【摘 要】
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焚烧作为城市生活垃圾无害化处理的重要方式,在我国得到了广泛应用。CFD模拟是研究垃圾焚烧过程的重要方法,对焚烧炉的设计和优化运行有重要应用价值。本文采用全新的三维非
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焚烧作为城市生活垃圾无害化处理的重要方式,在我国得到了广泛应用。CFD模拟是研究垃圾焚烧过程的重要方法,对焚烧炉的设计和优化运行有重要应用价值。本文采用全新的三维非稳态垃圾焚烧炉CFD模型,以750 d/t的工业链条式焚烧炉为研究对象,根据真实焚烧炉几何结构,实现床层燃烧和炉膛燃烧的直接耦合模拟。在床层燃烧中,考虑水分蒸发、挥发分释放、挥发分燃烧、固定碳燃烧等子过程,使用KTGF(kinetic theory of granular flow)描述固相流变性质,使用Ergun模型计算气固曳力,成功实现了床层内气固流动与燃烧过程的瞬态模拟。全炉膛三维非稳态模型模拟额定工况结果显示,床层干燥段温度较低,干燥段末端温度升高,经过第一段落差墙后床层开始剧烈燃烧,温度达到1570 K左右。在燃烧段末端挥发分完全燃烧,床层温度迅速降低至900 K左右,直到燃尽段结束。炉膛中二次风的加入增加了氧气含量并且增强了烟气扰动,促进了烟气中可燃物燃尽,使炉膛温度上升。详细考察了温度、床层组分、气体组分等分布特征,并与焚烧炉现场炉膛中三个高度上的9个测温点的连续运行数据和炉膛出口处的烟气中氧含量数据进行比较,验证了模型的有效性。此外,通过60%负荷和110%负荷两种工况的计算,进一步确认了模型的合理性和应用价值。针对三维非稳态计算负荷大的问题,本文开发了工程化方法,使用二维非稳态床层+三维稳态炉膛的方法代替直接全炉膛三维非稳态模拟计算。计算显示两种模型的模拟结果高度一致,该工程模型可以大大减少计算成本,促进CFD的工程应用。更进一步,使用工程模型研究了固体垃圾尺寸、床层配风和垃圾停留时间等参数对床层燃烧的影响。结果表明:适当的减小垃圾尺寸有助于燃烧位置的前移和焦炭的燃尽;干燥段配风增加会使着火点提前,过量的配风会降低燃烧强度;缩短停留时间会导致垃圾着火位置滞后,降低热效率,但停留时间过长会使燃烧位置偏离合理区域,降低垃圾处理量。
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