In this study confirmed the reduction effect of pollutant by applying Fi-EGR and FPI-EGR to hybrid combustion system realizing premixed flame and non-premxied flame at once. The results showed that NOx emission index decreased significantly in case of adopting EGR. Additionally, the hybrid combustion system with EGR resulted in a better performance compared to usual non-premixed combustion system such that it can reduce $NO_x$ emission at equivalent EGR ratios. Especially, in the case of 25% of FI-EGR ratio at hybrid combustion system that the ratio of non-premixed and premixed is 50 : 50, NOx emission index reduction rate was about 59% compared to $NO_x$ emission of non-premixed combustion system without EGR and in the case of 15% of FPI-EGR ratio at hybrid combustion system that the ratio of non-premixed and premixed is 70 : 30, $NO_x$ emission index reduction rate was about 48% compared to $NO_x$ emission of hybrid combustion system without EGR.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.7
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pp.603-610
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2016
This paper describes experimental results about emission and NOx reduction of dilution effect (Nitrogen and carbon dioxide) about various fuel compositions of synthetic natural gas (SNG). Combustion experiment was performed to investigate the combustion characteristics for SNG with various hydrogen ratio in SNG, heat input and equivalence ratio in a partially premixed model gas turbine combustor. NOx emission was similar to each hydrogen ratio and flame characteristics was investigated from OH chemiluminescence images. There was a singularity of CO emission in stoichiometric condition and it can be identified using OH chemiluminescence intensity. In addition, dilution effect was studied in using nitrogen and carbon dioxide as diluent to reduce the NOx emission. Carbon dioxide diluent was more effective to NOx reduction than nitrogen diluent because of its high diluent specific heat and its heat capacity.
Lee Jae-Ho;Lee Jong-Ho;Kim See-Hyun;Chang Young-June;Jeon Chung-Hwan
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2005.11a
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pp.437-444
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2005
Experiments were carried out in an atmospheric pressure, lab-scale gas turbine combustor to see the effect of partial premixing on unstable flame structure and Nox emission characteristics. The swirl angle is 45 deg., fuel-air mixing degrees were varied 0, 50 and 100% respectively at equivalence ratio ranging from 0.53 to 0.79. The evolution of phased-locked OH chemiluminescence images were acquired with an ICCD. NOx emission characteristics were also investigated at each experimental condition. The effect of the fuel-air mixing degree on the flame structure was obtained from phase-locked $OH^*$ images. And it was obtained from local heat release characteristics that the information about the region which the combustion instability was amplified or damped. It also could be confirmed that $\sigma$ has greatly influence on NOx emission characteristics at lean regimes. It would be expected that it could provide invaluable data for understanding the mechanism of combustion instability.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.11
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pp.1531-1541
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2002
The NOx emission characteristics of C$H_4$-Air coflow jet flames were numerically and experimentally investigated. NOx was measured using a chemiluminescent detection and calculated by the parabolic -type equation solver with a detatiled NOx chemistry. The fuel flow rate( $Q_{F}$), the diameter of mixture nozzle and the equivalence rate(Ф) were varied to discuss the EINOx of each flames at the various combustion conditions. The NOx emission index(EINOx) was introduced to quantify the NOx emission from the parametrically varied flames. The results show that Prompt EINOx increases on a logarithmic profile with increasing ${\Phi}$ and keeps nearly constant for the variation of $Q_{F}$. Thermal EINOx reaches the maximum value at around ${\Phi}$ =1.5 and then slowly decrease for ${\Phi}$ >1.5. In addition, Thermal EINOx increases with increasing $Q_{F}$, but nearly indifferent to the variation of the mixture nozzle diameter. Total EINOx also shows a peak at around ${\Phi}$ =1.5, followed by a relatively sharp decrease for 1.5< ${\Phi}$ <2.5 and increase slowly for 2.5 < ${\Phi}$ < $\infty$ The present Total EINOx trend is well explained by a combination of above Thermal and Prompt EINOx trend with the variation of ${\Phi}$ n of ${\Phi}$.
Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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v.18
no.2
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pp.171-181
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2007
Blending effects of hydrogen and water vapor on flame structure and NOx emission behavior are numerically studied with detailed chemistry in methane-air counterflow diffusion flames. The composition of fuel is systematically changed from pure methane and pure hydrogen to the blending fuels of methane-hydrogen-water vapor through the molar addition of $H_2O$. Flame structure is changed considerably for hydrogen-blending methane flames and hydrogen-blending methane flames diluted with water vapor in comparison to pure methane flame. These complicated changes of flame structures also affect NOx emission behavior considerably. The changes of thermal NO and Fenimore NO are analyzed for various combinations of the fuel composition. Importantly contributing reaction steps to thermal NO and Fenimore NO are addressed in pure methane, hydrogen-blending methane flames, and hydrogen-blending methane flames diluted with water vapor.
