可燃固体废弃物炉排炉燃烧数值模拟及其炉膛结构设计与优化运行

发布时间：2020-04-16 09:56

【摘要】：随着我国经济的快速发展,居民生活水平大幅提高,固体废弃物产量剧增,妥善处理好固体废弃物成为一个亟待解决的关键问题。为实现减量化、无害化和资源化能源处理目标,焚烧处理逐渐成为固体废弃物处置的首要选择。本文通过CFD技术分别对以农林废弃物为燃料的生物质炉排炉和以城市生活垃圾为燃料的焚烧炉进行数值模拟,在验证模型可靠性后,针对目前两种固体废弃物热值波动导致炉膛适应性问题开展相关研究,以期为电厂优化运行提供参考和理论依据。以已投运的130t/d生物质锅炉为研究对象,通过调整不同床层燃料堆积厚度、五风室各级配风、过量空气系数和前后墙二次风配比,改善了炉膛内高温烟气贴近第一烟道后壁面的现象。此外,在初始模型基础上自主研发炉型。通过烟道后移、减少二次风管数量、改变二次风管垂直方向入射角度等结构调整,得出第一烟道在初始模型的基础上往后移一米,前、后拱二次风管与水平夹角分别为37°和55°时,炉膛结构较为理想。以某公司初步设计的750t/d垃圾焚烧炉为研究对象,通过研究二次风风管水平入射角度和炉膛前后拱结构变化对燃烧情况的影响,对比分析得到较好设计炉型。并且对该设计焚烧炉进行运行优化和采用不同热值燃料进行适应性验证,得出二次风速为45m/s、过量空气系数为1.6、一二次风配比为0.65:0.35时,其运行情况符合《生活垃圾焚烧污染控制标准》中的燃烧温度、停留时间和污染物排放要求,具备较广燃料热值适用范围。随着垃圾热值提高,垃圾焚烧炉的炉型设计应该参考生物质炉型,压低前拱和延长其炉排覆盖率。秸秆作为生物质锅炉燃料的主要组成成分,受季节影响强,而草本生物质在为木质生物质提供着火条件中起到重要作用。运用生命周期(LCA)方法,分别计算从皇竹草种植收割到电厂退役过程中五个阶段的能耗和污染物排放。计算结果得出,在生物质直燃发电中皇竹草是经济环保的一种生物质能源草,并且具有一定发展潜力,在秸秆短缺时期可采用皇竹草作为秸秆替代燃料。
【图文】：

炉排炉,拉格朗日法,燃烧模拟,床层

（2）燃料由水分、挥发份、固定碳和灰分组成。（3）燃料在炉膛内的燃烧过程包括干燥、挥发份析出、气体燃烧和焦炭氧化四过程。挥发分中析出的气体由水蒸气、C:4、CO、:2和 CO2组成。各种气所占百分比可以通过挥发份的低位发热量和 C、:、O 三种元素所占比例立解方程求得。（4）忽略物料在水平方向上各参数之间的相互作用，只考虑床层在高度方向上变化。（5）忽略燃烧过程中固体颗粒的破碎、灰熔融和结渣，气体均视为理想气体。（6）溢出床层的物质只包含气相，不包含固相的飞灰颗粒。基于流体力学中描述流体运动的拉格朗日法，即将炉排上某一水平位置对应的一体看作拉格朗日法中的“流体质点”，因而只需要追踪观察这一列固体从刚进入炉最后离开炉排的整个过程所发生的一系列变化，即可推测得到炉排上的整个燃烧过

床层,离散化

图 2-2 模拟中的床层离散化图解[92]如图 2-1 和图 2-2 所示。基于拉格朗日法采用一维非稳态模型，通过研究一维（高度方向）床层上的燃烧过程随时间的变化，从而推测出床层上不同位置的燃烧情况。移动床层与一维床层的相互转换公式如下：t0x x u t（2-1）式中，xt为第 t 时刻一维模型的燃料对应炉排水平方向上的位置，m；x0为初始时刻一维模型的燃料对应炉排水平方向上的位置，，m；u 为炉排运动速度，m/s。床层上某一列固体的计算采用动网格技术，网格类型为一维矩形结构化网格。网格只在高度方向上发生运动，宽度保持不变，选用动态层方法更新和控制运动边界上网格节点的运动，从而得到在燃烧过程中由于固体燃料体积减小引起的床层高度下降过程。动态层方法指根据每个时间步长内网格位置的变化量来更新网格的运动，而每层网格坐标位置的变化量主要受两个因素控制：（1）当前层网格高度变化量；（2）当前层网格以
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X773

【参考文献】