双锥燃烧器燃用污泥水煤浆的燃烧特性和数值模拟

摘要

为促进城市污泥的资源化利用,解决污泥物理处置中存在的二次污染问题,以及传统污泥干化焚烧中干燥成本高的问题,提出了将污泥浆与煤粉掺混制备污泥水煤浆,利用具有强化燃烧功能的中心逆喷双锥燃烧器燃烧的技术思路.通过热重分析试验对比了煤粉、水煤浆、污泥水煤浆的燃烧特性,并利用数值模拟研究污泥水煤浆在双锥燃烧器上的燃烧特性,通过降低二次风量、提高二次风旋流强度及二次风温度等强化燃烧的措施,研究污泥水煤浆在双锥燃烧器上应用的可行性.污泥水煤浆的基础燃烧特性试验结果表明,水煤浆中水分超过35％,除影响燃料热值外,水蒸发吸热是影响污泥水煤浆燃烧过程着火和燃尽的关键因素.由于水分的存在,水煤浆起始着火温度高于煤粉11.3℃,燃尽温度低于煤粉13.6℃,其最大吸热速率为0.504 kW/kg,占水煤浆最大放热速率的56.05％,总吸热量为1.917 MJ/kg,占燃烧放热量的9.94％;掺烧20％污泥时,污泥水煤浆起始着火温度高于水煤浆12.3℃,燃尽温度低59.1℃,水蒸发吸热量为0.546 kW/kg,比水煤浆燃烧高8.4％,总放热量为16.88 MJ/kg,比水煤浆燃烧低12.5％.通过采用双DPM的离散相数值模拟模型,充分考虑污泥水煤浆燃烧时水蒸发过程的影响,对污泥水煤浆燃烧的数值模拟更接近实际结果.14 MW双锥燃烧器的污泥水煤浆燃烧模拟结果表明,直接使用现有双锥燃烧器无法实现污泥水煤浆的稳定燃烧,仅可燃烧水含量为25％左右的污泥水煤浆.污泥水煤浆中水含量由0增至35％时,平均每提高1％水含量,燃烧器出口温度下降7.95℃,燃烧器内平均温度下降7.69℃;水含量为35％时,燃烧器内平均温度降低269℃,燃烧器出口平均温度降低278℃.污泥水煤浆在双锥燃烧器内的燃烧,可通过降低二次风量、增加二次风旋流强度、提高二次风温度等强化燃烧措施实现.二次风旋流强度由1变为2时,燃烧器出口平均温度提高20℃,二次风量减少为理论空气量的0.6,燃烧出口平均温度提高203℃,综合使用降低二次风量、增加旋流强度和提高二次风温的措施后,燃烧器出口平均温度提高289℃,基本接近该燃烧器燃用煤粉时的燃烧条件,双锥燃烧器基本可达到稳定燃烧污泥水煤浆的目的.