Co-combustion of syngas in an existing boiler can be one of the options for replacing conventional fossil fuel with alternative fuels such as waste and biomass. This study is aimed to investigate effects of syngas cocombustion on combustion characteristics and boiler efficiency. An experimental study was performed for a pilot-scale furnace with 4 oil burners. Tests were conducted with mixture-gas as a co-combustion fuel and heavy oil as a main fuel. The mixture-gas was composed of 15% CO, 7% $H_2$, 3% $CH_4$ and 75% $N_2$ for simulating syngas from air-blown gasification. And LHV of the mixture-gas was 890 kcal/$Nm^3$. Temperature distribution in the furnace and flue gas composition were measured for various heat replacement ratio by the mixture gas. Heat loss through the wall was also carried out through heat & mass balance calculation, in order to obtain informations related to boiler efficiency. Experimental results show that similar temperature distribution and flue gas composition can be obtained for the range of 0~20% heat replacement by syngas. NOx concentration is slightly decreased for higher heat replacement by the syngas because fuel NOx is decreased in the case. Meanwhile, heat loss is a bit decreased for higher heat replacement by the syngas, which implies that boiler efficiency can be a bit decreased when syngas co-combustion is applied to a boiler.
This paper describes gas turbine combustion characteristics of synthetic gas which is mainly composed of hydrogen and carbon monoxide. The combustion characteristics such as combustion instability, NOx and CO emission, temperatures at turbine inlet, liner and dump plane, and flame structure were investigated when changing when changing $H_2:CO$ ratio, dilution ratio, and $CH_4:syngas$ ratio. From the results, quantitative relationships are derived between key aspects of combustion performance, notably NOx emission. It is concluded that NOx emission of syngas is strongly influenced by the diluent heat capacity and combustion instability. Moreover, NOx control method using diluents such as $N_2$, $CO_2$, steam is verified.
This study is aimed to investigate changes of combustion characteristics and heat efficiency when syngas from gasification process using low-rank fuel such as waste and/or biomass is applied partially to an industrial boiler. An experimental study on syngas co-combustion was performed in a 0.7 MW (1 ton steam/hr) water tube boiler using heavy oil as a main fuel. Three kinds of syngas were used as an alternative fuel: mixture gas of pure carbon monoxide and hydrogen, syngas of low calorific value generated from an air-blown gasification process, and syngas of high calorific value produced from an oxygen-blown gasification process. Effects of co-combustion ratio (0~20%) for each syngas on flue gas composition were investigated through syngas injection through the nozzles installed in the side wall of the boiler and measuring $O_2$, $CO_2$, CO and NOx concentrations in the flue gas. When syngas co-combustion was applied, injected syngas was observed to be burned completely and NOx concentration was decreased because nitrogen-containing-heavy oil was partially replaced by the syngas. However, heat efficiency of the boiler was observed to be decreased due to inert compounds in the syngas and the more significant decrease was found when syngas of lower calorific value was used. However, the decrease of the efficiency was under 10% of the heat replacement by syngas.
In this study, syngas which is reformed from fossil fuel and has hydrogen as a major component, was added to a gasoline engine to improve combustion stability and exhaust emissions of idle state. Syngas fraction of the total supplied fuel varied to 0 %, 25 %, 50 % with various ignition timing and excess air ratio. Combustion stability, exhaust emissions, fuel consumption and exhaust gas temperature were measured to investigate the effects of syngas addition on idle performance. Results showed that syngas has ability to widely extend lean operation limit and ignition retard range with dramatical reduction of engine out emissions. It is supposed that the usage of syngas in the internal combustion engine is an effective solution to meet the future strict emission regulations.
Recently, fuel reforming technology for the fuel cell vehicle has been applied to internal combustion engines, with various purpose. Syngas which is reformed from fossil fuel has hydrogen as a major component. It has better effort in combustion characteristics such as wide flammability and hig speed flame propagation. In this study, syngas was added to a gasoline engine for the improvement of combustion stability and exhaust emission in idle state. Combustion stability, exhaust emissions, fuel consumption and exhaust gas temperature were measured to investigate the effects of syngas addition on idle performance. Results showed that syngas has ability to extend lean operation limit and ignition retard range. with dramatical reduction of engine out emissions.
