论文部分内容阅读
垃圾焚烧技术因其快速减容、能源回收等优点成为生活垃圾无害化处理的趋势,采用数值模拟的手段具体解析垃圾在焚烧炉内的焚烧状况,对优化焚烧工况,提高焚烧效率有重要意义。焚烧炉内的模拟研究工作多数为借助商业软件研究炉膛气相部分的燃烧情况,而对于炉排上床层气固两相焚烧模拟的工作鲜有开展。针对上述问题,本文独立开发垃圾床层焚烧模型,编写BASCI代码,模拟计算炉排上固体垃圾焚烧的全过程。本模型采用CFD理论,首先建立床层上固体和气体的N-S控制方程;其次根据固体垃圾进炉后在床层上经历的蒸发、热解和燃烧的不同过程,引入其对应的化学反应及其反应动力学模型,并将化学反应模型导入控制方程中;然后采用中心差分和全隐式格式将所有的控制方程离散至计算区域的每一个网格中;最后应用SIMPLE算法,借助MATLAB编程平台编写代码BASIC:Bulk Accumulated Solids Incineration Code进行计算求解。将不同工况下的模拟计算结果分别与理论值和实验值进行对比,在理论层面和实验层面均验证了模型的可行性。借助本模型,通过改变焚烧炉不同工况,研究了不同参数变化对焚烧过程的影响,研究表明:(1)一次风过量空气系数过大会导致着火点延后,总燃烧时间延长,设置为0.8-1.0为宜;(2)原料尺寸直接影响床层有效导热系数和温度的变化,垃圾进炉前进行破碎预处理有利于焚烧的稳定运行;(3)低压条件下炉内气体密度降低,燃烧时间延长,且炉内压力和速度发生波动较大。将模型应用至大型工业焚烧炉内,模拟了某日处理量300吨的炉排式焚烧炉,计算结果表明:炉排上固体垃圾的焚烧大致分为三个阶段,从进料处至炉排水平位置2m处为水分蒸发阶段,该阶段固体垃圾未被点燃,床层温度相对较低;炉排水平位置2m-8.4m为燃烧阶段,该阶段固体垃圾被点燃,温度迅速上升,O2被迅速消耗,直至燃烧趋于稳定状态,床层内火焰面经过的位置温度稳定在1230℃左右,O2浓度接近于0;炉排8.4m-9.84m最后的1.44m为冷却阶段,固体灰渣温度迅速下降,冷却至200℃以下。