随着人们生活水平和经济水平的提高,垃圾的不断增长是目前亟待解决的环境 问题。垃圾焚烧的热利用是处置城市垃圾最好的办法之一,然而垃圾的焚烧处理必 然会引起一些环境问题。垃圾焚烧产生飞灰在环境中就容易遇水而浸出,并且其中 富集了较高浓的二啜英、重金属等有害物质,会对人体产生危害,并威胁到整个生 态环境。所W垃圾焚烧所产生的飞灰已经被国家法律规定为危险废弃物,并需要进 行特殊处理。 在此背景下本文介绍了一种可!^用来处理垃圾焚烧飞灰的超高温火焰发生器。 超高温火焰发生器采用了纯氧分级助燃和燃油气泡雾化原理,能到达较高的出口火 焰温度。 (1)通过实验研究对一级纯氧量和二级纯氧量对高温火焰发生器的影响进行分 析。在不同的工况下观测燃油的燃烧情况,得到最佳的一级纯氧量和二级纯氧量。 在试验方案9中得到了最佳的燃烧情况,也即一级纯氧量为20iV>n3/A,二级纯氧 量为200Mn3/A时,但是无法测量此工况下产生的高温。 (2)本文利用FLUENT软件对超高温火焰发生器进行了数值模拟计算,分析了 氧气的冷态速度场分布、燃烧温度场分布、飞灰浓度分布、燃料浓度分布,然后得 到试验方案9下高温火焰发生器能达到的温度为4900K。 (3)本文最后探讨了用高温火焰发生器处理飞灰的可巧性研究,并总结出超高 温火焰发生器的改进方向。 关键词:超高温火焰发生器;垃圾焚烧飞灰;等离子弧:数值模拟 I华北电力大学硕±学位报告 Abstract Nowadays,asthedevelopmentofeconomya打dhuman,slivingstandard,化e growingnumberofwast:ehasbecomeaproblemwhichis打eed1:0beresolved.Thebest waytoresolvemu打icipalsolidwasteistheincineration,butitca打causesomeproblems inl;heprocessofincineration.Flyashisveryeasilydissolvedintothewater,andItalso includesmanyU)xicsubstances,forexample.Dioxinandheavym巧al,whicharethe po化ntialdangeroustothehealthyofhumanbeingsandenvironment.Themunicipal solidwas1;eincineratio打flyashhasbeenlistedinthedangerouswast:esubstance,which isneedaspecialtreatment. Inthispaper,Anewdesignthatcanresolveflyash—-High-1:emperatureGenerator hasbeendesigned.Generatoradoptsdisciplinesofpureoxyge打gradingcombustion andcombustionfiielbubbleatomizing,accordingtothis,wecangethigh-temperaturein l:heexitofgenerator. (1)Accordingtodieresearchofexperime打t1;hedifferentin円uence1:hatcausedby differentoxygencontent.Theoptimaloxygencontentofthe打rs^classandl:he second-classmustbego打e打,accordingto化eobservatio打ofcombustion.At1:hecase9 也eoptimalchoiceofoxygenhasbeenselecl:ed,化efir訂-classCO打tentis20TVm//,the second-classCO打l:entis200/&.Butunder1;hecase9,l:hekmpei'aturecan打otbe