This paper focuses on the combustion characteristics of blended coals with bituminous and sub-bituminous coals under air and oxy-fuel combustion conditions. The effects of oxygen concentration and blending ratio on the combustion characteristics were experimentally investigated using a thermogravimetric analyser (TGA). Characteristic temperatures including ignition, burnout temperature and activation energy were determined from TG and DTG combustion profiles. As oxygen concentration increased and the presence of sub-bituminous coal, characteristic temperatures and activation energy decreased. The ignitability, reactivity and kinetics have all been greatly improved under oxy-fuel combustion conditions. Based on this, co-firing with bituminous and sub-bituminous coals under oxy-fuel combustion conditions may be suggested as an alternative method to the fuel flexibility and cost-effective power production with carbon capture and sequestration.
For the development of high efficiency and low emission combustion systems, high temperature air combustion technology has been tested by utilizing preheated air over 1100 K and exhaust gas recirculation. In this system, combustion air is diluted with large amount of exhaust gases ($N_2$, $CO_2$), such that the oxygen concentration is relatively low in the reaction zone, leading to low flame temperature. Since, the temperature fluctuations and sound emissions form the flame are small and flame luminosity is low, the combustion mode is expected to be flameless or mild combustion. Experiment was performed to investigate the turbulent flame structure and $NO_X$ emission characteristics in the high temperature air combustion focused on coflowing jet diffusion flames which has a fundamental structure of many practical combustion systems. The effect of turbulence has also been evaluated by installing perforated plate in the oxidizer inlet nozzle. LPG was used as a fuel. Results showed that even though $NO_X$ emission is sensitive to the combustion air temperature, the present high temperature air combustion system produce low $NO_X$ emission because it is operated in low oxygen concentration condition in excess of dilution.
Kim, Jae-Kwan;Lee, Hyun-Dong;Jang, Seok-Won;Kim, Sung-Chul
Journal of the Korean Society of Combustion
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v.14
no.2
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pp.1-9
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2009
New way to effectively capture $CO_2$ in coal fired power plant is the combustion of coal using oxy-fuel technology. Combustion characteristics of Minco sub-bituminous coal at oxy-fuel conditions using TGA and drop tube furnace (DTF) were included activation energy about the char burnout, volatile yield and combustion efficiency of raw coal, the porosity of pyrolyzed char and fusion temperature of by-product ash. TGA result shows that the effect of $CO_2$ on combustion kinetics reduces activation energy by approximately 7 kJ/mol at air oxygen level(21% $O_2$) and decreases the burning time by approximately 16%. The results from DTF indicated similar combustion efficiency under $O_2/CO_2$ and $O_2/N_2$ atmospheres for equivalent $O_2$ concentration whereas high combustion efficiency under $O_2/N_2$ than $O_2/CO_2$ was obtained for high temperature of more than $1,100^{\circ}C$. Overall coal burning rate under $O_2/CO_2$ is decreased due to the lower rate of oxygen diffusion into coal surface through the $CO_2$ rich boundary layer. By-product ash produced under $O_2/CO_2$ and $O_2/N_2$ was similar IDT in irrelevant to $O_2$ concentration and atmospheres gas during the coal combustion.
Wu, J.;Huang, Z.;Qiao, X.;Lu, J.;Zhang, L.;Zhang, J.
International Journal of Automotive Technology
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v.7
no.6
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pp.645-652
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2006
This paper is concerned with an experimental study of a turbocharged diesel engine operating on dimethyl ether(DME). The combustion and emission characteristics of DME engine were investigated. The results showed that the maximum torque and power with DME could achieve a greater level compared to diesel operation, particularly at low speeds; the brake specific fuel consumption with DME was lower than the diesel at low and middle engine speeds. The injection delay of DME was longer than that of diesel. However, the maximum cylinder pressure, maximum pressure rise rate and combustion noises of DME engine were lower than those of diesel. The combustion velocity of DME was faster than that of diesel, resulting in a shorter combustion duration of DME. Compared with the diesel engine, $NO_x$ emissions of the DME engine were reduced by 41.6% on ESC data. The DME engine was smoke free at all operating points of the engine.
