1．目的及意义

随着水泥行业的发展，水泥产量和消耗量正以惊人的速度增长，而水泥熟料生产中需要消耗大量的资源和能量，给环境带来了巨大的压力^[1]。利用城市废物、工业废物或其混合物制成替代燃料来更换一些常规燃料，并将其利用于水泥生产中得到了研究人员的广泛关注^[2-4]。分解炉作为燃料燃烧，热量交换和分解反应同时进行的新型热工设备，是燃料燃烧的主要场所^[5]。因此研究高原环境下生活垃圾在分解炉内的燃烧特性对实现水泥生产的绿色转型有着重大意义。

我国垃圾分类制度不健全且水分高，灰分高，热值低，常规空气下的焚烧技术都存在着焚烧不完全，污染难治理的问题，而高海拔地区气压低，空气稀薄，氧气含量低，使用常规的分解炉处理生活垃圾更是难上加难^[6-7]。高原情况下水泥窑的生产力仅能达到设计能力的80%，如何提升燃料的燃烧效率成为了提升生产能力的一个关键^[8]。国内外研究人员对于生活垃圾的燃烧特性进行了相关的研究，付哲等通过热重分析仪（TGA）对垃圾中最典型、最主要的可燃成分以及其混合组分在不同氧气浓度下的燃烧特性进行了研究，实验结果表明氧气浓度升高能有效地改善生活垃圾的燃烧特性，但水分含量过多会推迟生活垃圾的着火点使TG曲线滞后^[9]。Xu等人对造纸污泥的含水率对燃烧的影响进行了研究，发现造纸污泥含水量较高会导致局部高温，从而加剧焚烧炉内的结焦和腐蚀^[10]； Grammelis等通过对RDF进行TG试验对RDF的燃烧和热解特性展开了研究，研究过程中发现木质素在样品热解过程中的贡献最小,与褐煤相比，RDF样品活化能较高，燃烧效果更好^[11]。现在对生活垃圾燃烧特性的研究主要都集中在平原地区，目前燃烧过程依旧存在着燃烧不充分，易产生二噁英等有害物质，燃烧效率低等问题。高原地区低温低氧的特性会加剧这些问题，同时水泥生产对于燃料燃烧的效率有着更高的要求，所以研究高原环境下生活垃圾的燃烧特性对生活垃圾在水泥工业中的应用有着重要意义。

目前CFD技术在水泥行业的广泛应用也为我们的研究提供了许多宝贵的经验，梅书霞等人利用CFD技术研究了RDF和煤粉共燃过程中的相互影响，发现煤粉对RDF的燃烧具有促进作用^[12]；Ariyaratne等人以肉骨粉作为载体利用CFD技术研究了进料位置和燃烧颗粒尺寸对燃烧特性的影响^[13]；F. Wissing等人将常见的生活垃圾进行分类，利用CFD数值模拟技术分别对不同种类的生活垃圾在炉排炉内的燃烧特性进行了研究，并将模拟结果与实际垃圾焚烧厂垃圾燃烧的情况进行了对比研究^[14]。本论文将通过CFD技术模拟分解炉内气固二相的运动情况，来了解高原环境下燃料和生料在分解炉内的运动情况。

为了探究高原环境对水泥烧成系统主要热工设备的影响，需要对高原水泥厂进行热工标定。缪沾等人对高原预分解窑核心设备进行了系统的研究 并结合海拔高度2000m左右的水泥厂的实际运行情况进行了定量计算，来探究高原环境对水泥预分解窑核心设备的影响情况^[15]。赵青林等人通过对高原水泥厂进行热工检测，探究了高原环境影响煤粉燃烧的内在机制和高原环境对水泥烧成系统主要热工设备的影响^[16]。本文为探究高原环境对协同处理生活垃圾的水泥厂的主要热工设备的影响，拟对海拔接近2000m的某高原水泥厂进行热工标定。按照GB/T 26282-2010《水泥回转窑热平衡测定方法》的要求，对分解炉的基本工况的各个进出口的速度、温度、压力等进行测试 ^[17-18]。根据实际标定数据对窑炉进行物料平衡和热量平衡的计算和分析，了解高原情况下水泥窑炉的运行情况，找出存在的问题，从而对窑炉的热工制度、窑炉结构进行改进和完善，尽可能减小高原环境对水泥生产的影响。

本论文将生活垃圾进行分类，由于颗粒状的燃料更容易充分燃烧，所以我们将把分类后的生活垃圾制成干燥的颗粒状的样品，利用差热分析法模拟高原环境，对生活垃圾的燃烧特性进行研究。接着借助CFD模拟高原环境，通过对分解炉内的温度场、速度场、浓度场进行分析，研究高原环境下分解炉内气固二相的耦合情况。由于生活垃圾燃烧的特有的燃烧性质和高原特有的环境，我们需要对实际的高原水泥厂进行热工检测，探究高原环境对水泥窑炉主要热工设备运行工况的影响，结合实际工程中的数据和情况来判断研究结果是否适用于实际生产工作中。
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2. 研究的基本内容与方案

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2.1 基本内容

1．文献调研，了解国内外相关研究概况和发展趋势，了解选题与社会、健 康、安全、成本以及环境等因素的关系；

2．在了解高原环境特点的基础上，结合差热分析和CFD数值模拟方法，分析高原环境下生活垃圾和煤的混合、着火和燃烧的过程，分析海拔对其影响规律；

3．结合实际的工程检测数据，分析了高原环境下水泥窑协同处置生活垃圾时，烧成系统主要设备（窑、分解炉及预热器）工况的变化及应注意的问题；

4．分析总结数据，撰写毕业论文。

2.2 研究目标