四角切圓燃煤鍋爐摻燒印染污泥燃燒與NOx排放特性的數(shù)值模擬

殷立寶，　徐齊勝，　胡志鋒，　馬曉茜，　陳昱萌，　余昭勝

(1. 廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，廣州 510600；2. 華南理工大學(xué) 能源高效清潔利用廣東普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640)

?

四角切圓燃煤鍋爐摻燒印染污泥燃燒與NOx排放特性的數(shù)值模擬

殷立寶1，徐齊勝1，胡志鋒2，馬曉茜2，陳昱萌2，余昭勝2

(1. 廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院，廣州 510600；2. 華南理工大學(xué) 能源高效清潔利用廣東普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640)

采用Fluent軟件對(duì)四角切圓燃煤鍋爐摻燒不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)和不同含水率印染污泥時(shí)的燃燒特性和污染物排放特性進(jìn)行數(shù)值模擬.結(jié)果表明：隨著印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，爐膛整體溫度略有下降，而NOx排放體積分?jǐn)?shù)先顯著升高然后平穩(wěn)上升，其轉(zhuǎn)折點(diǎn)是10%印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)；當(dāng)含水率升高時(shí)，爐膛整體溫度略有下降，40%含水率工況下的爐膛出口平均溫度僅比10%含水率工況下低8.11 K；爐膛NOx排放體積分?jǐn)?shù)隨著含水率的升高而升高；結(jié)合爐膛的燃燒情況和NOx排放體積分?jǐn)?shù)，摻燒質(zhì)量分?jǐn)?shù)和含水率分別為10%和40%的印染污泥是可行的，二次風(fēng)配比從上到下的比例為3∶1∶2∶4的方式是最佳配風(fēng)方案.

燃燒特性； 摻燒； 印染污泥； 污染物； 數(shù)值模擬

隨著我國(guó)印染行業(yè)的發(fā)展，印染污水排放量與日俱增，僅廣東地區(qū)，每年產(chǎn)生的印染廢水量就達(dá)3億t以上[1]，處理印染廢水時(shí)產(chǎn)生大量印染污泥.目前，如何無(wú)害化、資源化處理印染污泥已經(jīng)成為越來(lái)越重要的課題.焚燒處理是有效處理污泥的一種主要方法[2]，這種方法能使其減量化、無(wú)害化.

國(guó)內(nèi)外在污泥單獨(dú)干化焚燒方面的應(yīng)用較多，但是由于建設(shè)和運(yùn)行適用于單獨(dú)焚燒污泥的焚燒廠費(fèi)用巨大，而且效果不佳[3-4].目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者開(kāi)始進(jìn)行摻燒處理研究[3]，這種處理方式既可以大量減少污泥量，又可以將污泥作為能源燃料進(jìn)行利用.樓波等[5]采用Fluent軟件對(duì)煤粉爐內(nèi)摻燒污泥進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了其速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)分布，得到污泥水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于20%時(shí)，摻燒污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%以?xún)?nèi)是可靠和可行的.Lin等[3]運(yùn)用數(shù)值模擬方法研究濕污泥或半干化污泥與生活垃圾摻燒的可行性，得到半干化污泥與生活垃圾有相近的含水率，摻燒時(shí)對(duì)著火點(diǎn)的影響較小，而直接摻燒濕污泥會(huì)明顯推遲著火點(diǎn)；摻燒半干化污泥與摻燒相同比例濕污泥相比，在焚燒爐第一煙道具有較高的溫度以及較低的H2O和CO濃度.盛洪產(chǎn)等[6]研究了摻燒不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的污泥對(duì)某130 t/h循環(huán)流化床鍋爐運(yùn)行特性的影響，結(jié)果表明，摻燒污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，爐膛出口煙氣溫度越低，鍋爐熱效率也降低.然而，系統(tǒng)全面地針對(duì)摻燒不同污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)和不同污泥含水率的流場(chǎng)分布和污染物排放規(guī)律的研究較少.

筆者通過(guò)數(shù)值模擬與實(shí)際運(yùn)行相結(jié)合的方法，針對(duì)煤粉摻燒不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)、不同含水率印染污泥以及不同的二次風(fēng)配比等工況，分析爐膛內(nèi)摻燒印染污泥時(shí)的燃燒特性和污染物排放特性，進(jìn)而為電廠的實(shí)際運(yùn)行提供優(yōu)化摻燒方案.

