희박 예혼합 연소방식을 채용한 150MW급 대형 저 NOx 가스터빈 연소기에서 발생하는 급격한 연소진동 발생을 저감하였다. 희박 예혼합 연소기에서는 연소튜닝이 적절히 이루어지지 많은 경우에 연소불안정에 기인한 높은 연소진동의 발생과 함께 NOx 배출량이 높아질 가능성이 있다. 대상 가스터빈의 연소 모드 전환 중에 발생하는 연소진동의 주파수와 크기는 각각 80Hz및 4-9psi로 나타났으며, 대기온도가 낮아짐에 따라 연소진동의 크기가 증가하는 경향을 보였다. 연소진동에 영향을 미치는 인자로서 버너노즐로 공급되는 연료유량을 균등화하기 위한 연소튜닝과 연소모드 전환시 연료라인에 연료를 미리 공급(prefilling)하는 것이 화염안정에 매우 큰 효과가 있었다. 그 결과 연소모드 전환 중에 발생하는 연소진동을 2.5psi까지 저감할 수 있었으며, 150 MW기저부하 운전 중에 NOx 발생량을 35-43ppm(15% $O_2$)으로 유지할 수 있었다.
Self flue gas recirculation flow is an effective method for low NOx emission in the regenerative low NOx burner. The object of this study is to analyze the self flue gas recirculating flow by varying jet velocity of the combustion air. Fuel and air flow rates are fixed and combustion air jet nozzle diameters are 13, 6.5 and 5mm. The stoichiometric line is obtained from the concentration of the fuel using an acetone PLIF technique. It is found that the self flue gas recirculating flow is entrained into that line using a two color PIV technique. As the jet velocity of combustion air is increased, the flue gas entrainment rate into the stoichiometric line is increased. This result suggests that NOx emission can be reduced due to the effects of flue gas which is lowering the flame temperatures.
“Flameless combustion” of lean to ultra lean mixtures, supported by high-temperature burned gas, can resolve the dilemma between complete combustion versus ultra-low NOx emissions in gas turbine combustors. The characteristics of NOx emissions and combustion in “lean-lean” two-stage combustion were investigated for fuel vapor and droplets / air mixture jets injected from the main injection tube that was placed perpendicular to the combustor wall into the primary hot burned gas prepared by combustion of lean mixtures on a perforated flame holder. The present results clearly show that the ultra-low NOx combustion supported by the reaction of lean mixtures well mixed with the hot burned gas from the primary stage is much more advantageous in achieving ultra-low NOx emissions while maintaining high combustion efficiency.
Self flue gas recirculation flow is an effective method for low NOx emission in a regenerative low NOx burner. The object of this study is to analyze self flue gas recirculating flow by varying the jet velocity of the combustion air. Fuel and air flow rates are fixed and combustion air jet nozzle diameters are 13, 6.5 and 5mm. The stoichiometric line is obtained from the concentration of fuel using the acetone PLIF technique. It is found that self flue gas recirculating flow is entrained into that line using the two color PIV technique. As the jet velocity of combustion air is increased, the flue gas entrainment rate into the stoichiometric line is increased. This result suggests that NOx emission can be reduced due to the effects of flue gas lowering the flame temperature.
The combustion test used DTF was performed to obtain the characteristics of NOx emission and reduction. In this test, major factor of NOx emission was a stoichiometric air ratio. At the onset of combustion to be rich oxygen, NOx was produced rapidly. Optimum condition for NOx reduction was formed under about AR:0.7 in the combustion test of Alaska coal. Investigations were undertaken with 200KW(th) test combustor. In combustion test, the major variables were coal feed ratio of center/outer, stoichiometric air ratio at the onset of combustion. The lowest NOx emission, 182ppm(6% O2 base), was achieved at about AR:0.6 of the first combustion stage with low NOx burner. Also, unburned carbon content of char collected in this combustion condition was about 1wt%.
In order to reduce NOx emissions in the 20kw class microturbines under development, the low NOx characteristics, as being an application to the lean premixed combustion technology, have been investigated. The study has been conducted at the conditions of high temperature and pressure. Air from a compressor with the temperature of 500K to 650K and the pressure of 0.3bar gauge to 0.7bar gauge, was supplied to the combustor through an air preheat-treatment. Sampling exhaust gases were measured at the immediate exit of the combustor. for the effect of temperature on NO and CO emissions. though NOx was increased, CO was decreased with increasing inlet air temperature. With increasing inlet air pressure, NOx and CO were increased also. NOx was decreased, but CO was increased with increasing inlet air mass flow rate. The test has been performed on the equivalent ratios of 0.10 to 0.25 in a lean region. NOx was increased with increasing equivalent ratios, but CO was decreased as an influence of flame temperature. In the very lean region of the equivalent ratio below 0.12, CO was increased suddenly, due to instability. As the results of this study, NOx and CO are found to be reduced to the similar level at the same time when operated at optimal conditions.
