城市垃圾在水泥分解炉内焚烧特性数值模拟研究

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随着中国工业的快速发展,城市发展与城市垃圾的矛盾日益增大,如何应对垃圾问题也就成了重中之重。传统的填埋、焚烧和堆肥法并不能解决大量的城市垃圾堆积的问题,也很难达到日益严苛的环保标准,水泥窑协同处理垃圾系统应运而生。本文主要以某水泥厂3200t/d的水泥分解炉为原型,利用数值模拟的方法将城市生活垃圾所制成的垃圾衍生燃料(RDF)作为燃料送入水泥分解炉内进行协同处理,得到其在分解炉内的燃烧特性。主要完成工作如下:(1)针对TTF型分解炉进行1:1建模,并根据其结构特点进行模型的相应简化,利用Gambit软件对简化后的模型进行整体结构化网格,局部非结构化网格的网格划分,选取适当的CFD数学模型实现对分解炉内湍流运动、生料分解、燃料燃烧、NO生成等物理化学过程的数值模拟。(2)采用Fluent软件对简化后的分解炉模型进行模拟计算,首先对原工况参数进行模拟验证,以煤粉为燃料进行数值模拟,结果表明分解炉内速度分布合理,出口流速为23.55m/s;煤粉燃烧状况良好,最高温度出现在主燃室附近,出口温度为1270K;各组分浓度均符合热力学基本规律,出口处CaCO3质量浓度为4.5%,质量流量为6.32kg/s,计算得到其分解率为91.7%。模拟结果与实际工厂数据对比误差均保持在5%之内,验证所选模型合理可靠,CFD技术可以准确模拟出分解炉内的燃烧分解等各项反应。(3)以验证合理的模型为基础,进行RDF部分掺混煤粉作为燃料送入分解炉内燃烧的数值模拟,采取5个不同的掺混比例进行模拟,模拟结果表明各掺混比例下速度分布与煤粉工况相差不大,均保持稳定;温度分布均匀,没有出现局部温度过高或过低的情况;组分分布特点与煤粉工况一致,结果表明RDF适合作为替代燃料进入分解炉内燃烧。最后选取生料分解率、燃料燃烬率以及NO脱除率作为重要评判指标,结果表明掺混比为20%时,分解炉内可以保持较高的生料分解率(89.77%)与燃烬率(98%),同时NO的脱除率较高,可以达到67.06%,RDF掺混比为20%左右时为比较理想的掺混比例。本文模拟研究所得数据及结果对水泥分解炉的设计以及协同处理生活垃圾具有一定的指导意义。
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