摘 要

本文采用FLUENT软件，以某实际日产5000 t/d的涡旋式分解炉为研究对象进行了数值模拟。采用Standard k-ε湍流模型、DPM模型和组分运输模型模拟了分解炉内部的气相流场、气固二相流场、煤粉/RDF单独燃烧、煤粉与RDF混合燃烧以及燃料燃烧与碳酸钙分解的耦合情况，利用FIELDVIEW、CFD-Post、Tecplot、Origin等后处理软件，获得了分解炉内的气流流线图、气流速度场、颗粒轨迹图、温度场、各组分浓度场、各组分浓度曲线图、挥发分与焦炭燃烧速率、燃料燃烬率、生料分解率和NO还原率等，剖析了煤粉与RDF的燃烧特性，煤粉与RDF混烧对NO还原的影响以及RDF品质、RDF掺混比例对分解炉中NO还原情况的影响。

研究结果表明：煤粉与RDF混合燃烧跟纯煤粉燃烧相比更有利于NO的转化（被还原）。改变RDF掺混比例，NO还原率也跟着变化，其中掺混比例为20%时NO还原率最高，掺混比例为80%时NO还原率最低。另外，改变RDF种类对NO的还原效果影响不大，表明RDF品质变化时分解炉内的燃烧性质具有较好的稳定性。其中，C元素含量最高的1#RDF与煤粉混烧时NO的还原率略高，对NO的还原效果最好。

关键词：分解炉；数值模拟； 煤粉；RDF；混烧； NO

Abstract

In this paper, with the help of the analyzing software named FLUENT, we did some numerical simulations to an eddy-current precalciner with 5000 t daily output in Zigui, Hubei. Utilizing Standard k-ε turbulence model, DPM model and species transport model, we simulate gas flow field, gas-solid two-phase flow field, the combustion of pulverized coal alone, RDF alone and pulverized coal mixed with RDF, and the coupling of combustion and decomposition after adding CaCO₃ to the precalciner in this 3 conditions. Then, with the use of several post-processing software, like FIELDVIEW, CFD-Post, Tecplot and Origin, we obtained some results such as gas flow chart, particle trajectory chart, velocity field, temperature field, concentration field of each component, concentration curve of each component, combustion speed of volatile and coke, burn-off rate of fuel, decomposition rate of raw material and NO conversion rate, etc. At last, the combustion characteristic of pulverized coal and RDF, the effect of the co-combustion of pulverized coal and RDF on the reduction degree of NO, the effect of the specie of RDF and the blending ratio of RDF on the reduction degree of NO are analyzed.

It is clearly indicated in this paper that co-combustion of pulverized coal and RDF takes more advantage of the reduction degree of NO compared with the combustion of pulverized coal alone. Besides, the reduction degree of NO changes along with changing RDF blending ratio. When the RDF blending ratio is 20%, the degree of reduction NO is highest. When the RDF blending ratio is 80%, the degree of reduction NO is lowest. Additionally, the difference of RDF species has little effect on the reduction degree of NO. It shows that combustion in the precalciner is stable when the RDF species changes. Finally, the reduction degree of NO is a bit higher when pulverized coal co-combust with 1# RDF with the highest carbon content.

Key word: precalciner; Numerical simulation; coal; RDF; Co-combustion; NO

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 RDF与煤粉混烧研究现状 2

1.3 RDF技术在水泥行业中的应用 2

1.4 本文研究内容 3

第2章 模型与数值方法 4

2.1 几何模型 4

2.2 数学模型 5

2.3 边界条件 5

2.4 求解方法 6

第3章 分解炉中燃烧与分解过程的数值模拟 7

3.1 气相流场 7

3.2 气固二相流场 8

3.3 煤粉与RDF在分解炉内燃烧反应特性研究 10

3.4 煤粉和RDF共燃与分解耦合过程的研究 13

3.4.1 煤粉与RDF共燃过程的模拟研究 13

3.4.2 煤粉与RDF共燃与生料分解耦合过程的模拟研究 14

3.5 本章小结 15

第4章 煤粉与RDF混合燃烧时NO_x的还原转化 16

4.1 混烧时NO还原过程的模拟研究 16

4.2 煤粉与RDF混合燃烧对NO的还原过程的影响 17

4.3 本章小结 20

第5章 煤与RDF共燃时对NO还原的影响因素研究 21

5.1不同RDF掺混比例的影响 21

5.2不同种类RDF的影响 24

5.3 本章小结 28

第6章 结论与展望 29

6.1 结论 29

6.2 展望 29

参考文献 31

致谢 34

第1章 绪论

1.1 引言

随着城镇化速度的不断加快，城市生活垃圾的产生量也在大幅度增加，因此，生活垃圾的处理问题越来越受重视。目前，垃圾分类、回收，焚烧发电技术，垃圾气化技术、垃圾综合治理技术等垃圾无害处理方式逐渐成为垃圾处理的主流发展趋势^[1]。然而这些处理方式大多存在成本较高、利用率低或者仍然存在环境污染隐患的问题^[2]。其中，垃圾焚烧处理的方法占地面积小、减量比大且处理迅速等优点使得其应用最为广泛^[3-4]。据统计，截止2015 年底，全国生活垃圾焚烧处理设施无害化处理能力为21.6 万t/d，占总处理能力的32.3%^[5]。生活垃圾燃烧不稳定、利用率低、污染物排放量大等缺点推动人们对生活垃圾进行后处理，生产出一款可做替代燃料的城市垃圾制品。于是，垃圾衍生燃料技术出现了。

垃圾衍生燃料(Refuse Derived Fuel,简称RDF)是一种将城市生活垃圾经分拣、破碎、发酵、干燥、加入添加剂、压缩成型等工序制得的新型固体燃料。RDF作为燃料具有的易于运输、热值高、燃烧稳定、二次污染低和二噁英类物质排放量低等优点^[6-7]，使其在替代燃料领域越来越受到重视。有研究表明：50%的城市生活垃圾都是可以转变成RDF的，因此RDF技术可以有效合理地解决城市生活垃圾问题^[8]。RDF技术是一种新兴的可靠的垃圾处理方式，同时也可作为火力发电、供热锅炉、水泥制造等的替代燃料，有利于帮助缓解当前一次能源日渐枯竭的危机。目前，RDF技术已在美国、日本、欧洲等一些发达国家得到了应用^[9-13]。在国内有关RDF技术应用的研究和报道也越来越多，但相对来说与国外相比还不够成熟^[14-18]。