城市生活垃圾(municipal solid wast,MSW)已成为全球性的环境问题。焚烧法因具有减量化、无害化和资源化的优势,在发达国家被广泛运用。垃圾焚烧法也将逐渐成为我国城市生活垃圾处理中的主流技术。但由于我国生活垃圾的热值低、水分高,致使焚烧炉的燃烧温度往往偏低,发电厂常常需要投油助燃才能保证炉膛温度,以控制污染物排放。垃圾富氧燃烧技术被认为是下一代的垃圾焚烧处理技术,是低热值垃圾稳燃,减少污染物排放的有效措施。与传统空气焚烧相比,它不仅能提高垃圾燃烧温度,改善焚烧炉膛温度,促进完全燃烧,减少PCDD等有害有机物的生成,而且还能减少排烟热损失,提高焚烧炉效率,同时可减少对烟气净化设备的投资。 为了能更好地对旧垃圾焚烧炉进行富氧燃烧技术改造和新焚烧炉的设计并控制其焚烧过程,本文对生活垃圾在富氧气氛下的燃烧特性进行了实验研究和理论分析,并用CFD技术研究了富氧气氛下垃圾在机械炉排炉内的燃烧状况。 运用热重分析法,分析了原生生活垃圾在富氧气氛下的热解燃烧特性,得到了垃圾的开始失重温度,最大失重速率及其所对应的温度以及燃烬特性等随氧气浓度变化的关系。建立了非线性动力学模型并求得了各表观动力学参数,并分析了氧气浓度对垃圾表观活化能和反应级数的影响。 由于机械炉排垃圾焚烧炉结构复杂,影响因素较多,原形及模型的冷热实验所消耗的人力物力较大；且受测试条件及所用仪器的影响,很难获得满意的结果。尽管现有的数学模型不是很准确或精确,但数值模拟能对焚烧炉内的速度场、浓度场、温度场做全面的分析和对比,已成为了有力的研究工具。为此,本文的第二部分工作就是建立城市生活垃圾在机械炉排炉内燃烧过程的数学模型。模拟结果很好地显示了垃圾在炉内的整个燃烧过程,且与试验测量值吻合。 通过理论计算,分析了燃烧气氛的改变对垃圾焚烧炉的影响,主要包括了垃圾燃烧温度、燃烧炉膛内的辐射和对流换热特性以及烟气在燃烧炉膛内的停留时间等。然后根据这些影响对广州李坑生活垃圾发电厂1＃焚烧炉的主燃烧炉膛进行了炉型改造分析,最后运用建立的数学模型对改造前后的焚烧炉进行了数值模拟研究。计算结果显示现有的为空气燃烧而设计的燃烧炉膛不是能很好地适应O2/CO2燃烧气氛,应作相应的改造,以使电厂安全稳定经济运行。 对于机械炉排焚烧炉,组织好气相燃烧工况是控制污染物排放的主要措施。为了使焚烧炉达到最佳的燃烧工况,最大限度地减少污染物的生成和排放,以德国Coburg生活垃圾发电厂2＃焚烧炉为研究对象,探讨了富氧燃烧气氛下焚烧炉的配风问题。改变循环烟气布置的位置,分析了其对炉膛内的温度分布,氧气浓度分布,CO浓度分布的影响。