丙烯酸废水雾化焚烧炉内流动及燃烧优化数值模拟研究

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随着我国蛋氨酸工业的快速发展,作为其生产中间体的丙烯醛产能也得到了大幅度提升,与此同时产生了大量的丙烯酸废水。焚烧法处理丙烯酸废水简单高效、及时彻底、容易实现大规模工业化,但仍然普遍存在着焚烧炉结焦结渣的难题。为减轻输送管道和泵的腐蚀,酸性废水在焚烧前通常加入Na OH中和,这不可避免带入碱金属盐类,更加重了焚烧炉的结焦结渣,对废水的高效清洁处理和焚烧炉运行的稳定性造成严重威胁。本文选择2 t/h的丙烯酸废水焚烧处理为工程应用背景,以减少炉膛壁面的超温区和降低废液液滴碰壁率两个参数指标进行炉膛结渣结焦倾向性研究,通过数值模拟方法,系统研究了液体喷射式废液焚烧炉炉膛结构参数、喷嘴参数及运行参数对炉膛壁面温度分布及液滴碰壁特性的影响规律,阐明了焚烧炉炉膛结构参数、喷嘴参数、运行参数对壁面结焦结渣特性的影响,获得了丙烯酸废水焚烧炉的最优炉膛结构、喷嘴参数和运行参数。主要研究成果如下:(1)通过对不同炉膛结构下丙烯酸废水流动及燃烧过程的模拟研究,获得焚烧炉最佳双燃烧室通道尺寸及废水喷嘴布置高度:(1)双燃烧室通道尺寸对炉内温度分布有重要影响,尺寸较大(1 m)时,焚烧炉拐角壁面温度较0.5 m通道尺寸低82℃,壁面结焦结渣倾向小;(2)喷嘴布置高度不宜过高(1~1.2 m)或过低(0.7m),喷嘴布置高度略高于一燃室中心线(0.8~1.0 m)高度区间液滴碰壁数和超温壁面数均较少,结焦结渣倾向性较小,对焚烧炉的运行有利。(2)通过探究炉膛喷嘴参数对炉膛壁面温度分布及液滴碰壁特性的影响规律,获得最佳喷嘴参数——废液液滴入射速度v为10~12 m/s、液滴雾化角α为25°~30°、喷嘴倾斜角β为10°~20°,最佳喷嘴参数下的壁面超温区和废液液滴碰壁数均较少,因此炉膛结焦结渣倾向性较小,更有利于焚烧炉稳定运行。其中,各最佳喷嘴参数下均存在炉膛四个壁面未超温的工况,以及各最佳喷嘴参数下的最低碰壁率均低于7%。(3)对不同过量空气系数和负荷下丙烯酸废水焚烧炉的运行情况进行分析,获得了最佳的焚烧炉运行参数:(1)炉膛最高壁面温度随着过量空气系数的增加而逐渐降低,最佳过量空气系数为1.4和1.5;(2)额定负荷下炉膛最高壁面温度随着负荷的增加而逐渐升高,壁面超温情况相差不大,当焚烧炉超负荷运行时,炉膛壁面超温情况严重恶化,一燃室上壁面和下壁面超温严重(均超过1200 K),这极大的加重了炉膛结焦结渣的风险,因此不建议该焚烧炉超负荷运行。
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