get. (2)TheFLUENThasbee打usedtodo打umericalsimulationinhigh-temperature generator,andanalyzedl;hecold-fieldvelocitydistributionofoxygen,化mperature-field distributionofcombustio打,flyashCO打centrationdistributionandftielconcentration distribution,andgot也ehmperatureofcase9. (3)ThefeasAUitystudyofhigh-temperaturege打eratorthatca打reacht;heflowof technolo呂yi打harmlessdisposalhasbee打discussed,a打dgettheimproveme打tdirections ofhigh-temperaturegenerator. Keywords:high-temperaturegenera1:or,municipalsolidwasteincinerationflyash, plasmaarc,numericalsimulation II华北电力大学硕±学位报告 目录 摘要I AbstractII 眼III 第1章绪论1 1.1目前处理垃圾的方法 1 1.2.我国生活垃圾的焚烧现状 2 1.3垃圾焚烧产生的飞灰现状 2 1.3.1国外对垃圾焚烧产生的飞灰的法律规定和现状 2 1.3.1国内对垃圾焚烧产生的飞灰的法律规定和现状 4 第2章垃圾焚烧飞灰的处理 6 2.1各国的垃圾焚烧飞灰处理方式 6 2.2处理垃圾焚烧产生的飞灰方式 6 2.2.1固化与稳定化技术 6 2.2.2高温处理技术 8 2.2.3提取法 9 2.2.4烙融热处理技术 9 2.3本章小结 10 第3章高温火炮发生器 12 3.1高温火焰发生器简介 12 3丄1高温火焰发生器的结构介绍 12 3丄2高温火焰发生器的工作原理 13 3.2高温火焰发生器的实验台介绍 14 3.3实验方案的介绍 16 3.3.1—级纯氧流量对超高温火馆发生器的影响实验 16 3.3.2二级纯氧流量0。^。。对超高温火焰发生器的影响实验 20 3.4本章小结 23 第4章高温火焰发生器对燃烧垃圾焚烧飞灰的可行性研究 24 4.1对方案9下的高温火焰发生器的数值模拟分析 24 4丄1计算模型的选取 24 111巧北电力大学硕±学位报告 4丄2数值模拟的凡何模型和模拟参数 27 4丄3数值计算有效性分析 28 4丄4高温火焰发生器速度场分析 29 4丄5温度场分布 29 4丄6燃料浓度场分布 30 4.1.7氧气浓度场分布 31 4.2处理垃圾焚烧飞灰的可行性研究 31 4.2.1高温氧气发生器对处理垃圾焚烧飞灰中二啜英的可行性分析........31 4.2.2高温氧气发生器对处理垃圾焚烧飞灰中重金属的可行性分析........32 4.3本章小结 33 第5章结论与展望 34 5.1结论34 5.2展望35 参考城36 攻读硕±学位期间发表的报告及其它成果 39 致谢40 IV华北电力大学硕i学位报告 第1章绪论 1.1目前处理垃圾的方法 垃圾问题是人类社会发展不可避免的现实问题,也是我们亟待解决的有关人类 生存发展的关键问题,各国政府及学者也越来越关注怎样可W更有效更环保的解决 垃圾问题 目前,焚烧法、堆肥法和填埋法是各国正在实行的垃圾处理办法W。表1-1对 王种垃圾处理技术的特点分别进行了分析比较。 表1-1H种垃圾处理的方式状口] 焚烧法 堆肥法 卫生填埋法 操作风险 1 较低,注意防火 技术要求 较高 一般,国内己有丰富经验 一般 处理面积 小 中等 大 了立较困难,需要考虑填埋场地 易。可靠近市区建设, ^/扩1的地形条件,防止水污染,过址 运输距离较近化’味适已;围小’細巧-般会远离市中心运输距距罔不远 离巧 垃圾的低位心 片 ' :: ' 从无角害化度出物降发,垃无机物>60%;适用的刖值>3300kJ/kg时可ks,。。