干货|垃圾焚烧炉炉拱改造与燃烧优化的数值模拟-第2页-北极星火力发电网

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式中：F(ug)、F(vg)是表示气体在床层停留时间的函数，可通过Ergun方程求解。

式中：d为固相颗粒直径(m);E0为有效扩散系数;H为焓(J/kg);Q为热源(w/m3) ;S为质量源项 (kg/m3˙s);t为时间(s)，T为温度(K)，u为x轴速度(m/s);v为y轴速度(m/s);x为炉排方向(m);y为床层高度方向(m);Y为组分的质量分数;ρ为床层的大体积密度(kg/m3);λ为热导率(W/m˙K);φ为垃圾层空隙率。下标中：b为床层;g为气体;i为物质种类;s为固相;sb为大体积密度。

求解上述方程，即可获得床层的气体温度、固体温度以及各气体的组分、温度、速度随炉排长度或停留时间的变化。

在炉膛内部，主要考虑的是流动混合问题，模拟过程的基础是气相质量、动量和能量输运的守恒方程，以及描述流动混合、辐射换热以及化学反应的子模型。详细计算步骤参照Fluent用户手册。

边界条件设置

将FLIC软件模拟计算得到的床层烟气中各组分浓度及温度沿炉排长度方向的分布作为炉膛燃烧的边界条件，以Profile方式导入。控制方程采用Simple算法求解;气相燃烧过程采用涡耗散概念模型(eddy dissipation concept model，EDC);端流粘度模型采用标准双方程模型;辐射传热采用离散坐标辐射模型(discrete ordinates，DO)。

计算结果分析

原始炉型的模拟结果与分析

1.原始炉型结构简图

根据该焚烧炉实际结构进行几何建模，计算对象如图2所示。为满足计算精度要求，采用结构化网格对计算对象进行网格划分。

2.床层模拟结果

图3是FLIC软件模拟计算得到原始炉型床层表面气相和固相温度沿炉排长度方向的分布。湿垃圾投入焚烧炉后，水分在炉膛火焰的辐射热和固体垃圾与一次风对流传热的双重作用下首先蒸发，随后开始热解过程，伴随挥发分释放、燃烧，释放大量热量。由图3可知，床层表面气相的温度随着水分的蒸发、挥发分与焦炭的燃烧而不断升高。由于垃圾成分的复杂性，易挥发的成分首先释放，燃烧并释放热量，造成温度出现波动。随着挥发分大量释放与燃烧，在炉排长度的2/3左右，气相温度达到最高值1040K;而固相由于含水率较高，温度升高较为缓慢，达到最高温度的时间滞后于气相。随着挥发分和固定碳的燃尽，床层表面气相温度逐渐降低，而对应的固体温度由于受到炉膛高温烟气的辐射作用，温度依然较高。

原标题：【研究】垃圾焚烧炉炉拱改造与燃烧优化的数值模拟

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