垃圾焚烧炉排炉二次风配风的CFD优化模拟

通过观察对冲布置和错列布置方式下的炉膛宽度中心截面温度温度分布(见图6(a))，可以发现，两工况下炉排前端为水分蒸发区，因此温度偏低，而中间段为挥发分的燃烧区，温度上升，在中间区域达到最高温度，而且上炉膛部分也正位于该位置上方，高温烟气直接竖直向上，不需要沿着炉拱绕行，这样在一定程度上避免了炉拱壁温太高导致的结渣问题.

对比两工况下炉内温度场可以看出，温度分布并没有发生根本上的改变，仅表现出在上部炉膛的温度场分布稍有不同，说明上二次风的布置方式对于炉膛主燃区的燃烧状况影响甚微.上部炉膛的温度场分布稍有不同，对冲布置下，上炉膛温度降低较不明显，这说明炉膛烟气与上二次风混合更均匀，因此燃烧也就更完全.进一步反映了对冲布置提高燃尽率的作用.

图6变上二次风布置形式(错列、对冲)截面温度分布

观察高度y=10m下的高度截面温度分布图(见图6(b))，可以看出，对冲布置的温度场均匀性更优，在炉壁四周没有局部高温区的存在.这是因为对冲布置方式能使得前、后墙气流在中心汇聚，并且抵消部分动量后再向四周扩散，而不会因为气流残余动量导致高温烟气贴壁而形成局部高温区.

进一步统计出口O2体积分数φ(O2)、CO体积分数φ(O2)、烟气停留时间τ及炉膛喉部平均温度T0如表4所示.根据环保部《生活垃圾焚烧污染控制标准(GB18485-2014)》对炉排炉规定的炉膛设计相关参数[20]，在实际运行中，炉膛温度应≥850℃，炉膛出口φ(O2)≥6%，炉膛出口φ(CO)≤8.0×10-5，烟气在炉膛停留时间应≥2s.

表4变上二次风布置形式(错列、对冲)炉膛参数统计

从表4的统计结果来看，2个计算工况的计算结果均满足国标对垃圾焚烧炉的运行要求，从数值计算的角度验证了该炉型设计方案的可行性.分析组分布以及停留时间变化规律可知，对冲布置下炉膛喉部平均温度更低，出口O2体积分数和CO体积分数更低，烟气停留时间更长，这是由于对冲布置下，前、后墙上二次风动量抵消后，在主燃烧区形成了较大的扰动，整体烟速降低，也较大程度降低了喉部的烟温，烟气更好的混合使得新注入的氧气得到更均匀的分配，提高了燃烧效率，因此出口的CO体积分数较低.

3.3、上二次风风速的影响

计算得到工况3、4、5的炉膛迹线分布如图7所示，对比可以发现，上二次风风速越大，靠前墙侧漩涡尺度越小，涡团越饱满，从而可以看出上二次风速度对炉膛上部混合效果影响较大，风速越高，混合效果越好，炉膛充满度越高.这是因为上二次风风速的提高使得上二次风刚性增强，进入炉膛以后能有效地加剧喉部低速气流的扰动，使得炉膛内的气流分布更加均匀饱满.

图7变上二次风风速(45、55、65m/s)迹线分布

结合图8中y=12m高度截面竖直速度分布曲线可以看出，45m/s速度工况时回流区宽度以及烟气下行速度均最大，65m/s时平面整体呈现无回流区，随着速度的增大，平面竖直速度的峰值由后墙往前墙偏移.但当速度增至65m/s时，烟气上行速度出现明显的整体增大趋势.

图8y=12截面处沿x方向的平均竖直速度分布(45、55、65m/s)

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