/圾中可生解有机物>10%, 含水量<30%; 提条件不用其他的辅助燃料I ,从肥出效发应>40% 密度>0.5//7打3 助燃 只有焚烧残渣进行填非堆肥物必须要进入垃圾 最终处置埋,一般为为出量的填埋场进行填埋处理,为初 无 10% 始量的2025% 产品市场能产生电能或热能较难建立稳定的堆肥市场可LJA回收沼气进行发电 建设投资 较高 适中 较低 在前处理工序中可W 回收部分原料,mrti n, 有}替在可能,但w无现场分资源回收 同左 垃圾中可利用物的比 选回收实例 例决定。 重令属己被前期处巧 地表水污 重金属等污染物可能随堆有可能,虽可采取防渗措施, 掉,填埋时只需通过 染 — 心肥制品污染地下水 但仍可能发生(参漏 目前流仔的固化技木 原则上可tA控制,只会带有轻微气味,但不会造有,但可用不渗透的薄膜或 乂气巧染 需要对二曝英等微量 成污染 者其他类似材料进行覆盖等 1华北电力大学硕±学位报告 剧毒物质采取措稳定 措施进行控制 措施 ±壤污染 无 需控重金属含量 限于填埋场区 从上表可W看出,相比之下,垃圾焚烧法的优点较多,更适合人类社会的发展 需求。因此越来越多的W焚烧方式处置垃奴3气并且很多国家,比如欧美发达国家 已经或者正在将焚烧的方式来处理垃圾,并且己经占到总处理量的80%了,这些国 家对垃圾焚烧技术所产生的二次污染都花费了很多人力和物力去研究。由于我们在 垃圾分类处理上的意识不是很先进,从而导致了我们的垃圾焚烧方面与欧美国家相 比相距较大。但随着人们生活水平的提高,人们的环保意识也不断的提高,因此也 促生了垃圾焚烧技术在我国的发展进程。 1.2.我国生活垃圾的焚烧现状 我国桂圾焚烧后的固体剩余渣物中的飞灰含量在生活垃圾焚烧处置后的比重 有5%左右,预计2018年,全国垃圾焚烧产生的飞灰将达到216万吨左右,目前我 国对垃圾焚烧产生的飞灰主要是先用机药剂稳定或者是^心水泥作为基材的固化方 式在垃圾产生地,也即垃圾场先进行稳定性处理,W保证不会对环境造成影响,然 后再进危险废物填埋场进行填埋。W这种先前处理而后填埋的处理方式所产生的费 用大概是1000元/吨W上,W216万吨的总量来计算,2018年我国将需要投入216 亿元来处理垃圾焚烧产生的飞灰。因此为了响应国家倡导的建设环境节约型,环境 友好型社会的口号,我们很有必要并且必须在垃圾焚烧处理方面进行研究。 1.3垃圾焚烧产生的飞灰现状 1.3.1国外对垃圾焚烧产生的飞巧的法律规定和现状 因为每个国家对垃圾的认识和社会经济发展水平的不同,所W对垃圾的处理方 式也不同,在W焚烧法处理垃圾时对所产生的灰渣处理各国对垃圾W焚烧方式所产 生的灰渣的管理方法各不相同。但是大部分国家对底灰和飞灰还是有不同对待的, 一般情况下,是将两者分开处理。底灰属于是无害的可再生资源,可W经过处理后 再利用:而飞灰属于是毒害的,必须先在垃圾产地进行处理(一般是先经过固化稳 定)然后再进入垃圾填埋场进行填埋。现在介绍下发达国家对待焚烧飞灰制定的法 律法规: (1)日本 在日本,早期的垃圾焚烧产生的灰渣未进行规范处理,灰渣直接并同与都市垃 圾一起填埋。但后面因为其二次污染的问题,日本于1992年7月公告修正了《废 2华北电力大学硕±学位报告 弃物处理法》,美国资源环保和回收法案(ResourceConservationandRecoveryAct, RCRA)SubtitleC中有关有害废弃物的规定为参考,将废弃物划分为特别管 理产业废弃物和产业废弃物,一般废弃物,特别管理一般废弃物, 将具有得毒害性、爆炸性、感染性及其他对环境和人体健康有害的列入特殊管理。 其中飞灰被认为是一种特别管理一般废弃物,并规定底灰渣和飞灰要进巧分别 收集和处置。对于飞灰的处置主要是先经过由相关部口指定的飞灰处置方法进行处 置并通过浸出测试后达到规定浸出标准,才能进入填埋场进行填埋处理W。同时日 本环保署在1999年针对戴奥辛问题,巧立了戴奥辛类对策特别处置法,加强并管 制戴奥辛的排放和处理处置。 (2)美国 由于美国联邦政府对于垃圾焚烧灰渣的认