【摘 要】
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在中国,城市生活垃圾的无害化处理进程在不断地推进,与之而来,焚烧带来的副产物飞灰量也越来越多。飞灰中富集了二噁英和重金属等有害物质,被列入《国家危险废物名录》。飞灰熔融处理技术具有减容减量、无害化、资源化等优点,目前被推广使用。富氧燃烧技术具有能耗低、成本低、环保效益好的优点被广泛应用于金属冶炼、玻璃熔炼等领域。针对焚烧飞灰熔点高、传热性能低、热熔融过程效率低等特点,将富氧燃烧技术应用到飞灰熔融处
【基金项目】
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基于垃圾焚烧飞灰的高性能保温材料制备关键技术研发及应用示范,广西科技厅-浙江大学创新合作专项（2020ZD003）; 大宗固体废物无害化、资源化综合处置关键技术研究及应用示范-高氟高氯有机固体废物高温裂解资源化技术及装备,浙江省科技计划项目（2020C03077）
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在中国,城市生活垃圾的无害化处理进程在不断地推进,与之而来,焚烧带来的副产物飞灰量也越来越多。飞灰中富集了二噁英和重金属等有害物质,被列入《国家危险废物名录》。飞灰熔融处理技术具有减容减量、无害化、资源化等优点,目前被推广使用。富氧燃烧技术具有能耗低、成本低、环保效益好的优点被广泛应用于金属冶炼、玻璃熔炼等领域。针对焚烧飞灰熔点高、传热性能低、热熔融过程效率低等特点,将富氧燃烧技术应用到飞灰熔融处理技术中,相对于空气燃烧,富氧燃烧火焰温度更高,烟气中三原子气体浓度提高,熔融炉炉内的辐射传热效果更好,同时降低燃料的燃点温度、减少燃尽时间和提高燃烧速率,能够大幅提高燃烧热效率,降低热损失,减少燃料用量。本文研究基础为自主研发设计的一套物料搅动式飞灰富氧熔融中试平台,采用理论计算、数值模拟分析与现场实验相结合的方式,研究了飞灰熔融炉内天然气富氧燃烧过程的温度分布、速度分布和NOx排放情况,为实际燃烧提供优化调整建议。对比模拟结果与实验结果,拟合状况较好。本文首先对飞灰熔融炉喷枪和炉膛结构进行抽象物理建模和网格划分,选用合适的数学模型进行计算,首先对单支天然气喷枪富氧燃烧进行了数值模拟研究并辅助实验验证,探究了氧浓度和过量空气系数等因素对燃烧的影响,燃烧温度随着氧浓度的增加而提高、随过量空气系数的增大先提高后降低,氮氧化物排放随着氧浓度和过量空气系数的增加先上升后降低,在60%的氧浓度和过量空气系数取1.1时达到峰值。其次本文进行了飞灰熔融炉内天然气富氧燃烧的数值模拟与试验研究,分析了不同喷枪数目、喷枪布置角度、氧浓度、过量空气系数对炉内燃烧的影响规律。结果显示,采用五角切圆布置的喷枪可以实现炉内温度的均匀分布,火炬射流刚性强;在结构设计上调整喷枪角度来减小切圆直径可以优化炉内燃烧工况;氧浓度增加,燃烧温度提高,在60%氧浓度下NOx排放最高;过量空气系数取1.2时可以提高燃烧温度的同时控制NOx排放较低。
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