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Design and Experimental Characterization of a Swirl-Stabilized Combustor for Low Calorific Value Gaseous Fuels

Dybe, S. und Bluemner, R. und Zhang, K. und Schimek, S. und Duwig, C. und Stathopoulos, P. und Paschereit, C. O. und Bartlett, M. (2021) Design and Experimental Characterization of a Swirl-Stabilized Combustor for Low Calorific Value Gaseous Fuels. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 144 (2). American Society of Mechanical Engineers (ASME). doi: 10.1115/1.4049642. ISSN 0742-4795.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.1115/1.4049642

Kurzfassung

Low calorific value (LCV) gaseous fuels are generated as by-products in many commercial sectors, e.g., as mine gas or biogas. Their efficient exploitation can be a considerable source of primary energy. Typically, product gases from biomass are characterized by low lower heating values (LHVs) due to their high concentration of inert gases and steam. At the same time, their composition varies strongly based on the initial feedstock and may contain unwanted components in the form of tars and ammonia. These properties make the design of appropriate combustion systems very challenging and issues such as ignition, flame stability, emission control, and combustion efficiency must be accounted for. By employing a proprietary gas turbine burner at the TU Berlin, the combustion of an artificial LCV gas mixture at stoichiometric conditions has been successfully demonstrated for a broad range of steam content in the fuel. This work presents the stability maps and emissions measured with the swirl-stabilized burner at premixed conditions. It was shown that the flame location and shape primarily depend on the steam content of the LCV gas. The steam content in the fuel was increased until flame blow-out occurred at LHVs well below the target condition of 2.87 MJ/kg (2.7 MJ/mN3). The exhaust gas is analyzed in terms of the pollutants NOx and CO for different fuel compositions, moisture contents, and thermal powers. Finally, OH* measurements have been carried out in the flame. A simple reactor network simulation was used to confirm the feasibility of the experimental results.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/147767/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Design and Experimental Characterization of a Swirl-Stabilized Combustor for Low Calorific Value Gaseous Fuels
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Dybe, S.Chair of Fluid Dynamics, Technische Universitat BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bluemner, R.Chair of Pressure Gain Combustion, Technische Universitat BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zhang, K.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schimek, S.Chair of Fluid Dynamics, Technische Universitat BerlinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Duwig, C.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stathopoulos, P.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Paschereit, C. O.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bartlett, M.NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:15 Januar 2021
Erschienen in:Journal of Engineering for Gas Turbines and Power
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:144
DOI:10.1115/1.4049642
Verlag:American Society of Mechanical Engineers (ASME)
ISSN:0742-4795
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Combustion, Design, Emissions, Flames, Fuels, Nitrogen oxides, Steam, Combustion chambers, Gaseous fuels, Temperature, Shapes, Exhaust systems
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Energiesystemdesign
HGF - Programmthema:Digitalisierung und Systemtechnologie
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemtechnologie und -analyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Energiesystemtechnologie, E - Gasturbine
Standort: Cottbus
Institute & Einrichtungen:Institut für CO2-arme Industrieprozesse
Hinterlegt von: Stathopoulos, Panagiotis
Hinterlegt am:17 Dez 2021 16:59
Letzte Änderung:20 Okt 2023 08:42

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