The emission factor of nitrogen oxides(NOx) was evaluate to clarify the characteristics of NOx emitted from seven large combustion facilities in seoul area. The emission factors of NOx at A-1 and A-2 facilities of internal combustion engine were 66.957kgNOx/ton and 20.913kgNOx/ton, respectively. The emission factor of A-1 facility was higher than that of A-2 facility even same internal combustion engine, because A-1 facility adopted SCR(selective catalystic reactor) for reduction of NOx emission factor of A-2, A-4, and A-7 power generation boiler facilities were 4.300kgNOx/ton, 2.460kgNOx/ton and 1.796kgNOx/ton, respectively. The capacity of A-2 facility was about two times than that of A-4 and A-7. These emission factors were lower than those at facilities in other areas of korea, because of using low NOx burner of power generation boiler. The emission factors of NOx at A-3 and A-6 incinerator facilities were 0.147kgNOx/ton and 0.221kgNOx/ton which were lower than other facilities, respectively, because these facilities incinerate municipal solid waste of low heating value and uwe SCR for reducing NOx concentration.
NOx reduction experiments were conducted by direct injection of urea into a diesel fueled, combustion-driven flow reactor which simulated a single engine cylinder ($966cm^3$). NOx reduction tests were carried out over a wide range of air/fuel ratios (A/F=20-40) using an initial NOx level of 530ppm, and for normalized stoichiometric ratios of reductant to NOx (NSR) of 1.5 to 4.0. The results show that effective NOx reduction with urea occurred over an injection temperature range of 1100 to 1350K. NOx reduction increased with increasing NSR values, and about a 40%-60% reduction of NOx was achieved with NSR=1.5-4.0. Most of the NOx reduction occurred within the cylinder and head section (residence time <40msec), since temperatures in the exhaust pipe were too low for additional NOx reduction. Relatively low NOx reduction is believed to be due to the existence of higher levels of CO and unburned hydrocarbons (UHC)inside the cylinder, and large temperature drops along the reactor. Injection of secondary combustible additives (diesel fuel/$C_2H_6$) into the exhaust pipe promoted further substantial NOx reduction (5%-30%) without shifting the temperature windows. Diesel fuel was found to enhance NOx reduction more than $C_2H_6$, and finally practical implications are further discussed.
Nowadays, urea SCR technology is considered as the most effective NOx reduction technology of diesel engine. However, low NOx conversion efficiency under low temperature conditions is one of its problems to be solved. This is because injection of UWS (Urea Water Solution) is impossible under such a low temperature condition due to the problem of insufficient of urea decomposition and urea deposits. In several previous studies, it has been reported that appropriate control of the amount of ammonia adsorbed on SCR catalyst can improve the NOx conversion efficiency under low temperature conditions. In this study, we tried to find out how much the NOx conversion efficiency increases with respect to the amount of ammonia adsorbed on the catalyst, and what the temperature conditions that the ammonia slip occurs. This study shows the results of 8 times repeated WHTC test with a diesel engine, in which UWS was injected with NH3/NOx mole ratio of '1'. Through this study, it was found that 13% of the NOx conversion efficiency of WHTC increased while the θ (ammonia adsorption rate) increased from "0%" to "22%". In addition, it is found that in cases of high θ value, the significant improvement of NOx conversion efficiency at low temperatures presented during the beginning period of WHTC and at high temperature and transient conditions presented during last part of WHTC test. The NH3 slip occurring condition was 250℃ of catalyst temperature and 10% of θ, and the amount of NH3 slip increased as the temperature and θ are increased.
The effects of an urea injection at the exhaust pipe for a 4-cylinder DI(Direct Injection) diesel engine were investigated with the parameters such as urea-SCR(Selective Catalytic Reduction) and EGR system. The urea quantity was controlled by NOx quantity and MAF(Manifold Air Flow). The urea injection quantity can be controlled with the urea syringe pump, precisely. The effects of NOx reduction for the urea-SCR system were investigated with and without ECR engine, respectively. It was concluded that the SUF(Stoichiometric Urea Flow) is calculated and the NOx results are visualized with engine speed and load. Furthermore, the NOx map is made from this experimental results. It was suggested, therefore, that NOx reduction effects of the urea-SCR system without the EGR engine were better than that with the EGR engine except of low load and low speed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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