【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及固体废物焚烧处理，更具体的说是涉及一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法及系统。
技术介绍
1、固体废物处理处置是“污染防治攻坚战”和建设“无废城市”的重要环节。垃圾焚烧污染物中nox是一个主要的危害源，其中no占所产生氮氧化物总量的90-95％。no是导致酸雨的重要因素之一，其产生的酸性物质能够腐蚀建筑物表面，酸化水源和土壤，进而对农作物的生长产生不利影响。
2、垃圾在炉排炉上燃烧可分为床层气固两相燃烧和炉膛气相燃烧。床层可视为由大块固体堆积组成，空气从炉排下方通入，垃圾在炉排上经历蒸发、挥发、燃烧、燃尽等阶段。床层顶部的气体进入炉膛气相，可燃气体在二次风注入后充分燃烧，释放大量热量。借助商用软件ansys fluent可以有效地模拟炉膛气相部分nox污染物浓度的分布状况，炉膛燃烧产生的热辐射反作用于床层反应。目前，鲜有对n类物质形成基本机理进行详细解释，并对炉排炉燃烧过程中使用解耦燃烧技术对nox污染物进行模拟预测。
3、因此，如何有效地预测和控制nox等气体污染物的生成就显得尤为重要。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，以解决
技术介绍
中的问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一方面，本专利技术公开了一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，包括如下具体步骤：
4、建立床层模型：按照垃圾燃烧的步骤建立垃圾燃烧
5、床层模型迭代求解计算：输入垃圾原料理化特性和焚烧炉排炉运行工况数据，模拟解耦燃烧工况，研究不同配风、风量变化、热解区温度、燃烧区温度对燃烧的影响，利用simple算法求解气固两相的n-s控制方程模型，预测炉排上nox污染物的生成规律；
6、床层耦合炉膛计算：将求解床层模型计算出的计算结果进行整理，将床层顶部的数据编写入数据表，通过炉膛模型底部边界入口输入计算；其中数据表，耦合床层和炉膛的坐标，假设在床层部分的各网格中，温度、速度及不同组分的浓度与其位置坐标为线性相关的关系，将床层代码中床层顶部模拟的计算结果，包括烟气的温度、速度、烟气各组分的浓度，输入数据表中，通过数据表导入炉膛边界，作为炉膛气相燃烧反应的入口的边界条件；
7、优选的，在上述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法中，按照垃圾燃烧的步骤建立垃圾燃烧模型具体步骤如下：
8、水分蒸发反应发生在垃圾入炉初期，垃圾中的水分蒸发成水蒸气，建立水分蒸发模型；
9、水分蒸发后进入挥发分析出阶段，垃圾从固相转化为气相，建立挥发分析出模型；
10、挥发性气体co、co2、ch4、h2、nh3、no、h2s、hcn、hnco、hcl的析出后与与氧气发生燃烧反应，建立挥发分燃烧模型；
11、随着挥发分的析出与燃烧，固相中不可挥发可燃分转化为固定碳，在高温下发生氧化反应，建立固定碳燃烧模型。
12、优选的，在上述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法中，建立气固两相的n-s控制方程模型包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和化学组分反应方程。
13、优选的，在上述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法中，所述动量守恒方程为：
14、
15、式中，p为气体压力，pa；k为多孔介质的渗透性；β为阻力系数，根据粒径dp和空隙率φ进行计算；其中等式右边代表压力对流体流动的影响；代表粘度对流体流动的影响；-βρgu2代表气固表面阻力对流体流动的影响。
16、优选的，在上述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法中，所述质量守恒方程，在一个时间步长内燃烧反应会消耗可燃组分，生成氧化产物，通过质量守恒方程计算气相与固相组分；
17、气相：
18、
19、固相：
20、
21、式中，ρg为气体密度，kg/m3；u为气体流速，m/s；ρs为固体密度，kg/m3；sg为方程中的源项，其值为从固体到气体的水分蒸发、挥发分析出和固定碳氧化的反应速率的总和，φ为固体的空隙率。
22、优选的，在上述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法中，所述化学组分反应方程，对于床层上燃烧过程中产生不同气体组分浓度，计算方法如下：
23、
24、其中yig为对应所考虑的各个气体的质量分数，sig是相应气体种类的源项，dig是根据速度和固体原料颗粒直径计算的扩散系数；
25、对于固相，其化学组分反应方程表示为：
26、
27、式中，ρis是不同固定相(包括水分、挥发份、固定碳和灰分)的密度，sis是固相组分方程中的源项；
28、优选的，在上述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法中，所述能量守恒方程，模型假定床层中气相的温度等于固相的温度，气相和固相的能量方程统一表示为：
29、
30、式中，cps为固体比热容，cpg为气体混合物的热容，是不同气体的比热容的加权和，keff为床层上的有效导热系数；st为能量守恒方程中的源项表达式，主要由各个反应的反应焓和反应中各物质的显焓组成。
31、优选的，在上述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法中，利用simple算法求解气固两相的n-s控制方程模型，预测各类n类污染物变化趋势，具体步骤如下：是通过压力连接变量，在交错网格上忽略相邻点速度修正影响对猜测压力修正，通过迭代运算求解出压力、速度与其他变量的求解方法；
