危险废物焚烧系统的数值模拟与试验研究

发布时间：2020-11-21 04:21

　　 随着我国经济的发展和工业化进程的加快,危险废物处置需求与处置能力不足间的矛盾日益突出。因焚烧法具有显著的减容、减重效果及无害化程度高等优点成为危险废物无害化处理的重要选择。由于我国对危险废物无害化处置起步较晚,缺乏有关集中焚烧处置设施建设后及设备更新改造后的运行和管理经验,大批处置设施的安全性和可靠性等方面问题逐渐凸显。因此,开展危险废物焚烧处置设施的运行及优化研究,确保其安全稳定运行,进而有效防止焚烧处置过程中的二次污染具有重要意义。基于此背景,本文以某30t／d规模焚烧处置设施为载体,采用数值模拟和现场试验相结合的方法,对危险废物焚烧系统的工艺设计和运行特性进行系统的研究,为危险废物的无害化处理和资源化应用提供有益参考。 论文首先以某30t／d规模集中焚烧处置设施服务覆盖的区域为研究对象,分析了该区域典型可燃危险废物的基础特性,建立了该地区危险废物基础特性数据库。接着,在对典型危险废物焚烧工艺过程简化分析的基础上,利用化工流程模拟软件Aspen Plus建立了典型危险废物焚烧工艺过程模型。并以30t／d规模的回转窑结合二燃室焚烧系统实际操作和设计参数作为输入,研究了给料量、过量空气系数等参数对焚烧炉运行特性的影响。该模型不仅可用于危险废物焚烧系统设计中的质能平衡计算,还可用于预测非设计工况下运行参数对焚烧系统、余热利用及烟气净化系统运行特性的影响。然后,采用FLUENT对回转窑结合炉排三段焚烧系统燃烧过程进行模拟,侧重分析了危险废物在焚烧炉内的流动和燃烧过程,并研究了不同配风对焚烧特性的影响,对于深入理解危险废物多段焚烧特性具有重要参考价值。 在对焚烧系统进行数值模拟的基础上,对上述30t／d规模的回转窑结合炉排焚烧系统的运行特性和污染物排放特性进行了工业试验研究。首先研究了给料速率和配风等主要参数对焚烧系统运行特性的影响。并对主要烟气组分进行了测定,重点分析了焚烧过程尾部烟道二恶英的生成及排放特性。接着对尾部烟道不同位置的飞灰进行了采样及特性分析；并研究了典型添加剂CaO和Si02以及气氛对焚烧飞灰熔融特性的影响；同时在自行设计建造的熔融试验台上对焚烧飞灰进行了熔融试验,研究分析了熔渣特性以及熔融过程中重金属的分布迁移规律,为后续飞灰熔融固化处理提供理论依据。 此外,论文对采用流化床焚烧处理羊毛脂、丙烯酸等工业固废进行了探索性研究,为流化床协同处理固废的法规制定提供了参考和依据。主要内容包括：(1)在0.5MW流化床焚烧炉中对丙烯酸酯生产过程中产生的废料进行单烧以及与煤混烧的试验,试验表明混烧有利于炉膛的均匀稳定燃烧,流化床焚烧炉能够满足此类高挥发分废料的处理要求。(2)以生活垃圾和煤混烧的400t／d循环流化床垃圾焚烧锅炉为依托,对某大型生物医药公司的羊毛脂废料进行混烧的工业试验,了解混烧该废料对垃圾焚烧炉燃烧特性和污染物排放特性影响,证实了羊毛脂废料代替燃煤作为垃圾发电辅助燃料的可行性,具有重要的工程应用价值。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2012
【中图分类】：X705
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 前言
    1.2 危险废物处理处置技术概述
        1.2.1 物理处理
        1.2.2 化学处理
        1.2.3 生物处理
        1.2.4 固化/稳定化处理
        1.2.5 热处理技术
        1.2.6 安全填埋处置技术
    1.3 焚烧在危险废物无害化处理中的应用
        1.3.1 国内外危险废物焚烧技术的发展
        1.3.2 我国和浙江省危险废物焚烧设施建设情况
        1.3.3 危险废物焚烧炉概述
        1.3.4 二次污染控制
    1.4 本文研究内容和意义
2 区域危险废物基础特性研究
    2.1 引言
    2.2 区域背景及危险废物集中处置项目简介
    2.3 焚烧配伍概述
    2.4 区域可燃危险废物基础特性研究
        2.4.1 废物类别
        2.4.2 典型废物基础特性分析
