撬装式含油污泥焚烧炉燃烧特性模拟研究

摘要

钻井含油污泥是油田开采过程产生的污染物，它具有化学成分复杂、污染物含量高、地域分散的特点，如果直接外排会占用大量土地，其含有的有毒物质会污染水、土壤和空气，恶化生态环境。对于边远区块油田的钻井含油污泥，能够建立一套可移动的橇装化污泥处理装置具有相当的经济和环境效益。
　　为了对边远区块油田的钻井污泥进行无害化处理，首先对各种污泥处理技术做对比分析，确定焚烧技术对污泥进行处理。然后通过对焚烧污泥的各种焚烧炉炉型进行对比分析;并根据含油污泥挥发份含量高，焚烧时容易引起焚烧炉爆炸的特点;以及橇装化对焚烧炉结构尺寸、维修方便、可间歇操作的要求，最后选定鼓泡流化床焚烧炉。
　　为了使焚烧炉焚烧钻井污泥的焚烧产物达到危险废物焚烧炉大气污染物排放限值和焚烧残余物处理标准，要求设计的焚烧炉炉膛温度不小于1100℃、烟气停留时间t≥2s。焚烧炉出口烟气中的氧气含量应为6％～10％（干气）。
　　根据含油污泥的元素分析、工业分析，汽车外轮廓尺寸，污泥处理量20kg/h，焚烧炉炉膛温度1100℃，烟气停留时间10s及烟气出口氧含量10％。由工程燃烧学理论和鼓泡流化床焚烧炉工作原理来设计撬装式鼓泡流化床焚烧炉炉膛的结构尺寸和工艺参数。最后得到焚烧炉炉膛H=1.8m，D=1.0m;u空气速率=0.025m/s，v排烟速=3.8m/s，v污泥速度=0.12m/s。
　　对设计的鼓泡流化床焚烧炉建立燃烧数学模型。基于Gambit软件对炉膛建立结构尺寸三维模拟模型、并对模型进行网格划分及边界区域类型设置。基于Fluent软件，采用有限速率反应模型，对焚烧钻井含油污泥的燃烧过程进行模拟研究。结果表明:在设计停留时间是10s的条件下，炉膛的主要燃烧区域温度达到了1100℃以上，满足焚烧污泥所要求的炉膛温度，既而满足焚烧危险废物排放标准。同时，还做了炉膛压力变化、组分质量含量变化和炉膛内相互垂直两纵截面速度场的分析。炉膛压力变化符合焚烧炉工作原理。从炉内流线的分布特点可以看到炉膛内出现了回流现象，这有利于污泥的燃尽。对于污泥中的气相挥发份反应物组分质量含量从入口到出口逐渐降低至消失，燃烧产物CO2、H2O、NO2、SO2的组分质量含量从入口到出口逐渐升高，CO、NO的组分质量含量随炉膛高度的增加而逐渐减少至无，这符合焚烧炉焚烧污泥的机理。
　　从污泥焚烧处理技术的确定到焚烧炉的选型、建模、模拟及模拟结果的分析研究，最后得到的结果能够比较真实的反映含油污泥在炉膛内的燃烧状况。验证了本设计是可行的。并且这种设计方法为焚烧钻井含油污泥的撬装式焚烧炉的设计提供了参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 国内外研究现状

1．2 论文研究内容

1．3 论文研究的目的和意义

第二章 撬装式鼓泡流化床焚烧炉研制分析

2．1 含油污泥处理技术的选定

2．1．1 含油污泥的来源及特点

2．1．2 含油污泥的危害

2．1．3 含油污泥的处理技术

2．2 污泥焚烧设备的选型

2．3 鼓泡流化床焚烧技术及设计要求

第三章 撬装式鼓泡流化床焚烧炉设计

3．1 鼓泡流化床焚烧炉及工作原理

3．1．1 鼓泡流化床焚烧炉

3．1．2 鼓泡流化床焚烧炉工作原理

3．2 鼓泡流化床焚烧炉焚烧产物控制

3．3 鼓泡流化床焚烧炉技术性能的确定

3．4 撬装式鼓泡流化床焚烧炉设计

3．4．1 焚烧炉炉膛结构尺寸设计

3．4．2 焚烧炉工艺参数设计

第四章 鼓泡流化床焚烧炉燃烧数学模型的建立

4．1 焚烧炉燃烧数学模型

4．2 焚烧炉燃烧守恒方程

4．2．1 燃烧组分质量守恒

4．2．2 燃烧能量守恒

4．3 焚烧炉燃烧流动过程

4．4 焚烧炉燃烧过程

4．5 焚烧炉燃烧传热过程

4．5．1 气体与固体颗粒间的传热

4．5．2 床层与传热表面间的传热

第五章 基于Fluent对焚烧炉内部燃烧过程模拟研究

5．1 焚烧炉燃烧数值模拟

5．2 运用Gambit建立模型

5．2．1 Gambit简介

5．2．2 焚烧炉炉膛模型尺寸

5．2．3 焚烧炉炉膛模型网格划分

5．2．4 焚烧炉炉膛模型边界类型设置

5．3 运用Fluent求解炉膛内部燃烧过程

5．3．1 Fluent简介

5．3．2 基于Fluent确定燃烧过程的参数

5．4 焚烧炉燃烧结果后处理及分析

5．5 总结

第六章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间公开发表论文