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논문 상세정보

Development of a Laser Absorption NO/ $NO_2$ Measuring System for Gas Turbine Exhaust Jets

Abstract

For the protection of the local air quality and the global atmosphere, the emissions of trace species including nitric oxides (NO and NO$_2$) from gas turbines are regulated by local governments and by the International Civil Aviation Organization. In-situ measurements of such species are needed not only for the development of advanced low-emission combustion concepts but also for providing emissions data required for the sound assessment of the effects of the emissions on environment. We have been developing a laser absorption system that has a capability of simultaneous determination of NO and NO$_2$concentrations in the exhaust jets from aero gas turbines. A diode laser operating near 1.8 micrometer is used for the detection of NO while a separated visible tunable diode laser operating near 676 nanometers is used for NO$_2$. The sensitivities at elevated temperature conditions were determined for simulated gas mixtures heated up to 500K in a heated cell of a straight 0.5 m optical path. Sensitivity limits estimated as were 30 ppmv-m and 3.7 ppmv-m for NO and NO$_2$, respectively, at a typical exhaust gas temperature of 800K. Experiments using the simulated exhaust flows have proven that $CO_2$ and $H_2O$ vapor - both major combustion products - do not show any interference in the NO or NO$_2$ measurements. The measurement system has been applied to the NO/NO$_2$ measurements in NO and NO$_2$ doped real combustion gas jets issuing from a rectangular nozzle having 0.4 m optical path. The lower detection limits of the system were considerably decreased by using a multipass optical cell. A pair of off-axis parabola mirrors successfully suppressed the beam steering in the combustion gas jets by centralizing the fluctuating beam in sensor area of the detectors.

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