垃圾焚烧炉燃烧优化及工程应用

作者简介

龙吉生，上海康恒环境股份有限公司创始人、董事长兼首席科学家，公派留日博士，享受国务院特殊津贴专家，上海市领军人才，国家发改委及财政部PPP专家，中国城市环境卫生协会副会长，我国垃圾焚烧技术行业发展带头人之一。
龙吉生博士专注垃圾焚烧发电与污染物控制领域近30年，主持国家重点研发计划项目2项、参加1项，完成国家级及省部级研究课题6项，参与国家、行业及地方标准制定7项，授权专利150项，发表论文40余篇，参编专著4部。曾获教育部科技进步奖一等奖、中国循环经济协会科技进步奖一等奖、华夏建设科学技术奖一等奖、全国商业科技进步奖一等奖、中国专利优秀奖等，并带领团队获得国家科技进步奖二等奖。

随着我国经济不断发展、人民生活水平稳步提高和城市化进程深入推进，生活垃圾产生量逐年增加。垃圾焚烧已成为我国生活垃圾无害化处置的主要方式，而机械炉排焚烧炉是垃圾焚烧行业所采用的主要炉型。对机械炉排焚烧炉进行深入研究与设计优化，对于垃圾无害化、减量化处置具有重要的应用价值。

由于不同地域、不同季节垃圾组分存在差异，同时机械炉排焚烧炉结构存在不同布置形式，各垃圾焚烧项目的燃烧、传热与流动特性也不尽相同。通过试验获得焚烧炉内燃烧、传热和烟气流动数据的方法，不仅周期长、费用高、重复性差，而且很难得到详细的局部信息。因此，研发人员难以通过试验的方式来有效改进设计，急需一种科学、准确、快速的研究方法辅助设计。

计算流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)作为一种先进的计算工具，经过近几十年的发展，被广泛应用于航空航天、车辆工程、大气环境、能源工程等各领域的工程研究上。与理论求解、试验验证等方法相比，CFD数值模拟具有成本低、速度快、资料完备、灵活性强，以及可根据需要设计不同工况等独特的优点。作为一种辅助分析方法，CFD数值模拟在机械炉排垃圾焚烧炉上的应用，有利于进一步深入研究炉内的燃烧、传热和烟气流动特性。

本书重点介绍机械炉排垃圾焚烧炉CFD数值模拟系列技术，并结合典型工程案例，说明其在燃烧优化和污染物控制方面的成效。作者建立了床层-炉膛实时耦合模拟计算模型，获得焚烧炉温度场、速度场、浓度场模拟数据，通过与垃圾焚烧厂运行试验数据对比，验证了模型的准确性。作者开发的参数化建模方法，实现了数值模拟辅助设计自动寻优，显著提高了模拟效率。

作者通过将理论与实践相结合、研发与生产相融合，在力求精简的基础上，为计算流体力学在机械炉排炉垃圾焚烧领域的应用作了系统且全面的阐述。本书成果已成功应用于生活垃圾焚烧厂焚烧炉燃烧过程分析、烟风管道流场诊断与设计、烟气净化系统设计优化、脱硝反应分析及新炉排研发设计上。

炉膛不同切面温度分布(单位：K)

再循环烟气喷嘴截面温度分布(单位：K)

本书详细介绍炉排式垃圾焚烧炉内的气固两相流动、传热和化学反应过程。第1章概述城市生活垃圾的性质和垃圾处理技术发展，重点介绍机械炉排式垃圾焚烧炉工作原理；第2章介绍垃圾焚烧过程的计算流体力学；第3、4章分别阐述床层-炉膛迭代耦合模拟和床层-炉膛实时耦合模拟两种方法；第5章介绍低氮燃烧与焚烧炉脱硝系统的优化设计；第6章介绍焚烧炉设计优化与燃烧优化的工程案例，全方位展示计算机模拟分析方法在炉排式垃圾焚烧炉的工艺设计和运行优化方面的应用前景。

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