信息来源：互联网   发布时间：2023-09-07

导读：CFD仿真技术在航空、汽车、电子行业应用广泛，随着垃圾焚烧过程机理研究的发展，该技术在垃圾焚烧炉设计方面开始显现出巨大的实用价值传统焚烧炉数值模拟采用单组分

 

导读：CFD仿真技术在航空、汽车、电子行业应用广泛，随着垃圾焚烧过程机理研究的发展，该技术在垃圾焚烧炉设计方面开始显现出巨大的实用价值传统焚烧炉数值模拟采用单组分模型，与实际测试结果相差较大，上海环境院联合上海交通大学、同济大学等高校开发的。

多组分（竹木、纸、橡塑、湿垃圾等）精细化数值模型，经过实炉测试，焚烧炉各处温度及组分计算值与实测值偏差低于3%采用该模型，形成了针对垃圾分类后高热值垃圾稳定燃烧的系列化、标准化焚烧炉扩容技术，经示范工程验证，垃圾处理量和蒸发量提升10%以上，效果显著。

一、垃圾焚烧炉设计开发为什么需要数值仿真技术？CFD仿真技术主要通过数值离散算法，求解N-S流动、辐射传热、物质扩散等方程，实现流场、温度场、组分场的分析，其实质为真实物理过程再现该算法在航空、汽车、电子行业应用广泛，随着垃圾焚烧过程机理研究的发展，CFD仿真技术开始在垃圾焚烧领域发挥重要作用，可采用数值仿真对垃圾焚烧炉、烟气处理中的半干式反应塔、干法反应器、布袋除尘器、湿式洗涤塔等关键设备的内部流场及化学反应情况进行分析计算。

尤其在垃圾焚烧炉的结构和配风方面，传统上垃圾焚烧炉采用容积热负荷、炉排燃烧速率、一烟道平均流速等指标进行炉膛容积、炉排面积计算，炉排各段配风和具体炉型则依据以往的项目经验进行修改优化；而数值仿真技术，则在一定程度上可实现焚烧工况的数值再现，展现某种设计或运行工况下的烟气流场、温度场、组分场，实现炉型及配风的精细化设计。

下文就传统研发路径及基于数值仿真的研发路径进行对比分析：（一）传统研发路径在传统焚烧炉设计过程中，主要采用机理实验-中试设备-工程验证-设计修改的研究路径主要有三方面劣势：1、中试设备投资大且与工程实际存在较大区别；。

2、工程验证后，如技术方案存在问题，焚烧炉改造费用高；3、整个研发路径耗时久，一项技术从研发到应用一般超过3年（二）以CFD数值仿真技术为核心的研发路径采用机理实验-CFD数值仿真-工程验证的方式，主要有三方面优势：。

1、采用CFD数值仿真验证技术方案合理性，无需中试工程设备投资；2、CFD数值仿真可对焚烧炉内流场、温度场、组分场全方面校核，技术优化后工程实施成功率高；3、一个设计或者运行工况，通过数值仿真验证仅需要3-7天，极大缩短了技术优化时间。

二、开发和应用垃圾焚烧炉多组分数值模型，可以实现垃圾焚烧过程精细化仿真（一）垃圾焚烧炉多组分仿真模型传统垃圾焚烧炉数值模拟采用单组分模型，将垃圾各组分理化特性参数均衡为同一种，依次经历干燥、挥发分燃烧、固定碳燃烧过程，该模型焚烧炉干燥段仅发生干燥。

但在实际焚烧过程中，竹木、纸类、塑料、湿垃圾等多组分理化特性差别大，湿垃圾在干燥段进行干燥的同时，纸类及塑料已经在炉膛火焰辐射的作用下发生燃烧，该过程已经被现场试验及观测所证实可见传统单组分模型与焚烧炉实际过程不符。

上海环境院联合高校，开发垃圾多组分模型，与传统单一组分模型相比较，能够精细化实现焚烧过程的再现经过实炉测试，前、后炉拱和炉膛中心等主要测点温度及组分偏差低于3%（二）烟气再循环和SNCR技术优化及实证通过数值仿真，优化再循环喷口位置及烟气量，经过实炉验证，有效提升烟气混合湍流度及挥发分高效燃尽，控制空气过量空气系数1.4以内；优化SNCR喷口位置、药剂浓度、喷雾流速等参数，形成一套最优设计、运行方案，脱硝效率提升10%以上，NO

X排放低于120mg/Nm3。

   烟气再循环比例优化                 SNCR药剂浓度分布（三）适应高热值垃圾新型焚烧储备技术开发通过数值仿真技术，针对高热值垃圾焚烧炉火焰中心温度过高等问题，开发垃圾焚烧炉高温低氧燃烧技术（ZL201610326967.8），最大程度实现燃烧均质化和温度场均匀分布，有效缓解焚烧炉内的结焦情况。

同时将NOx 的初始生成浓度控制在180mg/Nm3以内，远低于普通焚烧炉300mg/Nm3。

高温低氧燃烧技术仿真优化（图左，氧气浓度分布；图右，温度场分布）三、多组分焚烧炉仿真模型助力于垃圾焚烧炉扩容改造，可以显著提升焚烧效果（一）焚烧炉扩容改造背景简介随着垃圾分类的开展，垃圾热值快速提升2019年7月《上海市生活垃圾管理条例》实施以后，首月垃圾热值已经超过了3100 kcal/kg，相较于2018年平均值提升了约35%。

现有焚烧炉炉型主要为适应低热值垃圾设计，受纳高热值垃圾后，出现结焦加重、处理量下降等问题（二）技术开发及示范成效依托市科委《生活垃圾焚烧炉高效扩能与清洁焚烧智能控制技术研究及示范》，上海环境院联合金山焚烧厂、交通大学、复旦大学、同济大学等，采用多组分仿真模型作为辅助手段，完成适应于高热值垃圾的焚烧炉改造技术研发，同时结合余热锅炉、烟气净化、余热利用等全系统技术和装备扩容升级，形成系列化、标准化扩容技术方案，扩容增幅可分别实现3-5%、5-15%、15-20%。

经项目示范工程验证：垃圾处理量由400t/d提升至456t/d，提升比例约为14.0%、蒸发量提升比例约为19.5%在全国垃圾分类大背景下，垃圾热值提升为普遍趋势，该技术的研发将有更广阔的应用空间，为垃圾焚烧项目提供安全稳定运行保障，同时提升发电及减碳效益。

END作者简介张瑞娜，博士，高级工程师，现任上海环境院研究中心副主任刘泽庆，硕士，工程师，现任上海环境院研究中心研发工程师相关阅读喜报！上海环境院党委委员、副院长、城投研究总院见习院长邰俊成功入选2021年“上海产业菁英”高层次人才！。

标准规范|关于组织召开强制性工程建设规范《生活垃圾处理处置 工程项目规范》等标准宣贯会的通知“生活垃圾分类回收模式与智慧环卫关键装备”等项目成果系列报道——序章双碳目标、无废城市背景下，对国土空间规划体系下环境卫生专项规划编制的思考

BIM设计技术的应用价值及未来趋势持续8年！上海市市属垃圾处置设施运行对周边环境影响分析项目深入践行无废园区理念——洛阳市生活垃圾综合园区配套工程数智大脑，赋能精细化减碳——“固废碳管家”数字化平台四位一体、智慧监管——助力无锡生活垃圾末端处理设施绿色安全运营

市容环卫领域政策梳理与思考

免责声明：本站所有信息均搜集自互联网，并不代表本站观点，本站不对其真实合法性负责。如有信息侵犯了您的权益，请告知，本站将立刻处理。联系QQ：1640731186