Combustion instability is a major issue in design and maintenance of gas turbine combustors for efficient operation with low emissions. With the thermoacoustic view point the instability is induced by the interaction of the unsteady heat release of the combustion process and the change in the acoustic pressure in the combustion chamber. In an effort to study the combustion dynamics of gas turbine combustors, Morgans et al (2014) have developed OSCILOS (open source combustion instability low order simulator) code and it is currently available online. In this study the code has been utilized to predict the combustion instability of a reported case for lean premixed gas turbine combustion, and then its prediction results have been compared with the corresponding experimental data. It turned out that both the predicted and the experimental combustion instability results agree well. Further the effects of some typical inlet acoustic boundary conditions on the prediction have been investigated briefly. It is believed that the validity and effectiveness of the open source code is reconfirmed through this benchmark test.
Lee, Min Chul;Park, Seik;Kim, Sungchul;Yoon, Jisoo;Joo, Sungpeel;Yoon, Youngbin
한국연소학회:학술대회논문집
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2013.06a
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pp.109-110
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2013
This paper describes gas turbine combustion characteristics of synthetic natural gas which contains a small amount hydrogen content. By conducting ambient pressure high temperature combustion test at gas turbine relevant combustor geometry, the combustion characteristics such as combustion instability, NOx and CO emission, temperatures at turbine inlet, nozzle and dump plane, and flame structure from high speed OH chemiluminescence images were investigated when changing hydrogen content from zero to 5%. From the results, qualitative and quantitative relationships are derived between key aspects of combustion performance, notably NOx/CO emission and combustion instability. Natural gas containing hydrogen up to 5% does not show significant difference in view of all combustion characteristics except combustion instability. Only up to 1% hydrogen addition could not change the pressure fluctuation and phase gas between fluctuations of pressure and heat release. From the results, it can be concluded that synthetic national gas which contains 1% of hydrogen can be guaranteed for the stable and reliable operation of natural gas firing gas turbine.
Homogenous Charge Compression Ignition (HCCI) combustion systems can be broadly divided for the process applied to 4-stroke and 2-stroke engines. The former process is often referred to as simply HCCI combustion and the latter process as Active Thermo-Atmosphere Combustion (ATAC). The region of stable engine operation tends to differ greatly between the two processes. In this study, it was shown that the HCCI combustion process of a 4-stroke engine, characterized by the occurrence of autoignition under a high compression ratio, a lean mixture and wide open throttle operation, could be simulated by operating a 2-stroke engine at a higher compression ratio. On that basis, a comparison was made of the combustion characteristics of high-compression-ratio HCCI combustion and ATAC, characterized as autoignited combustion in the presence of a large quantity of residual gas at a low compression ratio and part throttle. The results showed that one major difference between these two combustion processes was their different degrees of susceptibility to the occurrence of cool flame reactions. Compared with high-compression-ratio HCCI combustion, the ignition timing of ATAC tended not to change in relation to different fuel octane numbers. Furthermore, when internal EGR was applied to high-compression-ratio HCCI combustion, it resulted in combustion characteristics resembling ATAC. Specifically, as the internal EGR rate was increased, the ignition timing showed less change in relation to changes in the octane number and the region of stable engine operation also approached that of ATAC.
An experimental study was conducted to reduce NOx emission in RT(radiant tube)burner by using oscillating combustion processes in RIST. A solenoid valve gives the various oscillating conditions, such as oscillation frequency, duty ratio of fuel flow. In this study, we used commercial software, CFD-ACE+ to predict combustion and NOx emission characteristics for various experimental oscillation conditions. The effect of oscillation frequency and duty ratio on NOx emission will be discussed in terms of flow field, temperature and equivalence ratio distributions in detail.
Combustion characteristics of a regenerative combustor for high temperature air combustion have experimentally studied. Temperature measurement on regenerative ceramic material and combustor has been carried out with changing equivalence ratio at constant turn-over period. Stable and unstable combustion region have been found and also detailed averaged temperature profile with respect to various air flow conditions have been obtained.
The present study aims to investigate quantitatively the hydrodynamic effect on combustion process of pulverized coal particles in large scale combustion chamber using computational analysis, with a general purpose computational fluid dynamics code. Burner hydrodynamics include swirl and turbulence intensity from the burner. To understand the phenomena which are difficult to observe how flow has influence on the combustion process, comparative effect of combustion related coal properties and hydrodynamics is evaluated on flame formation and development in burner flames.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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