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城市生活废弃物产量的逐年攀升使得"垃圾围城"的现象日趋严峻,垃圾焚烧热处理做为一种减量化,无害化,资源化的城市垃圾处理方式,在中国正进入市场化全面发展的阶段。炉排炉焚烧技术能有效适应中国垃圾水分多,组分差异大的特性,目前正向着大容量的趋势发展。计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟相较于试验等研究手段具有经济、高效、安全的优势。为指导大型垃圾焚烧炉排炉的结构设计和运行,提高燃烧效率,降低污染物排放,提高运行安全性,本文采用CFD数值模拟方法对该类垃圾焚烧炉排炉进行研究。以500t/d的大型炉排炉为研究对象,首先建立垃圾焚烧炉排炉的物理模型,再分别通过FLIC软件模拟床层的固相燃烧过程,以及ANSYS FLUENT模拟炉膛的气相组分燃烧过程。此外,通过ANSYS FLUENT结合选择性非催化还原(selective non-catalyticreduction,SNCR)的23步详细反应机理模拟炉膛内的SNCR反应过程,计算得出炉内SNCR技术脱硝效率为51.2%。本文还通过光大南京500 t/d垃圾焚烧炉排炉的现场试验,测量在BMCR工况下的炉膛温度分布与出口气体组分浓度信息进行对比验证。试验数据与模拟结果的吻合良好,佐证了炉膛热态燃烧模拟方法及SNCR详细反应机理的正确性。基于前述工作基础,本文对一台750 t/d垃圾焚烧炉排炉进行配风优化模拟研究,结果显示,通过在炉拱下方增加下二次风能对炉膛前、后炉拱形成包覆作用,有效阻挡高温烟气对炉拱壁面的冲蚀;炉膛上二次风对冲布置或适当增大二次风风速(从45m/s增大至65 m/s)均能有效促进烟气混合,提高炉膛烟气的充满度,改善温度分布的均匀性;此外上二次风对冲布置较错列布置能进一步提高烟气停留时间,降低炉膛出口 CO浓度。本文介绍了一种新型超低氮排放炉排炉垃圾焚烧运行模式(VLN),模拟结果表明,VLN模式较普通模式能有效降低约39.6%的NO排放量。本文还对VLN喷口高度、VLN喷口下倾角、下二次风下倾角等参数进行工况优化,结果显示当VLN喷口高度与下二次风喷口高度相距3 m,VLN喷口下倾角为0°,下二次风下倾角为75°时,燃烧运行状况最优。

关键词：垃圾焚烧炉排炉 SNCR 超低氮排放数值模拟

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