基于运行优化的船用焚烧炉排烟质量控制研究

摘要

船用焚烧炉是船舶上主要的防污染设备，主要用于处理船舶营运过程中产生的固体垃圾和污油泥，然而焚烧炉焚烧过程如果控制不好将会产生严重的二次污染。随着近些年国际航运市场的发展，全世界船舶保有量在迅速增加，船舶垃圾污染成为全世界关注的一项环境问题。
　　中国作为一个最大的发展中国家，经过近几十年的发展经济体量已经成为世界第二，然而经济的发展过程伴随着重经济轻环境问题，环保问题已悄然成为近几年中国最急需解决的问题。近几年国家接连制定出多项环保的政策，排放要求越来越高，使得早些年投入使用的焚烧炉排放质量已不能达标，作为航海院校为教学使用的船用焚烧炉也已经不能启动为学员展示焚烧过程和实操训练，并且新的规定已经提高了船舶进入近海区域的排放要求，在船上焚烧炉的使用也受到了限制。排放质量的控制技术急需改良。
　　本文根据天津海运职业学院实训室焚烧炉为样本进行了喷油器污油雾化质量的优化模拟及根据其结果进行了焚烧污油的模拟。本文首先分析了船舶垃圾处理技术的现状，以及影响船舶垃圾燃烧质量的因素，确定了数值模拟的方向，根据需要提出了数值模拟的相关计算和使用的模型，然后进行了焚烧炉喷油器的雾化质量优化模拟，确定出压缩空气辅助雾化在燃烧量22.5kg/h，雾化压力为0.7MPa,压缩空气出口锥角为30°时质量较好，进而将其使用于污油的燃烧模拟中，验证了在此参数下雾化质量对燃烧效果良好，并分析了污油焚烧模拟的结果，得出了温度场等分布情况以及部分燃烧产物的生成特性。为船用焚烧炉污油泥燃烧高效、稳定运行控制提供理论依据。同时也通过分析为部分焚烧炉的改进起到了指导性的作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 船舶垃圾的惯用处理方法

1．3 国内外船用焚烧炉技术发展现状

1．4 船舶垃圾焚烧技术研究状况

1．4．1 关于船舶焚烧炉数值模拟的研究

1．4．2 关于船舶焚烧炉排烟质量控制的研究

1．5 本文的主要研究内容

第二章 焚烧炉模拟的数值计算和模型

2．1 焚烧炉模拟需要的相关数值计算

2．1．1 CYF-18船用焚烧炉的系统组成和主要参数

2．1．2 污油泥燃烧相关数值计算

2．2 数学模型

2．2．1 基本控制方程

2．2．2 湍流模型

2．2．3 离散相模型

2．2．4 燃烧模型

2．2．5 辐射传热模型

2．2．6 控制方程的离散

2．2．7 流场数值计算算法

2．3 本章小结

第三章 船用焚烧炉污染物生成机理和影响因素分析

3．1 船用焚烧炉烟气排放的控制标准

3．2 主要污染物的生成机理

3．2．1 固体粉尘的生成机理

3．2．2 酸性气体的生成机理

3．2．3 NOx的生成机理

3．2．4 有毒氯化物的生成机理

3．3 主要污染物生成的影响因素

3．4 本章小结

第四章 船用焚烧炉喷油器雾化效果优化数值模拟

4．1 CFD在焚烧炉燃烧模拟中的应用

4．2 喷油器的雾化模拟

4．2．1 三维物体模型的建立和网格划分

4．2．2 边界条件和参数设定

4．2．3 模拟结果分析

4．4 喷油器的优化模拟

4．5 本章小结

第五章 基于FLUENT的污油泥燃烧数值模拟

5．1 数学物理建模

5．1．1 问题描述

5．1．2 污油燃烧反应模型

5．1．3 网格划分

5．2 边界条件及其他设置

5．3 焚烧模拟结果与分析

5．3．2 O2、CO2、H2O含量变化分析

5．3．3 影响CO的因素

5．3．4 影响NOx的因素

5．4 本章小结

第六章 总结和展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