煤粉炉内污泥掺烧的数值模拟及能值分析

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随着我国经济和社会的快速发展,污泥的数量在迅速增加。污泥的处理方法主要有填埋,堆肥,农用,焚烧等。污泥的焚烧可以充分利用污泥的有效成分,实现污泥能源化使用,是污泥最有效的处置途径之一,具有十分重要的经济利益、社会效益。然而,污泥因高水分,低热值,一般在焚烧处理中需加入辅助燃料。本文在调研和综合分析的基础上,提出利用某电厂的蒸汽余热加热干化污泥,并将干化后的污泥掺入煤粉炉中进行焚烧的处理方案,从理论,数值模拟,能值评价几方面对煤粉炉内污泥掺烧进行了研究,侧重探讨了污泥在煤粉炉内掺烧的流动、传热和燃烧规律,并用能值分析方法评价污泥焚烧系统。   本文以某电厂50 MW锅炉为研究对象,根据其结构参数、运行参数、燃料特性等,采用CFD软件Fluent,对煤粉炉内污泥掺烧过程进行多个工况的数值模拟,发现煤粉炉内掺烧污泥后,炉膛的最高温度大约降低80-160℃,最高温度对应的炉膛位置提高160mm-780mm,并随着污泥掺烧比例的增加,炉膛温度逐渐降低,温度最高点位置逐渐提高。当污泥掺烧比例相同时,随着污泥水分的增加,炉膛主燃烧区还会向后推迟。从技术的角度,针对污泥掺混比例及水分含量的变化研究了其掺混燃烧的可行性。   运用能值理论并结合清洁发展机制(CDM)方法,从环境——经济的角度对煤粉炉内污泥掺烧发电进行评价。能值分析表明:相比煤焚烧发电系统,污泥掺烧发电系统的能值回报率稍高一些,稍减小了对环境的压力,系统可持续性有所改善,但是,污泥掺烧发电系统仍属于高负荷环境系统,能值回报率偏低,有待于污泥掺烧技术的进一步提高,才可提高系统的经济效益和可持续性。若考虑CDM机制,引进发达国家减排增量成本资金,能值回报率可由2.02提高到2.79,环境负载率可降低到3.38,同时,环境的可持续发展指数可增加到0.83,污泥掺烧发电系统的能值回报率和可持续性都有一定程度的提高,使系统更具有竞争力。   本文的研究,是对煤粉炉内污泥掺烧处理的一种探讨,这些基础研究工作将为污泥的焚烧处理提供一定的理论依据。
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