基于FLUENT的MILD燃燒在火電廠減排方面的作用

牛丹鳳

摘 要隨著霧霾對人們生活的影響，火電廠廢棄物排放造成的大氣污染已成為環(huán)保監(jiān)測重點，本文通過使用Fluent軟件對MILD燃燒進行仿真，將結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比分析，論證利用CFD方法和MILD燃燒技術(shù)對新疆火力發(fā)電廠進行技術(shù)改造的重大意義。

【關(guān)鍵詞】Fluent MILD 火電廠 減排

隨著霧霾對人們生活的影響，火電廠的廢氣污染整治工作日益成為我國環(huán)境保護工作的重點，各種節(jié)能減排的方法應(yīng)用而生，熱電聯(lián)產(chǎn)的綠色循環(huán)生產(chǎn)方式較為普遍，新疆地區(qū)煤、天然氣資源豐富，以火力發(fā)電廠為主，MILD技術(shù)可以減少燃燒污染物的排放，非常符合國家政策，對火力發(fā)電廠的未來發(fā)展有十分重要的意義。目前不可能直接以火電廠為試驗載體，其成本和危險系數(shù)都較高，不符合經(jīng)濟情況，故先用CFD方法針對各種情況進行詳細研究，等較為成熟后再進行相關(guān)的初步試驗，這對新疆火力發(fā)電廠技術(shù)升級改造具有重要意義。

1 MILD燃燒仿真試驗條件

仿真以B.B.Dally在試驗中所使用的燃燒器為原型，燃料噴管中的燃料為甲烷和氫氣混合物（質(zhì)量分數(shù)0.8/0.2），仿真試驗中各種組份的質(zhì)量份數(shù)和溫度參照Dally的數(shù)據(jù)。

2 基于FLUENT的MILD燃燒仿真

2.1 網(wǎng)格、模型、材料

依據(jù)燃燒器結(jié)構(gòu)引用網(wǎng)格文件，讀取后共23，420個晶格，定義了11個不同域的邊界面，檢查后顯示minimum volume為正值，查看網(wǎng)格單位沒有問題；求解器域為軸對稱，允許能量方程，湍流模型為k-epsilion，輻射模型為DO；修定混合物屬性，從FLUENT database中添加氫氣，添加的氫氣放在氮氣的前面，修訂Mixture Species時要將氮氣放到最后，最后修訂Reaction。

2.2 設(shè)定邊界條件、求解、氮氧化物

cold-coflow-inlet速度3.2m/s，溫度300K，組份中氧氣為0.233；fuel-inlet速度70m/s，溫度305K，組份中甲烷為0.8，氫氣為0.2；hot-coflow-inlet速度3.2m/s，溫度1300K，組份中氧氣0.03，氮氣0.85，水0.065，二氧化碳0.055，如果氧濃度為6%（9%），則組份中氧氣0.06（0.09），氮氣0.82（0.79），水0.065，二氧化碳0.055；fule-nozzle-wall、hot-coflow-wall；nozzle-wall-up（T=305K）時注意出口不用設(shè)置，因為沒有回流；求解控制，初始化，設(shè)置監(jiān)視器，保存case 文件，進行迭代計算246步后結(jié)果收斂（6%），248步后結(jié)果收斂（9%），保存case和data文件；設(shè)置氮氧化物模型，僅計算氮氧化物份數(shù)，計算精度，計算出口的氮氧化物質(zhì)量份數(shù)。

3 仿真結(jié)果

3.1 氧濃度為6%（30mm處）

如圖1所示。

出口的氮氧化物質(zhì)量份數(shù)

Mass-Weighted Average Mass fraction of Pollutant no

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

3.2 氧濃度為9%（30mm處）

如圖2所示。

出口的氮氧化物質(zhì)量份數(shù)

Mass-Weighted Average Mass fraction of Pollutant no

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

4 仿真結(jié)果比較分析

4.1 溫度、水的質(zhì)量分數(shù)比較分析

從曲線趨勢來看仿真曲線與實驗曲線是相似的，隨著氧濃度的增加溫度峰值的誤差有所增加，隨著氧濃度的增加水的質(zhì)量分數(shù)誤差越來越小，仿真數(shù)據(jù)比實驗數(shù)據(jù)偏高，其誤差屬于允許范圍。

4.2 出口的氮氧化物質(zhì)量份數(shù)比較分析

從仿真數(shù)據(jù)來看，當氧濃度為9%時，outlet-side 1.3270924e-19，當氧濃度為6%時，outlet-side 0，明顯氮氧化物出口邊緣的質(zhì)量分數(shù)在減小。

綜上數(shù)據(jù)，30mm處仿真與實驗數(shù)據(jù)接近，仿真的數(shù)值偏高，溫度的誤差較大，水的質(zhì)量份數(shù)誤差較小，該仿真能夠反映實驗情況。從仿真數(shù)據(jù)來看，隨著氧濃度的降低，溫度也降低，排放氮氧化物的量也在減少。

5 結(jié)論與展望

降低氧濃度，采用MILD燃燒技術(shù)可以減少燃燒污染物的排放是肯定的，但氧濃度降低到什么程度即可以保證燃燒利用率最高，又能達污染物排放量最小的最優(yōu)狀況，這還需要后期進一步研究，在火電廠利用這一技術(shù)還有一些其他關(guān)鍵問題要解決，若將來這些問題一個個都突破，那么前景是非?？捎^的。

參考文獻

[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.

作者單位

新疆昌吉職業(yè)技術(shù)學院能源動力工程分院 新疆維吾爾自治區(qū)昌吉回族自治州 831100