1　研究對(duì)象

所研究的對(duì)象為某臺(tái)420 t/h四角切圓燃煤鍋爐，其物理模型如圖1所示.根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要，將鍋爐分為4個(gè)區(qū)域：冷灰斗區(qū)、爐膛燃燒區(qū)、輻射對(duì)流區(qū)和水平煙道區(qū).鍋爐實(shí)際運(yùn)行時(shí)的燃料特性見(jiàn)表1，其中所摻燒的污泥為廣州市內(nèi)某工業(yè)園的印染污泥.

2　研究方法

首先對(duì)物理模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在燃燒器、一次風(fēng)和二次風(fēng)風(fēng)口以及較小面積的區(qū)域進(jìn)行局部加密.結(jié)合Fluent軟件的組分運(yùn)輸模型和DPM離散相模型，進(jìn)行煤粉摻燒印染污泥的燃燒優(yōu)化數(shù)值模擬.燃燒采用Simple算法求解其控制方程[7]，黏性模型采用標(biāo)準(zhǔn)κ-ε雙方程湍流模型[8]，用以模擬煤粉爐內(nèi)的氣相湍流流場(chǎng)；輻射傳熱采用P-1模型[9]；煤粉的熱解反應(yīng)采用雙方程平行競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)模型；焦炭的燃燒過(guò)程采用動(dòng)力/擴(kuò)散控制反應(yīng)速率模型[10].NOx的計(jì)算主要考慮熱力型NOx和燃料型NOx，其中熱力型NOx采用平衡方法[11]，燃料型NOx采用固體燃料NOx模型[12].模擬中考慮重力場(chǎng)的影響，一次風(fēng)和二次風(fēng)風(fēng)口采用速度入口邊界，而煙道出口采用壓力出口邊界.為使模擬更準(zhǔn)確，對(duì)模型中的4個(gè)區(qū)域按照實(shí)際運(yùn)行的邊界進(jìn)行設(shè)定，有定溫、絕熱、定熱流邊界.

圖1　四角切圓燃煤鍋爐的物理模型

參數(shù)燃煤印染污泥元素分析工業(yè)分析w(Cdaf)/%w(Hdaf)/%w(Odaf)/%w(Ndaf)/%w(Sdaf)/%w(Var)/%w(Aar)/%w(FCar)/%w(Mar)/%低位熱值Qnet,ar/(MJ·kg-1)84.794.888.081.340.9113.3221.9656.728.0023.3739.289.8741.145.234.4844.7136.047.5511.7011.14

3　模型驗(yàn)證

以電廠實(shí)際運(yùn)行工況作為該模型的驗(yàn)證，模擬得到的鍋爐爐膛出口參數(shù)與實(shí)際值的對(duì)比見(jiàn)表2.由表2可知，兩者的煙氣溫度誤差為1.85%，NOx排放體積分?jǐn)?shù)(干基，6%O2體積分?jǐn)?shù)下，下同)誤差僅為0.64%，均遠(yuǎn)小于20%的工程誤差范圍，符合模擬的要求；模擬結(jié)果得到的O2體積分?jǐn)?shù)為2.01%，達(dá)到鍋爐完全燃燒的條件，并在實(shí)際運(yùn)行的O2體積分?jǐn)?shù)波動(dòng)范圍內(nèi).綜上所述，該模型是準(zhǔn)確、可信的.

表2鍋爐爐膛出口參數(shù)模擬結(jié)果與實(shí)際值的對(duì)比

Tab.2Comparison of furnace outlet parameters between simulation results and actual measurements

參數(shù)模擬結(jié)果實(shí)際值煙氣溫度/K14001374O2體積分?jǐn)?shù)/%2.011.60～3.80NOx排放體積分?jǐn)?shù)553×10-6550×10-6

4　結(jié)果及分析

在燃料低位熱值不變的情況下，通過(guò)改變摻燒印染污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和含水率來(lái)研究鍋爐摻燒印染污泥的燃燒特性和污染物排放特性.

