Natural gas is considered to be a promising alternative fuel for passenger cars, truck transportation and stationary engines providing positive effects both on the environment and energy security. However, since the composition of natural gas fuel varies with location, climate and other factors, it is anticipated that such changes in fuel properties will affect emission characteristics and performance of CNG (Compressed Natural Gas) engines. The purpose of the present study is to investigate the effects of the difference in gas composition on the engine performance and emission characteristics. The results show that THC (Total Hydrocarbon) decreases with increasing Wl (Wobbe Index) and MCP (Maximum Combustion Potential). On the other hand, it is observed that NOx slightly increases as Wl and MCP increase. The TLHV (Total Lower Heating Value of Intake) is proposed in this study as a potential index for compatibility of gas fuels in a CNG engine. There is a variation in power up to 20% depending on the composition of gas when the A/F ratio and spark timing are flexed for a specific gas fuel.
This paper represents an analysis of the economic impact of firing natural gas/diesel and natural gas/by-product oil mixtures in diesel engine power plants. The objects of analysis is a power plant with electricity generation capacity (300 kW). Using performance data of original diesel engines, the fuel consumption characteristics of the duel fuel engines were simulated. Then, economic assessment was carried out using the performance data and the net present value method. A special focus was given to the evaluation of fuel cost saving when firing natural gas/diesel and natural gas/by-product oil mixtures instead of the pure diesel firing case. Analyses were performed by assuming fuel price changes in the market as well as by using current prices. The analysis results showed that co-firing of natural gas/diesel and natural gas/by-product oil would provide considerable fuel cost saving, leading to meaningful economic benefits.
Park, Hyunwook;Lee, Junsun;Oh, Seungmook;Kim, Changup;Lee, Yongkyu;Bae, Choongsik
Journal of ILASS-Korea
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v.24
no.4
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pp.194-202
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2019
A mixture preparation strategy was proposed and evaluated in a diesel-natural gas dual-fuel engine to reduce hydrocarbon (HC) and carbon monoxide (CO) emissions under low load conditions. An experimental investigation was conducted in a single-cylinder compression-ignition engine. Natural gas was supplied with air during the intake stroke, and diesel was injected directly into the combustion chamber during the compression stroke. First, effects of diesel start of energizing (SOE) and natural gas substitution ratio on the combustion and exhaust gas emissions were analyzed. Based on the results, the mixture preparation strategy was established. A low natural gas substitution ratio and a high exhaust gas recirculation (EGR) rate were effective in reducing the HC and CO emissions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.1
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pp.99-108
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2004
Fundamental combustion characteristics, such as the combustion potential, burning velocity and flame stability, for the practical utilization of LFG(Landfill gas) and LFG-blended fuels were experimentally investigated. The combustion potentials(CP) of LFG-blended fuels calculated from the previously suggested formulae were compared with burning velocities obtained by present experiments. The results showed that the previous formulae fur CP of LFG-blended fuels were not agreed with the experimental burning velocity, and these formulae should be revised. To provide an useful information needed to design the combustion devices, a triangular diagram was suggested for the maximum burning velocity of the mixture of CH$_4$, LPG and LFG. From the investigation of the burning velocity and the flame stability in a practical combustor, it was noted that the LFG-blended fuels, of which heating values or Wobbe indices were adjusted to that of natural gas, could be used as an alternative fuel of natural gas.
Fuel processing systems which convert fuel into rich gas (such as stream reforming, partial oxidation, autothermal reforming) need high temperature environment ($600{\sim}1,000^{\circ}$). Generally, anode-off gas or mixture of anode-off gas and LNG is used as input gas of fuel reformer. In order to make efficient and low emission burner system for fuel reformer, it is necessary to elucidate the combustion and emission characteristic of fuel reformer burner. The purpose of this study is to develop a porous premixed flat ceramic burner that can be used for 1~5 kW fuel cell reformer. Ceramic burner experiments using natural gas, hydrogen gas, anode off gas, mixture of natural gas & anode off gas were carried out respectively to investigate the flame characteristics by heating capacity and equivalence ratio. Results show that the stable flat flames can be established for natural gas, hydrogen gas, anode off gas and mixture of natural gas & anode off gas as reformer fuel in the porous ceramic burner. For all of fuels, their burning velocities become smaller as the equivalence ratio goes to the lean mixture ratio, and a lift-off occurs at lean limit. Flame length in hydrogen and anode off gas became longer with increasing the heat capacity. In particular, the blue surface flame is found to be very stable at a very lean equivalence ratio at heat capacity and different fuels. The exhausted NOx and CO measurement shows that the blue surface flame represents the lowest NOx and CO emissions since it remains very stable at a lean equivalence ratio.
Junsun Lee;Hyunwook Park;Seungmook Oh;Changup Kim;Yonggyu Lee;Kernyong Kang
Journal of ILASS-Korea
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v.28
no.2
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pp.55-61
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2023
Natural gas is a high-octane fuel that is effective in controlling knocking combustion. In addition, as a low-carbon fuel with a high hydrogen-carbon ratio, it emits less carbon dioxide and almost no particulate matter compared to conventional fossil fuels. Stoichiometric combustion engines equipped with a three-way catalyst are useful in various fields such as transportation and power generation because of their excellent exhaust emission reduction performance. However, stoichiometric combustion engines have a disadvantage of lower thermal efficiency compared to lean combustion engines. In this study, a combination of high compression ratio and Atkinson cycle was implemented in a 11 liter, 6-cylinder, spark-ignition engine to improve the thermal efficiency of the stoichiometric engine. As a result, pumping and friction losses were reduced and the operating range was extended with optimized Atkinson camshaft. Based on the exhaust gas limit temperature of 730℃, the maximum load and thermal efficiency were improved to BMEP 0.66 MPa and BTE 35.7% respectively.
In order to estimate the combustion characteristics and the gas interchangeability for natural gas with various compositions per each production area, equivalent gas are using to replace natural gas. It is known that an equivalent gas has the same the heating value, the compression factor, the relative density, CO emission and the burning velocity as the original natural gas. However, it is not reported that the flame shape and thermal efficiency and NOx emission by real gas appliance. In this study, equivalent gas was examined the validation to replace natural gas. The CO emission the burning velocity and the flame temperature were reconfirmed, and the flame shape, the NOx emission and the thermal efficiency were numerically and experimentally investigated. As results, there was not a large difference between natural gas and equivalent gas. This result demonstrated that there was no problem using equivalent gas to replace natural gas.
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.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.2
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pp.106-111
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2006
Combustion test facility for liquid rocket engine using kerosene and liquid oxygen has been developed for the purpose of cooling and performance study. Test engine of thrust under 1.0 KN can be evaluated, and the real combustion test ensures a good operation of the combustion test facility. Combustion test facility will be modified to supply natural gas and liquefied natural gas as fuel and to give a regenerative cooling test.
After the recent fabrication of diesel vehicle exhaust gas by Volkswagen, nitrogen oxides ($NO_x$) and particulate matter (PM) are drawing attention as representative pollutants included in exhaust gas. When gasoline and diesel fuels are combusted through direct injection into a combustion chamber at high pressure, PM emission is actually increased. To find a solution to this problem, a basic study was conducted to derive an optimized variable for combustion of compressed natural gas (CNG) by applying CNG, acknowledged as a clean fuel, to direct injection system. The essence of this study is in the introduction of a radical ignition technology for compressed natural gas (RI-CNG) in a sub-chamber type engine. The direct injection system was applied to a sub-chamber to remove residual gas from previous combustion cycle. In addition, optimal mixer distribution was achieved by precisely setting ignition timing based on fuel injection timing and excess air ratio.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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