水泥窑共处置危险有机物的实验和数值模拟

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近年来,工业的快速发展和居民生活方式的不断改变,产生了越来越多的危险废物。利用工业窑炉,尤其是水泥窑进行危险废物的共处理,是非常有效的污染处理和资源再利用方法。因此,对工业窑炉中共处置危险有机物的工程技术、环境风险与管理技术进行研究有着重要的意义。本文首先根据美国环境署公布的危险有机物稳定性等级,选取典型的两种危险有机物苯和氯乙烯,在高温炉中进行热解动力学实验,分析发现,不同等级的有机物其动力学特性不同,其中苯热解的的活化能E=122.98KJ/mol,指前因子A=1085.14s-1,其动力学方程:α=1-exp(-1085.14exp(-15034.8/T)t)。氯乙烯热解活化能E=35KJ/mol,指前因子A=7.724s-’,动力学方程:α=1-exp (-7.72exp(-4288/T)t)。通过对选取有机物的热解动力学实验,可以为有机物在水泥窑中的分解效果提供理论基础。其次,利用数值模拟软件Fluent,对目前广泛应用的新型干法水泥生产技术中的回转窑建立模型,对回转窑内的燃烧进行数值模拟。建立了四通道燃烧器水泥回转窑数学模型,对其煤粉燃烧的温度场、速度场和O2.CO2、CO等气体组分的浓度场进行了模拟,窑内温度达到2000K以上,温度场和主要组分浓度场与工业生产工况接近。分析了窑内基本参数,同时为其进行危险有机物共处置过程的影响和效果提供对比参考。最后,对水泥窑内添加有机物进行共处置的过程进行了数值模拟。分析了不同有机物投加方式和不同的投加量对燃烧过程的影响。分别在燃烧器的内、外风道投加有机物苯进行共处置,在煤苯添加质量比为100:1时,发现窑内火焰位置和高温区较未添加提前了2-3m,温度场最高温度升高而出口温度降低。O2、CO2、CO气体的组分分布也随之变化,外风道添加工况综合效果优于内风道添加。通过改变外风道不同的投加量结果发现,当煤苯添加质量比例达到10:1时,燃烧过程已产生非常大的改变;添加比在小于20:1时,窑内的各个参数变化处在可以控制的范围内,苯处理效果可视为完全分解,符合工程技术要求。通过模拟的得到的各个参数结果,可以为实际的共处置工程应用提供参考。
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