성과 화염 안정성을 규명하기 위한 실험적 연구를 수행하였다. 저발열량 합성 연료 가스는 일산화탄소, 수소, 질소 및 암모니아를 천연가스 연료와 동일한 입열량을 가지도록 혼합하여 만들었고 , 합성가스는 평면 화염 버너를 공급하여 태웠다. 특정한 합성가스에 대해 당량비를 변화시켜 가며, 비화 또는 역화에 의한 화염안정성을 규명하였고 안정된 화염 영역을 정의하였다. 저발열향 합성가스의 연소시 발생하는 thermal 및 fuel NOx를 측정하여 천연가스 연소시의 경우와 비교하였다.
This study evaluated comparison of the risk according to the type of fuel by three-dimensional simulation tool(FLACS). The consequence analysis of fire explosion and jet-fire was carried out in the layout of a typical high-pressure gas filling stations using CNG, hydrogen and 30%HCNG. Under the same conditions, hydrogen had a 30kPa maximum overpressure, CNG had a 0.4kPa and HCNG had a 3.5kPa. HCNG overpressure was 7.75 times higher than the CNG measurement, but HCNG overpressure was only 11.7% compared to hydrogen. In case of flame propagation, hydrogen had a very fast propagation characteristics. On the other hand, CNG and HCNG flame propagation velocity and distance tended to be relatively safe in comparison to hydrogen. The estimated flame boundary distance by jet-fire of hydrogen was a 5.5m, CNG was a 3.4m and HCNG was a 3.9m.
Inhye Kim;Jeongjae Oh;Taesung Kim;Minsuk Im;Sunghyun Cho
Korean Chemical Engineering Research
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v.62
no.3
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pp.225-232
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2024
The reduction of CO2 emissions in the energy production sector, which accounts for 86.8% of total greenhouse gas emissions, is important to achieve carbon-neutrality. At present, 60% of total power generation in South Korea is coal and natural gas. Replacing fossil fuel with renewable energy such as wind and solar has disadvantages of unstable energy supply and high costs. Therefore, this study was conducted through the co-firing of natural gas, ammonia and hydrogen utilizing the natural gas combined cycle process. The results demonstrated reduction in CO2 emissions and 34%~238% of the power production compared to using only natural gas. Case studies on mass fractions of natural gas, ammonia and hydrogen indicated that power production and NOx emissions were inversely proportional to the ammonia ratio and directly proportional to the hydrogen ratio. This study provides guidelines for the use of various fuel mixtures and economic analysis in co-firing power generation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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