大型炉排炉垃圾焚烧过程的CFD模拟研究

摘要

城市生活废弃物产量的逐年攀升使得“垃圾围城”的现象日趋严峻，垃圾焚烧热处理做为一种减量化，无害化，资源化的城市垃圾处理方式，在中国正进入市场化全面发展的阶段。炉排炉焚烧技术能有效适应中国垃圾水分多，组分差异大的特性，目前正向着大容量的趋势发展。
　　计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）数值模拟相较于试验等研究手段具有经济、高效、安全的优势。为指导大型垃圾焚烧炉排炉的结构设计和运行，提高燃烧效率，降低污染物排放，提高运行安全性，本文采用CFD数值模拟方法对该类垃圾焚烧炉排炉进行研究。
　　以500t/d的大型炉排炉为研究对象，首先建立垃圾焚烧炉排炉的物理模型，再分别通过FLIC软件模拟床层的固相燃烧过程，以及ANSYS FLUENT模拟炉膛的气相组分燃烧过程。此外，通过ANSYS FLUENT结合选择性非催化还原(selective non-catalytic reduction,SNCR)的23步详细反应机理模拟炉膛内的
　　SNCR反应过程，计算得出炉内SNCR技术脱硝效率为51.2％。本文还通过光大南京500t/d垃圾焚烧炉排炉的现场试验，测量在BMCR工况下的炉膛温度分布与出口气体组分浓度信息进行对比验证。试验数据与模拟结果的吻合良好，佐证了炉膛热态燃烧模拟方法及SNCR详细反应机理的正确性。
　　基于前述工作基础，本文对一台750t/d垃圾焚烧炉排炉进行配风优化模拟研究，结果显示，通过在炉拱下方增加下二次风能对炉膛前、后炉拱形成包覆作用，有效阻挡高温烟气对炉拱壁面的冲蚀；炉膛上二次风对冲布置或适当增大二次风风速(从45m/s增大至65m/s)均能有效促进烟气混合，提高炉膛烟气的充满度，改善温度分布的均匀性；此外上二次风对冲布置较错列布置能进一步提高烟气停留时间，降低炉膛出口CO浓度。
　　本文介绍了一种新型超低氮排放炉排炉垃圾焚烧运行模式（VLN），模拟结果表明，VLN模式较普通模式能有效降低约39.6%的NOx排放量。本文还对VLN喷口高度、VLN喷口下倾角、下二次风下倾角等参数进行工况优化，结果显示当VLN喷口高度与下二次风喷口高度相距3m，VLN喷口下倾角为0°，下二次风下倾角为75°时，燃烧运行状况最优。

目录

声明

致谢

1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2城市生活垃圾焚烧处理现状

1.3炉排炉垃圾焚烧技术应用现状

1.4炉排炉数值模拟研究现状

1.5本文的主要工作和研究内容

2 500t/d炉排炉垃圾焚烧过程的数值模拟及试验验证

2.1床层固相燃烧模拟

2.2炉膛气相燃烧模拟

2.3炉膛SNCR过程模拟

2.4垃圾发电厂现场试验验证

2.5本章小结

3 750 t/d炉排炉垃圾焚烧过程的炉膛优化模拟

3.1计算工况

3.2床层计算结果

3.3上二次风布置形式的影响

3.4上二次风风速的影响

3.5下二次风启停的影响

3.6 本章小结

4 400 t/d新型超低氮炉排炉垃圾焚烧过程（VLN）的数值模拟

4.1 VLN技术简介及计算方法

4.2 VLN计算结果

4.3本章小结

5全文总结与展望

5.1总结

5.2创新

5.3展望与不足

参考文献

附录：床层出口坐标转换Python脚本

攻读硕士学位期间获得的科研成果