由于處理污泥符合國(guó)家政策，而且污泥價(jià)格遠(yuǎn)低于燃煤價(jià)格，故從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，摻燒污泥越多越經(jīng)濟(jì)，但是污泥的熱值較低、水分含量高，不能達(dá)到鍋爐的燃燒溫度要求，需要在燃煤的基礎(chǔ)上摻燒一部分污泥.模擬條件如下：燃料的總熱值不變，印染污泥含水率為20%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)w分別為0%、3%、7%、10%和13%.不同印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)下?tīng)t膛的溫度場(chǎng)分布和NOx排放體積分?jǐn)?shù)分別如圖2和圖3(圖3中的數(shù)值均要×10-6)所示.模擬結(jié)果與燃料灰分的軟化溫度見(jiàn)表3，其中灰分的軟化溫度在灰熔點(diǎn)分析儀上測(cè)量.

表3不同印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)下?tīng)t膛出口參數(shù)模擬結(jié)果與燃料灰分軟化溫度

Tab.3Simulation results of furnace outlet parameters and the ash softening temperature under different sludge contents

印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%煙氣溫度/Kφ(H2O)/%NOx排放體積分?jǐn)?shù)軟化溫度/K01399.905.541553.521×10-6159531397.036.312629.894×10-6149771398.657.289673.515×10-61419101394.877.815681.848×10-61400131391.688.357682.758×10-61391

(a) w=0%

(b) w=3%

(c) w=7%

(d) w=10%

(e) w=13%

由圖2可知，不同印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)下?tīng)t膛的燃燒情況相似，高溫區(qū)主要集中在燃燒器區(qū)域，溫度為1 800～2 000 K，其中有小區(qū)域的溫度為1 500～1 700 K，這是因?yàn)榈蜏氐囊淮物L(fēng)和二次風(fēng)送入降低了該區(qū)域的溫度，但并不影響整體高溫區(qū).摻燒印染污泥后，高溫區(qū)的溫度比原工況略低50～100 K，但燃燒器出口至水平煙道出口之間的溫度分布相近.由表3可知，爐膛出口的煙氣溫度變化不大，總體隨印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而先下降再升高后下降，主要是因?yàn)槿剂峡偀嶂挡蛔儯瑩綗∪疚勰嗪?，燃料量相?yīng)增加，使得爐膛溫度得到保證，所以整體溫度分布相近.但由于印染污泥所含水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于煤粉所含水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，摻燒印染污泥量越多，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高，由表3可以明顯得知，煙氣中水分體積分?jǐn)?shù)隨著印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而顯著升高.因此，在水分的降溫作用下，爐膛整體溫度隨著印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高而略有下降，這一結(jié)論與已有文獻(xiàn)[13]和文獻(xiàn)[14]中結(jié)論相似.

(a) w=0%

(b) w=3%

(c) w=7%

(d) w=10%

(e) w=13%

由圖3可知，不同印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)下?tīng)t膛的NOx排放體積分?jǐn)?shù)變化規(guī)律相近，高NOx排放體積分?jǐn)?shù)區(qū)主要集中在燃燒器區(qū)域，主要是由于該區(qū)域?yàn)楦邷貐^(qū)，產(chǎn)生大量的熱力型NOx，NOx排放體積分?jǐn)?shù)達(dá)到1 000×10-6～1 600×10-6，局部高溫區(qū)甚至達(dá)到2 000×10-6.由圖3和表3可知，隨著印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，NOx排放體積分?jǐn)?shù)逐漸上升，主要是由于印染污泥的N質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到5.23%，遠(yuǎn)高于燃煤的N質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.34%.因此，隨著印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，燃料的N質(zhì)量分?jǐn)?shù)相應(yīng)升高，燃料在鍋爐內(nèi)燃燒后產(chǎn)生的燃料型NOx增加.然而由表3可以得知另一規(guī)律，當(dāng)印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0%升高到10%時(shí)，爐膛出口的NOx排放體積分?jǐn)?shù)顯著升高；當(dāng)印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%后，爐膛出口的NOx排放體積分?jǐn)?shù)逐漸趨于平穩(wěn).這主要是因?yàn)橛∪疚勰噘|(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%后，爐膛整體溫度低于之前的工況，導(dǎo)致熱力型NOx的產(chǎn)生量減少，但印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，燃料所含N質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，燃料型NOx的產(chǎn)生量增加，2個(gè)反應(yīng)相結(jié)合導(dǎo)致了這一現(xiàn)象的產(chǎn)生.

