Influence of changing combustor pressure on flame stabilization and nitrogen oxide (NOx) emission in the swirl-stabilized flame with secondary fuel injection was investigated. The combustor pressure was controlled by suction at combustor exit. Pressure index ($P{\ast}=P_{abs}/P_{atm}$), where $P_{abs}$ and $P_{atm}$ indicated the absolute pressure and atmosphere pressure, was controlled in the range of $0.7{\sim}1.3$ for each equivalence ratio conditions. The flammable limits of swirl flames were largely influenced by changing combustor pressure and they showed different tendency compared with laminar flames. Emission index showed maximum value near atmospheric condition and decreased with decreasing pressure index for overall equivalence ratio conditions. R.m.s of pressure fluctuations also showed similar tendency with nitric oxide emission. By injecting secondary fuel into flame zone, the flammable limits were extended significantly. Emission index of nitric oxide and r.m.s. of pressure fluctuations were also controlled by injecting secondary fuel. The swirl flames were somewhat lifted by secondary fuel with high momentum, hence low nitric oxide emission. This NOx reduction technology is applicable to industrial furnaces and air conditioning system by adopting secondary fuel injection.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.18
no.2
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pp.389-396
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1994
It is very important to clarify the ignition and flame propagation processes of methanol fuel in the Spark-ignition engine. High speed Schlieren photography and pressure trace analyses were used to study on combustion characteristics of methanol fuel in a constant volume chamber. Methanol-air mixtures equivalence rations from lean limit to 1.4 were ignited at initial pressure (0.1, 0.3, 0.5 MPa), temperature (313 343, 373 K) and ignition energy (40, 180 mJ). As the result of this study, we verified the characteristics such as ignition delay, effective thermal efficiency, flame propagation velocity, lean limit, ignitability and combustion duration. Obatained results are as follows. (1) The time to 10% reach of maximum pressure was 40-50% of the total combustion duration for this experimental condition hardly affected by equivalence ratio. (2) The Effective thermal efficiency, as calculated from maximum pressure was the highest when the mixture was slightly lean $({\phi} 0.8-0.9)$ and maximum pressure was the highest when the mixiture was slightly rich $({\phi} 1.2-1.2).$
Combustion instability is a serious obstacle for the lean premixed combustion of gas turbines, and can even cause fatal damage to the combustor and the entire system. Thus, improved understanding of the mechanisms of combustion instability is necessary for designing and operating gas turbine combustors. In this study, in order to understand the instability phenomena, an experimental study was conducted in a rearwardstep dump combustor with LPG and air. The fluctuations of pressure and heat release were measured by piezoelectric pressure sensor and High speed Intensified Charge Coupled Device (ICCD) camera respectively. Various types of combustion modes occurred in accordance with the equivalence ratio and the fuel supplying conditions. The unmixedness of the fuel and air can be controlled by changing the mixing distance ($L_{fuel}$). It is found that the unmixedness of the fuel and air affects the characteristics of flame behavior and pressure fluctuations in a lean premixed flame.
Air-staging combustion is a relatively well-known technique to reduce NOx emission and used in combination with other techniques nowadays. However, the design variables are still selected depending upon operating circumstances. Though the fuel-rich condition of the primary combustion zone is very helpful to NOx reduction, its range is known to be restricted by the increase of carbon monoxide. However, in many cases carbon monoxide level is so low not to be the restriction at all. So we tried to expand the equivalence ratio range to the richer condition in the primary combustion zone and make the function of each burner component and its contribution to the overall NOx production clear.
The objective of this work is to numerically reveal the effect of equivalence ratio change on the simultaneous reduction of NOX and soot emissions from the simulated-EGR compression ignition engine containing CO2. An experiment was conducted by using a single-cylinder common-rail injection system engine, an intake control system, and exhaust emissions analyzers. The numerical analysis results were validated under the same experimental conditions. To investigate the effect of equivalence ratio by simulated-EGR containing CO2, the O2, N2, and CO2 mole fraction were changed in the initial air conditions to the cylinder. The results were analyzed in terms of peak cylinder pressure, indicated mean effective pressure, indicated specific nitrogen oxide, and indicated specific soot. It was revealed that ignition delay characteristics and heat release rate (ROHR) characteristics were not significantly different according to the equivalence ratio. However, as the equivalence ratio increased from 0.68 to 0.83, the maximum combustion pressure and IMEP decreased by about 6.5% and 9.4%, respectively. In the case of ISFC, as is well known, the trend is opposite of IMEP. In the case of ISNO, as the equivalence ratio increased, less NO was generated, and as the equivalence ratio increased by 0.05, the ISSoot value of about 10% increased.
