火焰輻射對垃圾焚燒爐燃燒特性影響的數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文綜述了垃圾焚燒技術(shù)的研究現(xiàn)狀,闡明了我國垃圾焚燒技術(shù)存在的問題,在此基礎(chǔ)上介紹了所開發(fā)研究的高溫空氣垃圾焚燒爐的結(jié)構(gòu)特點,建立了高溫空氣垃圾焚燒爐全系統(tǒng)的包括流動、傳熱、混合、燃燒化學(xué)反應(yīng)以及火焰輻射的三維數(shù)學(xué)模型,對燃燒室結(jié)構(gòu)、高溫空氣噴入方式以及各種動力參數(shù)條件對燃燒室溫度場、流場、燃燒產(chǎn)物濃度場以及NOx生成的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。針對高溫空氣垃圾焚燒過程的特點,特別是垃圾熱分解混合氣體中存在大量輻射氣體組分的特點,重點研究

2、了火焰輻射及其再吸收對焚燒室內(nèi)火焰結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性以及NOx污染物生成的影響規(guī)律,為高溫空氣垃圾焚燒裝置的仿真模擬與優(yōu)化設(shè)計提供了依據(jù)。 本文的研究內(nèi)容主要包括以下兩部分： (1)建立了考慮詳細(xì)輻射頻譜特性的統(tǒng)計窄帶火焰輻射模型。模型中根據(jù)輻射氣體的物理性質(zhì),分別計算隨邊界溫度、火焰厚度、垃圾熱分解混合氣體各組分的濃度等參數(shù)變化時對應(yīng)各個波長段的輻射強度和透射率。用FORTRAN語言編制了應(yīng)用DOM(discrete ord

3、inate method)方法、窄帶輻射統(tǒng)計模型求解火焰輻射熱損失的計算程序。通過對統(tǒng)計窄帶輻射模型和光學(xué)薄模型的分析計算,解明了輻射成分濃度、壁面溫度、火焰厚度等參數(shù)變化時輻射再吸收對火焰輻射熱損失的影響規(guī)律。在詳細(xì)計算火焰輻射頻譜特性的基礎(chǔ)上,得到了應(yīng)用于實際高溫空氣垃圾焚燒系統(tǒng)仿真模擬所需要的垃圾焚燒熱分解混合氣體對應(yīng)各個波長段的輻射特性。 (2)建立了包括流動、傳熱、混合、燃燒化學(xué)反應(yīng)以及火焰非灰輻射的高溫空氣垃圾焚燒爐

4、全系統(tǒng)三維數(shù)學(xué)模型,并對其燃燒過程及NOx生成過程進(jìn)行了數(shù)值解析。解析模型為：湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、輻射模型采用DO(DiscreteOrdinates)模型、燃燒模型采用平衡混合分?jǐn)?shù)PDF模型；針對高溫空氣垃圾焚燒過程熱分解混合氣體中存在大量輻射氣體組分的特點,重點研究了火焰輻射的影響。分別采用絕熱模型(無輻射)、灰氣體輻射模型、非灰氣體輻射模型對焚燒室溫度場、流場、燃燒產(chǎn)物濃度場以及NOx生成進(jìn)行了解析計算。 通過研究

5、得到了邊界溫度,火焰厚度,熱分解混合氣體濃度對火焰輻射熱損失的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)：火焰厚度和邊界溫度對輻射熱損失影響很大,CO2體積分?jǐn)?shù)的增加導(dǎo)致輻射再吸收作用的增強,光學(xué)薄模型過高估計了輻射熱損失。因此,對城市垃圾及固體廢棄物焚燒過程進(jìn)行數(shù)值解析及仿真計算時,需要考慮輻射介質(zhì)的頻譜特性和輻射再吸收。 通過對高溫空氣垃圾焚燒爐內(nèi)各種動力參數(shù)條件下的燃燒室溫度場、流場和燃燒產(chǎn)物濃度場進(jìn)行數(shù)值模擬分析,總結(jié)了火焰輻射對爐膛內(nèi)溫度以及