由表3還可知，隨著印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，灰分的軟化溫度明顯下降.當(dāng)印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%時(shí)，灰分的軟化溫度僅為1 391 K，與該工況下的爐膛出口煙氣溫度1 391.68 K幾乎相等，此時(shí)會(huì)引起鍋爐屏式過(guò)熱器結(jié)渣、腐蝕，甚至產(chǎn)生爆管停機(jī)事故，嚴(yán)重影響電廠的安全性與經(jīng)濟(jì)性.

綜合爐膛的燃燒情況、NOx排放體積分?jǐn)?shù)和灰分的軟化溫度可知，在燃料總熱值不變的條件下，摻燒10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的印染污泥是可行的.

4.2印染污泥含水率

污水處理廠提供的污泥含水率高達(dá)80%以上，不適合直接燃燒，一般先經(jīng)半干化或全干化處理，使污泥的含水率降低.所研究的印染污泥經(jīng)半干化處理后的含水率為40%，含水率越高，鍋爐爐膛的整體溫度降低，有可能達(dá)不到鍋爐燃燒的溫度要求，影響機(jī)組運(yùn)行.模擬條件如下：燃料的總熱值不變，摻燒印染污泥的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%，含水率分別為10%、20%、30%和40%.不同含水率下?tīng)t膛的溫度場(chǎng)分布和NOx排放體積分?jǐn)?shù)分別如圖4和圖5(圖5中的數(shù)值均要×10-6)所示，不同含水率下的模擬結(jié)果見(jiàn)表4.

由圖4可知，不同含水率下?tīng)t膛的燃燒情況相似，高溫區(qū)主要集中在燃燒器附近，溫度為1 600～2 000 K.由表4可知，爐膛出口的煙氣溫度變化不大，總體上隨著含水率的升高而降低，含水率為40%的工況僅比含水率為10%的工況低8.11 K，這一溫度差別幾乎可以忽略.由于燃料總熱值不變，摻燒了高含水率的印染污泥后，其投入的燃料量相應(yīng)增加，爐膛溫度得以保證，其整體溫度水平也相近，然而印染污泥的含水率越高，燃料在爐膛內(nèi)燃燒時(shí)產(chǎn)生的水蒸氣越多(見(jiàn)表4)，水分蒸發(fā)時(shí)所吸收的熱量越多，爐膛溫度相應(yīng)降低，因此爐膛整體溫度隨著摻燒印染污泥含水率的升高而略有下降.

問(wèn)題6起點(diǎn)低，直觀性強(qiáng)，且結(jié)論開(kāi)放，適合不同層次學(xué)生探究.學(xué)生易想到可以用單調(diào)上升的曲線(xiàn)連接，但如何設(shè)計(jì)出另一種連接方法呢？

由圖5可知，不同含水率下?tīng)t膛的NOx排放體積分?jǐn)?shù)變化規(guī)律相近，高NOx排放體積分?jǐn)?shù)區(qū)主要集中在燃燒器區(qū)域，主要是由于該區(qū)域?yàn)楦邷貐^(qū)，產(chǎn)生大量的熱力型NOx和燃料型NOx.此外，由圖5和表4可知，隨著含水率的升高，鍋爐的NOx排放體積分?jǐn)?shù)升高.與10%含水率的工況相比，20%、30%和40%含水率工況下?tīng)t膛出口的NOx排放體積分?jǐn)?shù)分別升高了2.40%、3.41%和5.42%.這主要是由于當(dāng)燃料的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高時(shí)，爐膛內(nèi)著火延遲，由此引起了2方面的變化：(1)著火延遲后，燃料著火處的O2得到充分的混合補(bǔ)充，即O2體積分?jǐn)?shù)升高，而且燃料中的N元素相當(dāng)于在高溫區(qū)的停留時(shí)間增加，導(dǎo)致N元素能較充分地發(fā)生反應(yīng)，所以燃料型NOx增加；(2)含水率升高，爐膛內(nèi)水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，爐膛整體溫度以及溫度的峰值均有所降低，由于本文的溫度降低幅度較小，故熱力型NOx排放體積分?jǐn)?shù)略為降低[15].但是燃料型NOx的影響大于熱力型NOx，故總的NOx排放體積分?jǐn)?shù)隨著含水率的升高而升高.

