It was numerically studied that NOx emission characteristics of confined $CH_{4}$ jet flames with the variation of the diameter of inner fuel nozzle, the flow rate of $CH_{4}$ and equivalence ratio. Parabolic type equations were adopted in the calculation and GRI-2.1I mechanism was used for the chemical reaction. NOx emission index (EINOx) was introduced to evaluate NOx emission quantitatively in parametrically varied flames and the contribution of Thermal and Prompt NO mechanism was discussed. The results showed that Total EINOx varied sensitively with the variation of the flow rate of$CH_{4}$ but it was not sensitive to the variation of the diameter of inner fuel nozzle. Thermal EINOx showed the similar tendency to total EINOx and Prompt EINOx showed insensitivity to the variation of the diameter of inner fuel nozzle and the flow rate of $CH_{4}$.
The NOx emission characteristics of jet flames fueled with $H_2$ and $CH_4$ were 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 EINOx of $CH_4$ and $H_2$ flames have different trends in terms of equivalence ratio and fuel flow rate but have the same trends in terms of nozzle diameter. These differences can be explained by the following Thermal and Prompt trends in both flames. Thermal EINOx trends can be describe in function of residence time in the high-temperature region weighted by the maximum flame temperature and Prompt EINOx trends can be described in function of flame surface area of each combustion conditions.
The NOx emission characteristics of jet flames fueled with $H_2\;and\;CH_4$ were 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 numerical model based on detailed chemistry. The results show that EINOx of $CH_4\;and\;H_2$ flames have different trends in terms of equivalence ratio and fuel flow rate but have the same trends in terms of nozzle diameter. These differences can be explained by the following Thermal and Prompt trends in both flames. Thermal EINOx is quite sensitive to the residence time in the high-temperature region weighted by the maximum flame temperature. Prompt EINOx is mainly influenced by flame surface area of each combustion conditions.
Kim, Han-Seok;Ahn, Kook-Young;Kim, Ho-Keun;Yu, Myung-Jong;Baek, Seung-Wook
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.2
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pp.215-226
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2003
Experimental and numerical studies have been done to examine the effects of excess air ratio and tertiary air swirl number on the formation characteristics of NOx in a pilot scale combustor adopting a multi-air staged burner. In numerical calculation the mathematical models for turbulence, radiation and nitric oxide chemistry were taken into account. The radiative transfer equation was solved using the discrete ordinates method with the weighted sum of gray gases model. In the NOx chemistry model, the chemical reaction rates for thermal and prompt NOx were statistically averaged using a probability density function. The results were validated by comparison with measurements. For the experiment, a 0.2 MW pilot multi-staged air burner has been designed and fabricated. Using the numerical simulation developed here, a variation of thermal and prompt NOx formation was predicted by changing the excess air ratio and tertiary air swirl number. As the excess air ratio increased up to 1.9, the formation of the total as well as thermal NOx at exit increased while the prompt NOx decreased. The formation of thermal NOx was more affected by concentration of $O_2$ and $N_2$ than gas temperature. When the tertiary air swirl number increased, the formation of the total as well as the prompt NOx slightly decreased.
Numerical analysis was performed with multicomponent transport properties and detailed reaction mechanisms for axisymetric 2-D CH4 jet diffusion, partial premixed, premixed flame. Calculations were carried out twice with C2-Full Mechanism including prompt NO reaction in addition to the above C2-Thermal NO Mechanism. The role of thermal NO mechanism and prompt NO mechanism on each flame's NO production is investigated by using the numerical result. The NOx production of each flame were evaluated Quantitatively in terms of the NOx emission index
Experimental and numerical investigation on NOx emission characteristics with equivalence ratios, fuel flow rates and nozzle diameters were studied in CH4 Jet flames. Emission indices of NOx were measured by chemiluminescent method with carbon converter. Numerical analyses were carried out with GRl-2.11 mechanism that includes C2-chemistry and all of NO reaction mechanisims. The roles of thermal NO and prompt NO mechanism on each flame's NOx emission index were investigated. The results of this study show that the numerical results represent well the trends of ElNOx experimentally observed. The numerical analyses clarified the trends of EINOx with equivalence ratios, fuel flow rates and nozzle diameters.
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 ${\Phi}$.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.10
no.7
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pp.1465-1472
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2009
The effect of heat loss rate on NOx formation of $CH_4/air$premixed flame were examined numerically in a perfectly stirred reactor. The following conclusions were drawn. Under the adiabatic wall condition, an increase in the residence time causes a remarkable increases in NOx emission. Under the heat loss conditions, however, NOx decreases significantly as the heat transfer coefficient and residence time increase. As the heat loss rate increases, Thermal NO mechanism and Re-burning NO mechanism play an important role in the NOx reduction, but Prompt NO mechanism and $N_2O$-intermediate NO mechanism lead to the increase in NOx production. Although the NOx formation is actually related to complex NOx mechanism with the changes in the heat transfer coefficient and residence time, it was found that NOx concentration can be represented by independent Thermal NO mechanism. From these results, new NOx correlation combined with the heat loss rate and residence time was suggested for predicting the NOx concentration in a practical $CH_4/air$premixed combustor.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.22
no.2
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pp.193-204
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1998
Numerical analysis was performed with multicomponent transport properties and detailed reaction mechanisms for axisymmetric 2-D CH$_{4}$ jet diffusion flame. Calculations were carried out twice with the $C_{2}$-Thermal Mechanism including $C_{2}$ and thermal NO reactions and the $C_{2}$-Full Mechanism including prompt NO reactions in addition to the above $C_{2}$-Thermal NO mechanism. The results show that the flame structures such as flame temperature, major and minor species concentration are indifferent to respective mechanisms. The production path of Thermal NO is dominant comparing with that of Prompt NO in total NO production of pure CH$_{4}$ jet diffusion flame. This is because thermal NO mechanism mainly contributes to positive formation of NO in the whole flame region, but Prompt NO mechanism contributes to negative formation in the fuel rich region. In addition, 0$_{2}$ penetration near the nozzle outlet affects the flame structures, especially N0$_{2}$ formation characteristics.
The objective of this research is to determine generally applicable design principles for the development of Rapid mix burner. Details operating RMB(Rapid mix burner) is designed that thermal NOx and prompt NOx formation be reduced through control of low peak flame temperature, and nearly uniform flame temperature by rapid mixing at the ignition point. Results from RMB(Rapid mix burner) achieving lower than 43 ppm NOx emissions and nearly flame temperature uniform
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[게시일 2004년 10월 1일]
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