二次风对垃圾焚烧炉燃烧影响的数值模拟

图7与图8为加二次风时焚烧炉烟气温度与停留时间分布。由图8可知,截面平均温度为1190K,锅炉整体温度较高。与无二次风相比,锅炉的整体温度提高了47K。二次风对气相燃烧作用明显,含有可燃挥发分的烟气与二次空气充分混合、燃烧,使炉内温度进一步升高,在二次风喷枪前炉膛中心部位的炉温达到最高,最高温度为1623K。

反应过程都需要一定的反应时间,因此,停留时间也决定着燃尽程度[4]。在有氧条件且温度高于800℃,增加烟气的停留时间以提高燃尽度。

由图8可得,大部分烟气的停留时间为2～5s,烟气平均停留时间3.7s,较无二次风的2.8s提高了0.9s,烟气在炉膛内停留时间变长。锅炉二次风设计比较合理,可以提供比较好的烟气混合,使烟气在炉膛的高温区停留较长时间,从而保证可燃组分的充分燃烧。

结合图7与图8可知,增加二次风后,焚烧炉烟气的温度与停留时间可充分满足二噁英控制的要求。

图9为判断燃烧是否充分的CO与O2质量浓度分布图。从CO浓度分布图可知,CO主要在二、三段炉排生成,该区域为垃圾焚烧主燃区。主燃区缺氧现象严重,燃烧不充分,CO浓度达到最高。在二次风作用下,释放到上层烟气中的CO

与O2充分混合,进行二次燃烧。第四段炉排为燃尽区,炉排上垃圾成分主要为灰渣,垃圾及烟气中可燃组分较少,CO基本不生成。

CO在炉膛内燃烧充分,锅炉出口处CO浓度基本为零。由O2浓度图可知,由于CO燃烧过程中消耗大量的O2,在CO浓度高的地方也是O2含量最少的地方。另外,通过出口烟气中的O2含量可以判断燃烧状况,当出口烟气中O2含量较高时,有利于烟气中可燃组分充分燃烧。

从O2浓度分布图可看出锅炉出口处O2充足,能保证CO等可燃物的充分燃烧。增加二次风后,可燃组分在炉膛内可以进行充分有效燃烧。二次风布置达到了比较好的效果,为焚烧炉提供了更好的燃烧状况。

3结语

(1)通过对焚烧炉燃烧的数值模拟,可得到烟气在焚烧炉内停留时间与温度及组分分布,从而对焚烧炉的燃烧状况及二噁英控制进行有效判断。

(2)无二次风时,可燃组分在炉膛内燃烧不完全,温度分布不均匀,不利于防止二噁英在炉内生成。

(3)优化布置二次风喷嘴后,可燃组分在锅炉内燃烧状况良好,停留时间及温度分布满足二噁英控制的需要。

参考文献略

《华东电力》作者：黄昕,黄碧纯,纪辛,叶代启,罗翠红

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