(a) 含水率為10%

(b) 含水率為20%

(c) 含水率為30%

(d) 含水率為40%

(a) 含水率為10%

(b) 含水率為20%

(c) 含水率為30%

(d) 含水率為40%

Tab.4Simulation results of furnace outlet parameters under different sludge moistures

含水率/%煙氣溫度/Kφ(H2O)/%NOx排放體積分?jǐn)?shù)101395.796.760665.885×10-6201394.877.815681.848×10-6301389.838.333689.161×10-6401387.688.970703.245×10-6

由上文分析可知，燃料含水率越高，爐膛整體溫度越低，NOx排放體積分?jǐn)?shù)越高，即越不利于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行.然而印染污泥含水率越高，其處理費(fèi)用則越低，經(jīng)濟(jì)性越佳.當(dāng)半干化處理后的印染污泥(含水率為40%)以10%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與燃煤摻燒后，其爐膛出口煙氣平均溫度可達(dá)1 387.68 K，達(dá)到至少1 273～1 373 K的水平；NOx排放體積分?jǐn)?shù)為703.245×10-6，其中環(huán)保要求為不高于80×10-6，即要求SCR的脫硝效率為88.62%，而電廠實(shí)際運(yùn)行的脫硝效率高于90%[16]，可以滿(mǎn)足環(huán)保要求.綜上所述，結(jié)合爐膛的燃燒情況和NOx排放體積分?jǐn)?shù)，摻燒含水率為40%的印染污泥是可行的.

4.3二次風(fēng)配比

二次風(fēng)配比對(duì)鍋爐的燃燒溫度以及CO和NOx的排放體積分?jǐn)?shù)均有明顯影響，因此可以通過(guò)改變二次風(fēng)配比來(lái)達(dá)到優(yōu)化燃燒特性和控制污染物排放的目的.不同二次風(fēng)配比(見(jiàn)表5，其中摻混的印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)和含水率分別為10%和40%)下?tīng)t膛的溫度場(chǎng)分布和NOx排放體積分?jǐn)?shù)分別如圖6和圖7(圖7中的數(shù)值均要×10-6)所示，不同二次風(fēng)配比下的模擬結(jié)果見(jiàn)表6.

由圖6可知，工況1、工況2和工況4下的燃燒溫度分布相近，其溫度場(chǎng)分布合理.由表6可知，4個(gè)工況下的爐膛出口煙氣溫度均達(dá)到了爐膛燃燒的要求.然而工況3由于底部低溫區(qū)的送風(fēng)量較少，燃燒不完全而產(chǎn)生大量的CO，上部的二次風(fēng)充足，燃料充分燃燒產(chǎn)生大量的熱量形成高溫區(qū)，與正常的燃燒工況相比，其高溫區(qū)上移.由此可見(jiàn)，工況3不是一種理想的二次風(fēng)配比工況.

表5　二次風(fēng)配比工況

表6不同二次風(fēng)配比下?tīng)t膛出口參數(shù)的模擬結(jié)果

Tab.6Simulation results of furnace outlet parameters in different modes of secondary air distribution

工況煙氣溫度/Kφ(H2O)/%NOx排放體積分?jǐn)?shù)11387.688.970703.245×10-621381.759.105745.783×10-631398.738.370646.029×10-641405.478.210544.807×10-6

(a) 工況1

(b) 工況2

(c) 工況3

(d) 工況4

(a) 工況1

(b) 工況2

(c) 工況3

(d) 工況4

由圖7和表6可知，工況4下的NOx排放體積分?jǐn)?shù)最低.由于該工況在底部低溫區(qū)送入大量的二次風(fēng)，燃料充分燃燒，但由于是低溫區(qū)，在該區(qū)域能大大降低熱力型NOx的排放體積分?jǐn)?shù).在爐膛中部區(qū)域，提供較少量的二次風(fēng)，使之產(chǎn)生大量的CO，從而達(dá)到抑制NOx生成的目的.最后，在爐膛上部區(qū)域提供較多的二次風(fēng)，使燃料充分燃燒并消耗爐膛中部區(qū)域產(chǎn)生的CO，進(jìn)而使得爐膛出口煙氣溫度達(dá)到燃燒要求.