Flue gas recirculation(FGR) is an effective combustion technique for reducing nitrogen oxides(NOx) and is applied in various fields of low-pollution combustion. Continuing the previous study, a numerical analysis was conducted to identify changes of flame characteristics and NOx formation mechanism with applying FGR technique in CH4/air premixed counterflow flames. NOx emitted was divided into four main reaction paths(thermal NO, prompt NO, N2H and N2O), showing relatively the production rate of NO with the recirculation ratio. As a result, thermal NO contributed greatly to the overall NO whereas the effect of N2H was minimal. In addition, emission index of NO was compared as the recirculation ratio increased by modifying the UC San Diego mechanism to examine the contribution of thermal NO.
Numerical simulations of freely propagating flames burning $H_2/HCl/Air$ mixtures are performed at atmospheric pressure in order to understand the effect of HCl on the NOx reduction. A chemical kinetic mechanism is developed, which involves 26 gas-phase species and 99 reactions. Under several equivalence ratios the flame speeds are calculated and compared with those obtained from the experiments, the results of which is in good agreement. As HCl is added into $H_2/Air$ flame as additive, its chemical effect causes the reduction of radicals (H, OH, and O), and then the decrease of the net rate of NO production. It is found that the chemical effect of additive has much more influence on the reduction of EINO than its physical effect.
The NOx emission characteristics with oxygen enrichment in nonpremixed counterflow and coflow jet flame of $CH_4$ fuel have been investigated numerically. A small amount of nitrogen is included in oxygen-enriched combustion, in order to consider the inevitable $N_2$ contamination by air infiltration. The results show that the initial increase of NO with increasing oxygen enrichment is due to increasing temperature and residence time, while its subsequent decrease above 75% oxygen is due to decreasing the consumption rate of nitrogen. When oxygen addition exceeds 30%, Thermal NO gradually becomes the dominant production pathway and Prompt NO becomes negative pathway for net NO production rate. It is also seen that Thermal NO plays an important role in NO reduction when strain rate increase in oxygen-enriched combustion. Finally, the results of EINOx with oxygen enrichment in coflow jet flame show the similar profile with those of conterflow flame. It is confirmed that, with leakage of 1% nitrogen in the oxidizer stream, the corresponding EINOx is eight times of that emitted from regular $CH_4$/Air flame.
The NOx emission characteristics with oxygen enrichment in non-premixed counterflow flames were investigated numerically. To consider systematically the situation of inevitable $N_2$ contamination by air infiltration in the process of pure-oxygen combustion, the volume ratio of $O_2$ in an oxidizer was changed from 21% to 100%. As a result the NO emission index $(EI_{NO})$ has the highest value under condition of 75% oxygen enrichment. This result can be explained by the change of $N_2$ destruction rate with oxygen enrichment rather than flame temperature, flame thickness and residence time. In particular, it was found that the reaction of N+NO=$N_2+O$ has the largest contribution on NOx production in oxygen-enrichment flames.
Lee, Min Chul;Yoon, Jisu;Joo, Seong Pil;Yoon, Youngbin
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.41
no.8
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pp.639-648
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2013
This paper describes on the NOx/CO emission characteristics, temperature characteristics and flame structures when firing coal derived synthetic gas especially for gases of Buggenum and Taean IGCC. These combustion characteristics were observed by conducting ambient-pressure elevated-temperature combustion tests in GE7EA model combustor when varying heat input and nitrogen dilution ratio. Nitrogen addition caused decrement in adiabatic flame temperature, thus resulting in the NOx reduction. At low heat input condition, nitrogen dilution raised the CO emission dramatically due to incomplete combustion. These NOx reduction and CO arising phenomena were observed at certain flame temperature of $1500^{\circ}C$ and $1250^{\circ}C$, respectively. As increasing nitrogen dilution, adiabatic flame temperature and combustor liner temperature were decreased and singular points were detected due to change in flame structure such as flame lifting. From the results, the effect of nitrogen dilution on the NOx/CO and flame structure was examined, and the test data will be utilized as a reference to achieve optimal operating condition of the Taean IGCC demonstration plant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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