基于FLUENT的MILD燃烧在火电厂减排方面的作用

牛丹凤

摘 要随着雾霾对人们生活的影响，火电厂废弃物排放造成的大气污染已成为环保监测重点，本文通过使用Fluent软件对MILD燃烧进行仿真，将结果与实验结果进行对比分析，论证利用CFD方法和MILD燃烧技术对新疆火力发电厂进行技术改造的重大意义。

【关键词】Fluent MILD 火电厂 减排

随着雾霾对人们生活的影响，火电厂的废气污染整治工作日益成为我国环境保护工作的重点，各种节能减排的方法应用而生，热电联产的绿色循环生产方式较为普遍，新疆地区煤、天然气资源丰富，以火力发电厂为主，MILD技术可以减少燃烧污染物的排放，非常符合国家政策，对火力发电厂的未来发展有十分重要的意义。目前不可能直接以火电厂为试验载体，其成本和危险系数都较高，不符合经济情况，故先用CFD方法针对各种情况进行详细研究，等较为成熟后再进行相关的初步试验，这对新疆火力发电厂技术升级改造具有重要意义。

1 MILD燃烧仿真试验条件

仿真以B.B.Dally在试验中所使用的燃烧器为原型，燃料喷管中的燃料为甲烷和氢气混合物（质量分数0.8/0.2），仿真试验中各种组份的质量份数和温度参照Dally的数据。

2 基于FLUENT的MILD燃烧仿真

2.1 网格、模型、材料

依据燃烧器结构引用网格文件，读取后共23，420个晶格，定义了11个不同域的边界面，检查后显示minimum volume为正值，查看网格单位没有问题；求解器域为轴对称，允许能量方程，湍流模型为k-epsilion，辐射模型为DO；修定混合物属性，从FLUENT database中添加氢气，添加的氢气放在氮气的前面，修订Mixture Species时要将氮气放到最后，最后修订Reaction。

2.2 设定边界条件、求解、氮氧化物

cold-coflow-inlet速度3.2m/s，温度300K，组份中氧气为0.233；fuel-inlet速度70m/s，温度305K，组份中甲烷为0.8，氢气为0.2；hot-coflow-inlet速度3.2m/s，温度1300K，组份中氧气0.03，氮气0.85，水0.065，二氧化碳0.055，如果氧浓度为6%（9%），则组份中氧气0.06（0.09），氮气0.82（0.79），水0.065，二氧化碳0.055；fule-nozzle-wall、hot-coflow-wall；nozzle-wall-up（T=305K）時注意出口不用设置，因为没有回流；求解控制，初始化，设置监视器，保存case 文件，进行迭代计算246步后结果收敛（6%），248步后结果收敛（9%），保存case和data文件；设置氮氧化物模型，仅计算氮氧化物份数，计算精度，计算出口的氮氧化物质量份数。

3 仿真结果

3.1 氧浓度为6%（30mm处）

如图1所示。

出口的氮氧化物质量份数

Mass-Weighted Average Mass fraction of Pollutant no

outlet-side 0 outlet-up 8.8754914e-06 Net 8.7228291e-06

3.2 氧浓度为9%（30mm处）

如图2所示。

出口的氮氧化物质量份数

Mass-Weighted Average Mass fraction of Pollutant no

outlet-side 1.3270924e-19 outlet-up 2.472616e-05 Net 2.3872946e-05

4 仿真结果比较分析

4.1 温度、水的质量分数比较分析

从曲线趋势来看仿真曲线与实验曲线是相似的，随着氧浓度的增加温度峰值的误差有所增加，随着氧浓度的增加水的质量分数误差越来越小，仿真数据比实验数据偏高，其误差属于允许范围。

4.2 出口的氮氧化物质量份数比较分析

从仿真数据来看，当氧浓度为9%时，outlet-side 1.3270924e-19，当氧浓度为6%时，outlet-side 0，明显氮氧化物出口边缘的质量分数在减小。

综上数据，30mm处仿真与实验数据接近，仿真的数值偏高，温度的误差较大，水的质量份数误差较小，该仿真能够反映实验情况。从仿真数据来看，随着氧浓度的降低，温度也降低，排放氮氧化物的量也在减少。

5 结论与展望

降低氧浓度，采用MILD燃烧技术可以减少燃烧污染物的排放是肯定的，但氧浓度降低到什么程度即可以保证燃烧利用率最高，又能达污染物排放量最小的最优状况，这还需要后期进一步研究，在火电厂利用这一技术还有一些其他关键问题要解决，若将来这些问题一个个都突破，那么前景是非常可观的。

参考文献

[1]Modeling turbulent reacting jets issuing into a hot and diluted co?ow.Christo，Dally.Combustionand Flame142（2005）117–129.

[2]Structure of turbulent Non-premixed Jet Flames in a diluted hotcoflow. Dally，Karpetis，Barlow.Proceedings of the Combustion Institute，Volume 29，（2002）1147–1154.

作者单位

新疆昌吉职业技术学院能源动力工程分院 新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州 831100