        2.4.3 废物混合特性
    2.5 本章小结
3 基于ASPEN PLUS的典型危险废物焚烧工艺模拟与应用
    3.1 引言
    3.2 ASPEN PLUS在废弃物热处置领域的应用
    3.3 危险废物焚烧工艺模型建立
        3.3.1 危险废物焚烧工艺简介
        3.3.2 危险废物焚烧工艺过程模拟
    3.4 30T/D规模危废焚烧系统计算实例
    3.5 模拟结果分析和讨论
        3.5.1 操作参数对燃烧温度的影响
        3.5.2 运行参数对焚烧炉出口烟气组成的影响
        3.5.3 余热利用及烟气净化系统运行参数计算结果
    3.6 本章小结
4 危险废物回转窑结合炉排三段焚烧的FLUENT数值模拟
    4.1 引言
    4.2 模型建立
        4.2.1 物理模型
        4.2.2 数学模型
    4.3 边界条件
    4.4 额定工况下焚烧系统模拟结果
        4.4.1 焚烧炉温度场分布
        4.4.2 气相组分浓度分布
        4.4.3 速度场分布
        4.4.4 湍流强度分布
    4.5 一、二次风配比对焚烧特性的影响
        4.5.1 温度场分布
        4.5.2 组分浓度分布
        4.5.3 速度分布
        4.5.4 湍流强度分布
    4.6 本章小结
5 30T/D规模危险废物焚烧工程示范及运行特性试验研究
    5.1 引言
    5.2 焚烧系统介绍
        5.2.1 焚烧系统概述
        5.2.2 焚烧系统设计参数
        5.2.3 焚烧系统设计性能
    5.3 焚烧系统运行特性试验
        5.3.1 试验目的
        5.3.2 测点布置及主要控制参数
        5.3.3 监测方法
        5.3.4 试验物料
    5.4 结果分析与讨论
        5.4.1 额定负荷运行结果
        5.4.2 给料速率对床温及烟气组分的影响
        5.4.3 配风对运行特性的影响
        5.4.4 烟气排放污染物的监测结果
    5.5 不同工况下二恶英生成和排放特性分析
        5.5.1 运行工况
        5.5.2 不同工况二恶英生成量
        5.5.3 烟气中PCDD/Fs同系物分布
    5.6 本章小结
6 危险废物焚烧飞灰特性及熔融试验研究
    6.1 引言
    6.2 危险废物焚烧飞灰特性研究
        6.2.1 焚烧飞灰的来源
        6.2.2 焚烧飞灰的基本理化特性及组成
        6.2.3 焚烧飞灰的重金属浸出特性
    6.3 焚烧飞灰熔融特性研究
        6.3.1 添加剂的选择
        6.3.2 添加剂对飞灰熔融温度的影响
        6.3.3 熔融气氛对飞灰熔融温度的影响
    6.4 焚烧飞灰熔融试验及重金属迁移分布研究
        6.4.1 熔融试验装置及试验方法
        6.4.2 飞灰熔渣基本特性分析
        6.4.3 熔融过程重金属迁移分布规律
    6.5 本章小结
7 典型高热值危险废物流化床焚烧试验研究与工业应用
    7.1 引言
    7.2 0.5MW鼓泡流化床焚烧丙烯酸废料试验研究
        7.2.1 试验系统
        7.2.2 试验物料
        7.2.3 试验方法
        7.2.4 结果与讨论
        7.2.5 小结
    7.3 400T/D循环流化床垃圾焚烧炉混烧羊毛脂废料试验研究
        7.3.1 试验系统
        7.3.2 试验物料
        7.3.3 试验过程
        7.3.4 结果与讨论
        7.3.5 小结
    7.4 本章小结
8 全文总结及工作展望
    8.1 引言
    8.2 本文主要结论
    8.3 本文主要创新点
    8.4 对未来工作的展望
参考文献
作者简历