32、初始化参数设置需输入垃圾原料理化特性和焚烧炉排炉运行工况，床层高度、气体流速、一次风氧气含量、炉膛压力、床层温度、炉膛温度；将计算区域网格化，并将垃圾焚烧炉排炉初始参数与求解变量离散至控制体与节点中。
33、优选的，在上述的一种垃圾焚烧炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法中，simple算法在假设速度场与压力场无关联的前提下，首先需要压力的猜测值与初始速度分布，通过压力的猜测值和动量方程求解出速度的猜测值；其次通过修正值建立速度和压力的连接真实值与猜测值的修正方程，近似忽略相邻节点压力修正量对主节点的影响；接下来将修正后的压力与速度代入离散化的连续性方程，与修正方程联立求解修正压力；然后通过修正压力计算压力和速度的真实值，通过离散组分方程和能量方程等计算所需求解变量；最后检查计算结果是否收敛，若不收敛则将结果作为初始猜测值输入到下一个迭代步的开端，计算至收敛后将结果输出。
34、另一方面，本专利技术公开了一种垃圾焚烧炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮系统，应用上述方法，包括：
35、床层模型建立模块：按照垃圾燃烧的步骤建立垃圾燃烧模型，利用所述垃圾燃烧模型建立气固两相的n-s控制方程模型，并本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，按照垃圾燃烧的步骤建立垃圾燃烧模型具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，建立气固两相的N-S控制方程模型包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和化学组分反应方程。
4.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，所述动量守恒方程为：
5.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，所述质量守恒方程，在一个时间步长内燃烧反应会消耗可燃组分，生成氧化产物，通过质量守恒方程计算气相与固相组分；
6.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，所述化学组分反应方程，对于床层上燃烧过程中产生不同气体组分浓度，计算方法如下：
7.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦
8.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，利用SIMPLE算法求解气固两相的N-S控制方程模型，预测各类N类污染物变化趋势，具体步骤如下：是通过压力连接变量，在交错网格上忽略相邻点速度修正影响对猜测压力修正，通过迭代运算求解出压力、速度与其他变量的求解方法；
9.根据权利要求8所述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，SIMPLE算法在假设速度场与压力场无关联的前提下，首先需要压力的猜测值与初始速度分布，通过压力的猜测值和动量方程求解出速度的猜测值；其次通过修正值建立速度和压力的连接真实值与猜测值的修正方程，近似忽略相邻节点压力修正量对主节点的影响；接下来将修正后的压力与速度代入离散化的连续性方程，与修正方程联立求解修正压力；然后通过修正压力计算压力和速度的真实值，通过离散组分方程和能量方程等计算所需求解变量；最后检查计算结果是否收敛，若不收敛则将结果作为初始猜测值输入到下一个迭代步的开端，计算至收敛后将结果输出。
10.一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮系统，应用所述权利要求1-9任一项所述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
2.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，按照垃圾燃烧的步骤建立垃圾燃烧模型具体步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，建立气固两相的n-s控制方程模型包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和化学组分反应方程。
4.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，所述动量守恒方程为：
5.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，所述质量守恒方程，在一个时间步长内燃烧反应会消耗可燃组分，生成氧化产物，通过质量守恒方程计算气相与固相组分；
6.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，所述化学组分反应方程，对于床层上燃烧过程中产生不同气体组分浓度，计算方法如下：
7.根据权利要求3所述的一种垃圾焚烧炉排炉床层耦合炉膛解耦燃烧控氮方法，其特征在于，所述能量守恒方程，模型假定床层中气相的温度等于固相的温度，气相和固相的能量方程...
【专利技术属性】
技术研发人员：马文超，覃思源，谷天宝，马晨，刘旭，齐亚乌尔拉赫曼，李松林，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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