二次風(fēng)對(duì)垃圾焚燒爐燃燒影響的數(shù)值模擬

北極星環(huán)保網(wǎng)訊:通過對(duì)垃圾焚燒爐二次配風(fēng)的數(shù)值模擬與仿真,可獲得和預(yù)測爐膛內(nèi)氣體燃燒的狀況,從而為焚燒爐二次風(fēng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供參考。利用CFD技術(shù),對(duì)某處理能力為750t/d的垃圾焚燒爐建立模型,模擬爐內(nèi)的氣相燃燒過程,研究二次風(fēng)對(duì)焚燒爐燃燒過程的影響。結(jié)果表明:無二次風(fēng)時(shí),焚燒爐內(nèi)燃燒不完全;通過對(duì)二次風(fēng)噴嘴的優(yōu)化布置,可燃組分在鍋爐內(nèi)燃燒狀況良好,停留時(shí)間及溫度分布滿足二噁英控制的需要。

關(guān)鍵詞:二次風(fēng);焚燒爐;氣相燃燒;數(shù)值模擬

爐排型焚燒爐以其技術(shù)完善可靠、容量大、對(duì)垃圾適應(yīng)性強(qiáng)、運(yùn)行維護(hù)方便、適合我國熱值低、含水率高的垃圾等特點(diǎn),在國內(nèi)垃圾焚燒發(fā)電廠中得到廣泛應(yīng)用[1]。

二次風(fēng)對(duì)鍋爐燃燒有著重要作用,它可以補(bǔ)充爐內(nèi)燃燒氧氣,加強(qiáng)煙氣混合,調(diào)整爐內(nèi)溫度場的分布。由于垃圾焚燒爐是一個(gè)非常龐大和復(fù)雜的系統(tǒng),很難通過實(shí)驗(yàn)手段對(duì)爐內(nèi)燃燒狀況進(jìn)行檢測,從而對(duì)二次風(fēng)位置進(jìn)行優(yōu)化布置。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)值模擬已成為燃燒過程研究及二次風(fēng)設(shè)計(jì)的重要手段。

應(yīng)用CFD技術(shù)可以方便地對(duì)焚燒爐內(nèi)燃燒狀況進(jìn)行模擬計(jì)算,并且可以方便的在爐內(nèi)不同位置布置二次風(fēng)噴嘴,花費(fèi)小、周期短、適用性強(qiáng),因而備受關(guān)注[2]。

本文利用CFD技術(shù),對(duì)廣州某垃圾焚燒電廠在建的國內(nèi)單臺(tái)容量最大的750t/d垃圾焚燒爐建立模型,研究二次風(fēng)對(duì)焚燒爐燃燒過程的影響,并對(duì)二次風(fēng)噴嘴的位置進(jìn)行優(yōu)化布置。

1計(jì)算網(wǎng)格與數(shù)值模擬方法

研究對(duì)象為一臺(tái)丹麥Volund制造的順流式垃圾焚燒發(fā)電鍋爐,處理能力為750t/d。爐排為空氣冷卻式,設(shè)計(jì)為四段,第一段是干燥區(qū)和點(diǎn)火區(qū),第二段是垃圾燃燒區(qū),第三、四段是燃燼區(qū)。爐排的四段全部為風(fēng)冷式。兩段燃燒爐排斜角為15°,燃燼爐排斜角為7.5°。

選取的計(jì)算域下至鍋爐冷灰斗入口,上至余熱鍋爐頂部,爐膛與余熱鍋爐高31.6m,爐膛橫截面尺寸為13.9m×9m,余熱鍋爐橫截面尺寸為5.1m×9m。

網(wǎng)格劃分采用分塊劃分的方法,既可以根據(jù)計(jì)算要求,對(duì)鍋爐不同的區(qū)域劃分為不同尺度的網(wǎng)格,又可減少整個(gè)鍋爐網(wǎng)格的總體數(shù)量,在保證計(jì)算精度條件下提高了計(jì)算速度。網(wǎng)格采用非結(jié)構(gòu)化四面體網(wǎng)格,并對(duì)二次風(fēng)噴嘴附近的網(wǎng)格進(jìn)行了局部加密,以降低偽擴(kuò)散引起的數(shù)值誤差,網(wǎng)格總數(shù)為815654,網(wǎng)格劃分如圖1所示。

焚燒爐垃圾床層上的氣相燃燒過程利用Flu-ent進(jìn)行模擬。流場計(jì)算采用RNGk-ε湍流模型,輻射模型選用DO模型,壁面采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù),各種氣體組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由組分輸運(yùn)模型求解,采用湍流—化學(xué)反應(yīng)相互作用模型來模擬氣相燃燒反應(yīng)。

采用Simple算法求解壓力—速度耦合方程,控制方程的離散采用一階迎風(fēng)格式,采用segregated求解器進(jìn)行方程的求解。

本文不考慮垃圾床層的燃燒,以試驗(yàn)所得到爐排上方緊貼燃料層的氣體成份分布、溫度分布作為入口邊界條件[3]。使用用戶自定義方程(udf)在入口邊界輸入氣相組分及溫度的函數(shù),入口CH4、CO、H2、O2、CO2與H2O平均質(zhì)量濃度分?jǐn)?shù)分別為0.13%、1%、0.01%、10.6%、12.2%與10.6%,入口平均溫度為1056K。

速度取常數(shù)1.7m/s。二次風(fēng)為常溫壓縮空氣,速度為60m/s,溫度為293.15K。余熱鍋爐出口采用outflow方式。

2計(jì)算結(jié)果與討論

煙氣停留時(shí)間與溫度是反映焚燒爐性能的重要指標(biāo)。較長停留時(shí)間與較高的溫度,能保證可燃組分在焚燒爐內(nèi)的充分燃燒。同時(shí),為有效防止二噁英類污染物的生成,垃圾焚燒爐應(yīng)滿足煙氣溫度在850℃即1123K以上,停留時(shí)間大于2s這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。在前述計(jì)算方法下,計(jì)算得到了無二次風(fēng)及有二次風(fēng)情況下焚燒爐的的溫度、煙氣停留時(shí)間及組分濃度分布。

延伸閱讀：

垃圾焚燒爐燃燒調(diào)整

垃圾焚燒現(xiàn)狀及焚燒爐型的技術(shù)比較

某垃圾焚燒發(fā)電廠煙氣凈化系統(tǒng)優(yōu)化方案比較