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 张东平,李晓东,严建华,池涌,岑可法;垃圾在流化床中焚烧NO排放特性研究[J];燃料化学学报;2003年04期

2 王学涛,金保升,仲兆平,党小剑;添加剂对垃圾焚烧炉飞灰熔融特性的影响[J];锅炉技术;2005年03期

3 杜军,王怀彬,金霄;国内外垃圾焚烧炉技术概述[J];工业锅炉;2003年05期

4 马爱纯,周孑民,孙志强,李旺兴;氧化铝熟料窑内一维传热模型[J];冶金能源;2004年01期

5 李延吉,李爱民,高宁博;城市固体废弃物无害化焚烧的探讨[J];沈阳航空工业学院学报;2002年03期

6 王琪;段华波;黄启飞;;危险废物鉴别体系比较研究[J];环境科学与技术;2005年06期

7 聂永丰,刘富强,王进军;我国城市垃圾焚烧技术发展方向探讨[J];环境科学研究;2000年03期

8 李润东,池涌,李水清,王雷,严建华,岑可法;城市垃圾焚烧飞灰熔融DSC-DTA实验研究[J];环境科学;2002年04期

9 李现勇,肖云汉,蔡睿贤;城市垃圾焚烧处理的能源化技术分析[J];动力工程;2003年01期

10 马爱纯,周孑民,李旺兴;混联法氧化铝生产中熟料窑节能降耗的研究[J];冶金能源;2003年02期

相关博士学位论文 前10条

1 李诗媛;高浓度有机废液在流化床中焚烧处理研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

2 马爱纯;熟料窑内流动、传热和煤粉燃烧的数值模拟和优化研究[D];中南大学;2007年

3 李相国;预分解系统内流动、燃烧与分解的研究及数值模拟[D];武汉理工大学;2006年

4 沈逍江;医疗废物回转窑热解焚烧处置研究[D];浙江大学;2005年

5 任维;焦炭流化床燃烧条件下氧化亚氮生成机理的实验研究[D];清华大学;2003年

6 杨雷;水泥工业处理含重金属的危险废物的技术研究[D];武汉理工大学;2007年

7 黄本生;危险废物系统管理模式研究及应用[D];重庆大学;2004年

8 谭中欣;典型危险废弃物焚烧过程中无机污染物HCl和重金属的生成特性及其控制的机理研究[D];浙江大学;2006年

9 李建新;垃圾焚烧过程重金属污染物迁移机理及稳定化处理技术研究[D];浙江大学;2004年

10 刘刚;典型危险废物回转窑热处置特性和技术研究[D];浙江大学;2006年

相关硕士学位论文 前6条

1 刘鹏远;城市废弃物循环流化床气化—焚烧技术研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2007年

2 肖丽;电化学再生活性炭机理和影响因素的研究[D];北京化工大学;2006年

3 王晓峰;危险废物理化特性分析及其对废物焚烧的影响[D];同济大学;2006年

4 朱江;典型危险废弃物的热处置基础研究[D];浙江大学;2005年

5 刘晓峰;以循环灰为热载体的垃圾热解焚烧技术研究[D];中国科学院研究生院（工程热物理研究所）;2007年

6 周庆荣;重庆长寿危险废物处置场工程关键技术研究[D];重庆大学;2005年

本文编号：2892515