由此可見(jiàn)，綜合考慮爐膛溫度和NOx排放體積分?jǐn)?shù)，二次風(fēng)配比從上到下的比例為3∶1∶2∶4的方式是最佳配風(fēng)方案.

5　結(jié)　論

(1)隨著印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)和含水率的升高，水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，水分蒸發(fā)吸熱量增加，爐膛整體溫度略有下降.

(2)爐膛出口NOx排放體積分?jǐn)?shù)隨著印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高先顯著升高，然后平穩(wěn)上升，其轉(zhuǎn)折點(diǎn)為10%印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù).

(3)隨著印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)的升高，灰分的軟化溫度明顯下降.當(dāng)印染污泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%時(shí)，灰分的軟化溫度僅為1 391 K，與該工況下的爐膛出口煙氣溫度1 391.68 K幾乎相等.

(4)綜合爐膛的燃燒情況、溫度、NOx排放體積分?jǐn)?shù)、灰分的軟化溫度和經(jīng)濟(jì)性可知，在燃料總熱值不變的條件下，摻燒10%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的印染污泥是可行、經(jīng)濟(jì)的.

(5)隨著含水率的升高，爐膛的NOx排放體積分?jǐn)?shù)升高.與10%含水率的工況相比，20%、30%和40%含水率工況下的爐膛出口NOx排放體積分?jǐn)?shù)分別升高了2.40%、3.41%和5.42%.

(6)結(jié)合爐膛的燃燒情況和NOx排放體積分?jǐn)?shù)，摻燒質(zhì)量分?jǐn)?shù)和含水率分別為10%和40%的印染污泥是可行的.

(7)綜合考慮爐膛溫度和NOx排放體積分?jǐn)?shù)，二次風(fēng)配比從上到下的比例為3∶1∶2∶4的方式是最佳配風(fēng)方案.

[1]劉欣. 印染污泥干燥特性和干燥工藝的研究[D]. 廣州：華南理工大學(xué), 2010.

[2]ROY M M, DUTTA A, CORSCADDEN K,etal. Review of biosolids management options and co-incineration of a biosolid-derived fuel[J]. Waste Management, 2011，31(11): 2228-2235.

[3]LIN H，MA X. Simulation of co-incineration of sewage sludge with municipal solid waste in a grate furnace incinerator[J]. Waste Management, 2012，32(3): 561-567.

[4]NADZIAKIEWICZ J K M. Co-combustion of sludge with coal[J]. Applied Energy, 2003，75(3/4): 239-248.

[5]樓波, 王芳, 彭曉君. 煤粉爐內(nèi)摻混廢水污泥燃燒的數(shù)值模擬與分析[J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010, 38(10): 153-156.

LOU Bo, WANG Fang, PENG Xiaojun. Numerical simulation and analysis of incineration blinding waste-water sludge in a pulverized coal combustion boiler[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2010, 38(10): 153-156.

[6]盛洪產(chǎn), 何國(guó)賓, 金孝祥, 等. 循環(huán)流化床燃煤鍋爐摻燒造紙污泥的運(yùn)行特性分析[J]. 動(dòng)力工程學(xué)報(bào), 2013, 33(5): 340-345.

SHENG Hongchan, HE Guobin, JIN Xiaoxiang,etal. Operational characteristic analysis on CFB coal-fired boiler with co-combustion of paper sludge[J]. Journal of Chinese Society of Power Engineering, 2013, 33(5): 340-345.

[7]XU M, AZEVEDO J, CARVALHO M. Modelling of the combustion process and NOxemission in a utility boiler[J]. Fuel, 2000, 79(13): 1611-1619.

[8]林海, 馬曉茜, 余昭勝. 大型城市生活垃圾焚燒爐的數(shù)值模擬[J]. 動(dòng)力工程學(xué)報(bào), 2010, 30(2): 128-132.

