This paper describes experimental results on combustion characteristics with hydrogen contents of synthetic natural gas (SNG) in low swirl combustor. To investigate the effect of hydrogen contents for premixed SNG flame, stability map, CH chemiluminescence images, flame spectrum analysis and emission performances were measured. In the results, as the hydrogen content was increased, the lean flammable limit was expanded and the flame length was decreased. The hydrogen contents affected the flame liftoff height, and it has different tendency according to the equivalence ratio and flame shape. The change of height and length of flame according to hydrogen contents is caused by the fast burning velocity of hydrogen, which can be confirmed by GRI 3.0 reaction mechanism in PREMIX code. The intensity of $OH^*$, $CH^*$ and $C_2^*$ was confirmed by spectrum analysis of flame. As a result, the $CH^*$ intensity was not significantly different according to hydrogen content. The increase of hydrogen contents influenced positively CO and NOx emission performances.
Liquefied petroleum gas and compressed natural gas haven been regarded as promising alternative fuels because of no smoke, and they are also clean fuel for spark-ignited engine. In spark-ignited direct-injection engine, direct injection technology can increase engine volumetric efficiency significantly and also reduce necessity of throttle valve. This study designed combustion chamber equipped with visualization system. To improve ignition probability, the study designed to help three types of impingement-walls to form mixture. In doing so, LPG CNG-air mixture could be easily formed after spray-wall impingement and ignition probability increased too. The results of this study could contribute as basic resources of spark-ignited direct injection LPG and CNG engine design and optimization extensively.
Kim, Jong-Min;Lee, Seung-Ro;Ha, Young-Cheol;Lee, Sung-Min;Lee, Chang-Eon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.8
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pp.761-766
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2010
The estimation method of the interchangeability in a partial premixed appliance about various compositions of natural gases using equivalent gases, experimentally. The results of the experiment in which equivalent gases were used compared with those obtained in experiments in which natural gases were used; Images of flames, lift-off limits, CO emissions, and incomplete combustion indices in KS standard for the domestic gas range were considered. From the comparison, it was observed that the length and color of the flame of the equivalent gases were almost the same as those of imported natural gases. Further, in the case of gases with Wobbe indices greater than 51 MJ/$m^3$, the KS standard for lifting limits was satisfied. Furthermore, in the case of gases with Wobbe indices less than 56.3 MJ/$m^3$, the CO mole fractions are in the range 95-100 ppm. Hence, the range of Wobbe indices 51-56.3 MJ/$m^3$ was proposed to be the range for interchangeability from the points of view of lifting limits and incomplete combustion, as prescribed in the domestic gas range in the case of imported natural gases.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.39
no.1
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pp.21-27
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2015
In order to meet the current emission regulations (EURO-6), it is necessary to significantly reduce $CH_4$ and $NO_X$ emissions. This study investigated the effect of a reduction in the valve overlap on the combustion and emission characteristics of a hydrogen-compressed natural gas engine under a part-load operating condition. The combustion and emission characteristics were analyzed for each fuel using the original camshaft and an altered camshaft with reduced valve overlap. The results showed that the thermal efficiency was decreased and the fuel flow was increased when using the altered camshaft. The $CO_2$ and $CH_4$ emissions were increased as a result of the reduced thermal efficiency. Under lean operating conditions, the $NO_X$ emission was decreased compared with one of the conventional camshaft. Thus, under the same fuels and operating conditions, it had a harmful influence on the emission characteristics and thermal efficiency.
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.
Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) power plant converts coal to syngas, which is mainly composed with hydrogen and carbon monoxide, by the gasification process and produces electric power by the gas and steam turbine combined cycle power plant. The purpose of this study is to investigate the influence of the syngas to the performance of a gas turbine in a combined cycle power plant. For this purpose, a commercial gas turbine is selected and its performance characteristics are analyzed with three different fuels, i.e., natural gas ($CH_4$), syngas and hydrogen. It is found that different heating values of those fuels and chemical compositions in their combustion gases are the causes in the different performance characteristics.
Kim, Sun-Ho;Oh, Chang-Bo;Lee, Chang-Eon;Lee, In-Dae
한국연소학회:학술대회논문집
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1999.10a
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pp.165-172
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1999
Landfill gas has merely half heating value compared with liquified natural gas but can be greatly utilized as a commercial fuel. The authors have examined emission characteristics as well as measured burning velocity of LFG mixed gas which contains plenty of $CO_{2}$. With the viewpoint of fuel utilization, flame stability could be one of important characteristics of LFG. In this study, the comparison experiments are conducted between $CH_{4}$ and LFG for searching the region of flame stabilization based upon the flame blowout at maximum fuel stream velocity. As a result, it is found that stabilization region of LFG is not improved with that of $CH_{4}$ in non-swirl/or weak swirl jet diffusion flame. However, it is also known that flame stability is hardly affected by inert gas in the strong swirl with considering widened flame stabilization region of LFG rather than LNG.
Flame structure, which contains a useful information for studying combustion instability of the flame, is often quantitatively visualized with PLIF (planar laser-induced fluorescence) and/or chemiluminescence images. The latter, a line-integral of a flame property, needs to be preprocessed before being inverted, mainly due to its inherent noise and the axisymmetry assumption of the inversion. A preprocessing scheme utilizing multi-division of ROI (region of interest) of the chemiluminescence image is proposed. Its feasibility has been tested with OH PLIF and $OH^*$ chemiluminescence images of SNG (synthetic natural gas) swirl-stabilized flames taken from a model gas turbine combustor. It turns out that the multi-division technique outperforms two conventional ones: those are, one without preprocessing and the other with uni-division preprocessing, reconstructing the SNG flame structure much better than its two counterparts, when compared with the corresponding OH PLIF images. It is also found that the Canny edge detection algorithm used for detecting edges in the multi-division method works better than the Sobel algorithm does.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.24
no.6
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pp.108-119
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2020
Dynamic pressure sensor used in liquid rocket engine combustor and gas turbine is recess-mounted usually because it should work in high temperature environment. Although recess-mounted method can protect it from combustion gas in high temperature, tube resonance occurs in a tube-cavity system. To reduce it, the infinite tube probe(ITP) was introduced in this study. The ITP model suggested in previous literature was validated with experimental data and frequency response characteristics were analyzed. Guidelines for designing the ITP were suggested as frequency response profiles varied with geometric information and physical properties using this model.
The characteristics of syngas-oxyfuel combustion has been investigated experimentally in the present study. Experimental measurements were conducted to aid a fundamental design of a syngas-oxyfuel combustor with a double coaxial burner configuration. To examine the effects of different syngas fuels on combustion characteristics, various fuel types are utilized such as commercial coal gases (Texaco, Shell), COG (cokes oven gas), and $CH_4$ as a main component of natural gas. $CO_2$ was added to the four fuel types as a diluent gas to reduce the flame temperature. The flame images and emission characteristics of NOx and CO were examined for various equivalence ratio and $CO_2$ dilution ratio. The results show that CO emission was rapidly increased as equivalence ratio approached the stoichiometry condition by reducing the amount of oxygen. As the $CO_2$ dilution increased, CO emission increased while NOx emission decreased due to reduced flame temperature. When the syngas-oxyfuel combustor is operated with 20~40% of $CO_2$ dilution ratio, the CO and NOx emission levels were kept below 50 ppm and 25 ppm, respectively, with a high concentration of $CO_2$ over 95 vol.% in exhaust gases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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