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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

网络首发||陈彤教授: 垃圾焚烧炉协同焚烧工业固废的数值模拟研究

2023-07-24

创新点

01

对比了掺烧工业固废与单独焚烧生活垃圾工况下焚烧炉内速度场、温度场分布情况

02

探究了掺烧工业固废对炉内热传递的影响,计算了不同工况下炉膛壁面的传热系数;

03

分析了掺烧工业固废对污染物排放的影响,并解释了炉内SO2的生成量增高的可能原因。

作者简介

陈彤  教授

浙江大学能源工程学院教授,博士生导师。主要研究方向为废弃物热处置过程中污染物的生成机理、控制技术及污染土壤修复技术。美国Air&Waste Management协会会员,承担国家重点研发计划课题/子课题、国家自然科学基金、国家863计划子课题、省部级科技计划以及企业重大横向科研项目20余项,发表学术论文80余篇,其中SCI论文44篇,授权国家发明专利7项,参编行业标准、团体标准2项,获浙江省科技成果2项,参编英文专著1本。获生态环保部环境保护科学二等奖1项。

垃圾焚烧炉协同焚烧工业固废的数值模拟研究


作者

蔡鹏涛1,陈彤1,2,*,张光学3,陈贝1,王宇春1

单位

1.浙江大学 热能工程研究所

2.浙江大学 嘉兴研究院

3.中国计量大学 能源工程研究所


基金项目

1.国家重点研究计划项目(2020YFC1910101)

2.国家自然科学基金创新研究小组(51621005)

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摘要

    针对某12t/d中试生活垃圾炉排炉,采用数值模拟的方法对工业固废掺烧时炉内全场传热传质情况进行了模拟,对焚烧过程中的速度场、温度场及包括CO、NOxSO2在内的污染物浓度场结果进行了分析。模拟结果表明,无论生活垃圾、工业固废单独焚烧还是两者混合掺烧,炉内速度场分布都相似,床层上部流速较低,整体流线分布均匀;焚烧主燃区都发生在一级炉排上,掺入工业固废使高温区范围扩大且前移,明显提高了炉膛壁面传热系数;掺烧工业固废会使含硫挥发分获得更多与氧发生反应的机会,使其在第一风室内大量生成SO2,而NOx的排放浓度变化不大。另外,在实际焚烧炉进行验证的结果表明掺入工业固废后温度有所上升,未完全燃烧的物料在竖井燃烧,尾气中的SO2浓度略有上升,NOx浓度变化不大,与模拟结果相符。

研究背景

工业固体废物的处置是现代社会面临的最具挑战性的环境问题之一。在我国,仅纺织行业每年产生固废量超过2000万t。工业固体废物处置不当会导致严重的环境问题,包括土壤和水污染、温室气体排放和疾病传播。对于大体量的工业固废,大多数处理方式的效果都十分有限。掺烧是处理高热值工业固废最简单、有效的方法。采用掺烧的方式协同处置工业固废可实现快速高效处置大体量工业固废,降低有毒污染物的排放,并通过高热值燃料的添加提升焚烧过程的整体效率。然而,工业固废与城市生活垃圾 ( Municipal Solid Waste,MSW) 的组分有所区别,元素组成也不同,混合过程可能会增加污染物的排放。不同类型工业固废的燃烧行为与MSW有显著差异,因此,在掺烧不同工业固废时需要相应地调整操作参数,以确保焚烧炉的稳定运行。
数值模拟在协同焚烧研究中具有重要意义,可对涉及的物理和化学过程进行深入了解。它可以预测系统在不同条件下的行为,有助于制定优化的焚烧策略。此外,数值模拟还可以深入了解有毒污染物的形成和排放,指导工业生产过程中的污染物排放控制。目前已有不少研究聚焦于协同焚烧效果的数值模拟研究,张军红等通过模拟发现添加不同比例的工业废塑料会使燃煤锅炉的高温区域迁移,并影响污染物的浓度,实际验证结果与模拟一致。谭建平通过数值模拟研究了工业电子废品掺烧对炉内NOx生成特性的影响,并发现工业废物的掺烧会影响整体燃烧效率并增加有毒污染物的排放。
因此,本文通过分析垃圾在炉排炉内的物化反应,对垃圾炉排炉协同焚烧工业固废过程进行数值模拟分析研究,获得协同焚烧工业固废对温度场、速度场的影响以及烟气中SO2、CO2等污染物浓度的变化规律,并在处置量12t/d的炉排炉上进行了验证,研究结果可为垃圾焚烧行业转型掺烧工业固废提供参考。

部分图片

图1 焚烧炉几何模型及网格


图2 焚烧生活垃圾炉内速度场分布


图3 实际焚烧生活垃圾炉内各点位温度

引文格式

蔡鹏涛,陈彤,张光学,陈贝,王宇春.垃圾焚烧炉协同焚烧工业固废的数值模拟研究[J/OL].能源环境保护:1-9[2023-07-18].https://doi.org/10.20078/j.eep.20230704.

CAI Pengtao, CHEN Tong, ZHANG Guangxue, CHEN Bei, WANG Yuchun.Numerical simulation study on co-incineration of industrial solid waste in a municipal solid waste incinerator[J/OL].Energy Environmental Protection:1-9[2023-07-18].https://doi.org/10.20078/j.eep.20230704.


编辑|姚情璐

审核|金丽丽

  责任编辑:宫在芹

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