LIN Hai, MA Xiaoqian, YU Zhaosheng. Numerical simulation of large-scale municipal solid waste incinerator[J]. Journal of Chinese Society of Power Engineering, 2010, 30(2): 128-132.

[9]PHILIP J S. Recent applications of CFD modelling in the power generation and combustion industries[J]. Applied Mathematical Modelling, 2002, 26(2): 351-374.

[10]LI K, THOMPSON S, PENG J. Modelling and prediction of NOxemission in a coal-fired power generation plant[J]. Control Engineering Practice, 2004, 12(6): 707-723.

[11]HILL S, SMOOT L D. Modeling of nitrogen oxides formation and destruction in combustion systems[J]. Progress in Energy and Combustion Science, 2000, 26(4): 417-458.

[12]de SOETE G G. Overall reaction rates of NO and N2formation from fuel nitrogen[J]. International Symposium on Combustion, 1975, 15(1): 1093-1102.

[13]朱志斌, 夏翔鳴, 徐宏, 等. 煤粉鍋爐摻燒污泥后的數(shù)值模擬[J]. 鍋爐技術(shù), 2013，44 (2): 33-37.

ZHU Zhibin, XIA Xiangming, XU Hong,etal. Simulation investigation on co-combustion of sludge and coal in boiler[J]. Boiler Technology, 2013，44 (2): 33-37.

[14]魏林清. 煤粉鍋爐污泥摻燒技術(shù)的試驗(yàn)研究[J]. 中國(guó)資源綜合利用, 2008, 26(8): 9-12.

WEI Linqing. Experimental research on sludge blending technology in pulverized coal boiler[J]. China Resources Comprehensive Utilization, 2008, 26(8): 9-12.

[15]岑可法, 姚強(qiáng), 駱仲泱. 燃燒理論與污染控制[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2004.

[16]熊暉. 旺隆電廠脫硝改造及應(yīng)用[J]. 廣西電力, 2011，34(2): 43-44.

XIONG Hui. Modification and application of denitrification in Longwang Power Plant[J]. Guangxi Electric Power, 2011，34(2): 43-44.

Combustion and NOxEmission Characteristics of Coal-Textile Dyeing Sludge Mixture in a Tangentially-fired Boiler

YINLibao1,XUQisheng1,HUZhifeng2,MAXiaoqian2,CHENYumeng2,YUZhaosheng2

(1. Electric Power Research Institute, Guangdong Power Grid Corporation, Guangzhou 510600, China;2. Key Laboratory of Efficient and Clean Energy Utilization of Guangdong Higher Education Institutes,South China University of Technology, Guangzhou 510640, China)

Using Fluent software, numerical simulation was conducted to combustion and pollutant emission characteristics of a tangentially-fired boiler burning coal blended with different ratios and moistures of textile dyeing sludge. Results show that with the rise of blending ratio of textile dyeing sludge, the overal temperature in furnace drops a little, and the NOxemission rises rapidly first and steady later on, and the turning point is at the blending ratio of 10% textile dyeing sludge; with the rise of sludge moisture, the overall temperature in furnace reduces slightly, and the average outlet temperature of furance with 40% moisture is only 8.11 K lower than the case with 10% moisture; the NOxemission rises with the growth of sludge moisture; considering the furnace combustion and NOxemission characteristics, it is thought to be reasonable to blend 10% textile dyeing sludge with 40% moisture into the coal, and the optimum secondary air distribution from top to bottom is 3∶1∶2∶4.

combustion characteristic; co-firing; textile dyeing sludge; pollutant; numerical simulation

A學(xué)科分類(lèi)號(hào)：470.30

2014-06-09

2014-07-16

廣東省科技計(jì)劃資助項(xiàng)目(2012B091000166)

殷立寶(1977-)，男，高級(jí)工程師，碩士，主要從事鍋爐燃燒及輔機(jī)性能方面的試驗(yàn)研究.

馬曉茜(通信作者)，男，教授，博士，電話(huà)(Tel.)：020-87110232；E-mail：epxqma@scut.edu.cn.

1674-7607(2015)03-0178-07

TK16