Experimental studies are conducted to investigate the flame stability and the thermal/fuel NOx formation characteristics of the low calorific value (LCV) coal derived gas fuel. Synthetic LCV fuel gas is produced by mixing carbon monoxide, hydrogen, nitrogen and ammonia on the basis that the thermal input of the syngas fuel into a burner is identical to that of natural gas. The syngas mixture is fed to and burnt with air on flat flame burner. With the variation of the equivalence ratio for specific syngas fuel, flame behaviors are observed to identify the flame instability due to blow-off or flashback and to define stable combustion range. Measurements of NOx content in combustion gas are made for comparing thermal and fuel NOx from the LCV syngas combustion with those of the natural gas one. In addition, the nitrogen dilution of the LCV syngas is preliminarily attempted as a NOx reduction technique, and its effects on thermal and fuel NOx production are discussed.
The purpose of this study is to reduce harmful emission gases in the range of stable combustion without loss of a thermal efficiency. Therefore, effects of both exhaust gas recirculation(EGR) and synthetic gas addition on engine performance and emission were investigated in a gasoline engine. Synthetic gas(syngas), which is in general prepared from reforming gasoline, was utilized in order to promote stable combustion. The major components of syngas are H2, CO and $N_2$ gases. The percentage of syngas addition was changed from 0 to 30% in energy fraction and EGR rate was varied up to 30%. As a result, $COV_{IMEP}$ as a parameter of combustion stability was decreased and THC/$NO_X$ emissions were reduced with the increase of syngas addition. And $COV_{IMEP}$ was increased with the increase of EGR but $NO_X$ emission was greatly reduced. In addition, under the region where the EGR rate is around 20%, thermal efficiency was improved.
Experimental studies are conducted to investigate the flame stability and the thermal/fuel NOx formation characteristics of the low calorific value(LCV) gas fuel. Synthetic LCV fuel gas is produced through mixing carbon monoxide, hydrogen, nitrogen and ammonia on the basis that the thermal input of the syngas fuel into a burner is identical to that of natural gas, and then the syngas mixture is fed to and burnt with air on flat flame burner. Flame behaviors are observed to identify flame instability due to blow-off or flash-back when burning the LCV fuel gas at various equivalence ratio conditions. Measurements of NOx in combustion gas are made for comparing thermal and fuel NOx emissions from the LCV syngas combustion with those of the natural gas one, and for analyzing ammonia to NOx conversion mechanism. In addition, the nitrogen dilution of the LCV syngas is preliminarily attempted as a NOx reduction technique.
바이오매스나 기타 유기성 폐기물로부터 가스화공정을 거쳐 얻을 수 있는 합성가스는 환경보호와 화석연료고갈 방지 측면에서 유망한 대체연료 중 하나로 여겨지고 있다. 그러나 가스화로부터 얻어지는 합성가스는 일반적인 천연가스와 같은 가스연료에 비해 발열량이 낮고 연료조성이 불균일하여 내연기관에 적용시 안정적이고 지속적인 운전이 어렵다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 저발열량과 불균일한 가스 조성의 특징을 가진 합성가스가 연소에 미치는 영향을 파악하여 고효율의 엔진을 개발하고자 연구를 수행하였다. 저발열량의 합성가스를 모사하기 위하여 천연가스에 질소를 희석한 연료를 사용하였다. 또한 체적당 발열량을 유지하면서 동일유량조건으로 합성가스에 수소 혼합비율을 10 ~ 30%로 변화시키면서 연소 특성 변화를 살펴보았다.
Fuel reforming technology for the fuel cell vehicles could be applied to internal combustion engine for the reduction of engine out emissions. Since syngas which is reformed from fossil fuel has hydrogen as a major component, it has abilities to enhance the combustion characteristics with wide flammability and high speed flame propagation. In this study, syngas was added to a gasoline engine to improve combustion stability and exhaust emissions of idle state. Syngas fraction is varied to 0%, 50%, 100% with various ignition timing and excess air ratio. Combustion stability, exhaust emissions, fuel consumption and exhaust gas temperature were measured to investigate the effects of syngas addition on idle performance. Results showed that syngas has ability to widely extend lean operation limit and ignition retard range with dramatical reduction of engine out emissions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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