The NOx emission characteristics of jet flames fueled with It was studied. Experimental and numerical investigations were carried out for various flames with varying equivalence ratio, fuel flow rate and nozzle diameter. The Emission indices of NOx(EINOx) were measured by chemiluminescent method and calculated by simulation using detailed chemistry. The results show that the numerical results represent well the trends of EINOx experimentally observed. EINOx of H$_2$ flame steeply increase at small equivalence ratio, gently increase and steady at more than equivalence ratio is 4.0. EINOx trends of H$_2$ flame can be describe in function of residence time in the high-temperature region weighted by the maximum flame temperature.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.1
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pp.32-38
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2003
Staged combustion, such as air- and fuel-staging, is a relatively well-known technique fur reduction of NOx emission and used in combination with other techniques nowadays. However, the design variables are still selected depending upon operating conditions. There are many variables tested to investigate the NOx emission characteristics fur changing of fuel or air velocity, swirl intensity, and staging ratio of air and fuel in multi-staged burner. In air-staging case, the fuel-rich condition of the primary combustion zone is very helpful to reduce NOx emission and its range is known to be restricted by the increase of carbon monoxide. However, in many cases carbon monoxide level is not too high to be restricted operating condition. So we tried to expand the equivalence ratio range to the richer condition in the primary combustion zone and certificate the function of each burner component and its contribution to the overall NOx production.
Kim, Han-Seok;Lim, Am-Ho;Ann, Kuk-Young;Lee, Sang-Min
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.9
no.1
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pp.25-31
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2004
Various types of the air/fuel pre-mixer have been designed and tested to investigate the combustion characteristics of the lean-premixed gas turbine combustor, such as NO emission and flame stability. One type of the pre-mixers has been selected and installed to a 70 kW lean-premixed gas turbine combustor. The concentrations of CO and NO were measured with varying equivalence ratios in the combustion chamber at ambient pressure. The result shows that the emissions of CO and NO are heavily affected by the shape of the pre-mixer. The NO and CO emissions decreased, as the mixing ratio of air and fuel increased. In addition, the NO emission of the lean-premixed low NOx combustor is more dependent on the equivalence ratio than that of the conventional combustor.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.5
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pp.846-855
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1987
The experimental study was carried out to investigate the performance characteristics of the aero-valved pulsating combustor designed to increase the practical applications of the system. The geometric effect on the stable condition and the dynamic behavior of the system is identified. The equivalence ratio, the inflammability limit, the operating frequency, and thrust were also measured when the system oscillated stably. It is found that while the operating condition is sensitive to the diameter of the inlet pipe and the length of the tailpipe, the maximum value of the turn down ratio was obtained up to 3.2. The measured air flow rate shows that the equivalence ratio increases monotonously with the increasing fuel flow rate and decreasing air inlet diameter and tailpipe length. The measured operating frequency can be approximated by the simple linear equation and the discrepancy is within five percent. The system produced the maximum total thrust of 14N and the minimum specific fuel consumption of 0.155 Nm$^{3}$/h.N when the total thrust was 13N.
Lean premix combustion is a best method in low $NO_x$ gas turbine combustor and we must know the characteristics of NO emission in high temperature and pressure condition in premix flame. Numerical analysis was performed to investigate the NO emission characteristics by adopting a counterflow as a model problem using detailed chemical kinetics. Methane $(CH_4)$ was used as a test fuel which is the main fuel of natural gas. The tested parameters were stretch rate, equivalence ratio, initial temperature, and pressure in premix flame. Results showed that NO emission was high in low stretch rate, near stoichiometric equivalence ratio, high initial temperature, and high pressure. Also, the pressure effect was sensitive in high temperature condition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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