一种基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备及方法技术

本发明专利技术涉及一种基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备，包括焚烧炉、热交换装置、脱酸装置、CFD模拟单元和PLC控制单元；所述焚烧炉中产生的烟气进入所述热交换装置进行降温处理，降温后的烟气进入所述脱酸装置；所述CFD模拟单元根据焚烧炉中的入炉垃圾组分及垃圾负荷模拟计算出所述焚烧炉的烟气中的酸性气体浓度，并输入至所述PLC控制单元，通过所述PLC控制单元控制所述脱酸装置喷射脱酸剂对烟气进行脱酸处理。本发明专利技术还提供一种基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸方法。本发明专利技术通过CFD模拟单元计算并预测进入脱酸装置的烟气中酸性气体的浓度，通过控制脱酸剂的喷射量对烟气进行精准地脱酸处理，可以提高烟气脱酸效率、降低设备运行成本。

A CFD-based deacidification equipment and method for refuse incinerator

【技术实现步骤摘要】
一种基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备及方法
本专利技术涉及环保
，具体涉及一种基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸方法及其设备。
技术介绍
随着经济社会的高速发展，居民生活的稳步提高，生活垃圾，尤其是城市生活垃圾的产量急剧增加，传统的垃圾填埋方式已经无法满足垃圾处理需求，垃圾的无害化处理备受人们的关注。垃圾焚烧是垃圾无害化处理的一个重要手段，其以“无害化、减量化、资源化”的优势得到了迅速的发展。但是，垃圾焚烧产生的烟气中存在大量酸性物质如HCl、SO2、HF等，这些带有酸性气体的烟气必须经过脱酸处理，使得在大气环境中排放烟气的酸性气体成分达到国家或地方允许排放的标准。烟气中酸性气体的脱除有三类基本处理工艺：干法、半干法和湿法。干法中和酸性气体所用的原材料为干态碱性物质，通常使用干态的消石灰粉，中和后的副产物为亚硫酸钙、氯化钙、氢氧化钙、氟化钙等物质的混合物。半干法中和酸性气体所用的原材料为湿态碱性物质，通常使用氢氧化钙溶液，生成的副产物与干法类似。湿法治理用的原材料和副产物均为湿态，常用石灰石浆液，副产物为含亚硫酸钙等成分的溶液。国内外通常使用两种方案组合的方式进行脱酸，常见的有半干法+湿法、干法+湿法、半干法+干法。其中，半干法+干法的组合脱酸工艺的运行成本仅为另外两种组合脱酸工艺的63％左右，且对HCl和SO2的脱除率分别可达到98％和95％。在脱酸工艺过程中，由于焚烧炉中入炉的垃圾成分变化频繁，导致焚烧产生的烟气中的酸性气体浓度、烟气温度以及流速等波动较大，对烟气进行静态的脱酸、降温等处理无法维持脱酸效率的稳定。现有技术中，通常利用在线CEMS烟气分析系统对烟气的温度、压力、流量、酸性气体浓度等进行实时检测，但是该在线CEMS烟气分析系统是通过在脱酸设备内设置一系列的辅助检测探头，通过该检测探头实时检测烟气在某个具体位置和时刻的温度、压力、流量等，结构复杂、成本高昂，且无法模拟预测整个脱酸设备中烟气的温度场、酸性气体浓度分布以及烟气流场等，从而无法对烟气进行精准地脱酸处理，脱酸效率低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点与不足，将计算流体动力学(CFD)应用于垃圾脱酸设备中，提供一种能精确调控、高效脱酸的基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸方法及设备。本专利技术是基于以下专利技术构思实现的：本专利技术提供了一种基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸方法及设备，包括焚烧炉、热交换装置、脱酸装置、CFD模拟单元和PLC控制单元；所述焚烧炉中产生的烟气进入所述热交换装置进行降温处理，降温后的烟气进入所述脱酸装置；所述CFD模拟单元根据焚烧炉中的入炉垃圾组分及垃圾负荷模拟计算出所述焚烧炉的烟气中的酸性气体浓度，并输入至所述PLC控制单元，通过所述PLC控制单元控制所述脱酸装置喷射脱酸剂对烟气进行脱酸处理。相对于现有技术，本专利技术通过计算流体动力学(CFD)模拟计算产生的烟气在脱酸设备中的酸性组分浓度分布，并预测进入脱酸装置的烟气中酸性气体的浓度，通过控制脱酸剂的喷射量对烟气进行精准地脱酸处理。本专利技术无需设置探头等辅助器件，直接通过CFD模拟单元模拟预测产生烟气在某个位置的酸性气体浓度，从而实现精准脱酸。进一步地，所述脱酸装置包括反应器筒体和雾化器，所述反应器筒体与所述热交换装置连接，所述焚烧炉的烟气从所述反应器筒体的顶部进入，并从所述反应器筒体的底部流出，所述脱酸雾化器设置在所述反应器筒体顶部喷射出雾化的脱酸剂；所述PLC控制单元控制所述雾化器喷射出雾化的脱酸剂的喷射量。进一步地，所述脱酸装置包括水喷射器，所述水喷射器设置在所述热交换装置与所述反应器筒体之间的烟道中；所述CFD模拟单元根据焚烧炉中的入炉垃圾组分及垃圾负荷模拟计算出进入所述反应器筒体的烟气的温度，并输入至所述PLC控制单元，通过所述PLC控制单元控制所述水喷射器的水喷射量，对通过所述热交换装置进入所述反应器筒体之前的烟气进行水喷射降温处理。进一步地，所述脱酸装置还包括设置在其反应器筒体顶部的挡流板，所述CFD模拟单元根据焚烧炉中的入炉垃圾组分及垃圾负荷模拟计算出进入所述反应器筒体的烟气的流速和酸度，并输入至所述PLC控制单元，通过所述PLC控制单元控制所述挡流板的开度，对通过所述热交换装置进入脱酸装置的烟气进行流速控制处理。进一步地，所述脱酸装置还包括脱酸喷射器，所述CFD模拟单元根据焚烧炉中的入炉垃圾组分及垃圾负荷模拟计算出进入所述反应器筒体的烟气的酸性气体浓度，并输入至所述PLC控制单元，通过所述PLC控制单元控制所述脱酸喷射器的喷射量，对从所述反应器筒体流出的烟气进行二次脱酸处理。进一步地，还包括除杂装置，所述除杂装置对经过所述脱酸装置脱酸处理后的烟气进行除杂处理。进一步地，所述CFD模拟单元通过建立以下公式进行模拟计算：其中，ρ为烟气密度(kg/m3)；t为时间(s)；ui为i方向的速度矢量(m/s)；xi、xj为坐标位置(m)；p为压强(pa)；μ为粘性系数(pa·s)；μt为湍动粘度；C1ε、C2ε、C3ε和σk均为常数；Gk为湍动能k的产生项，由层流速度梯度而产生；Gb为由浮力产生的湍流动能；Sk、Sε为广义源项分量；k的物理意义为湍流脉动动能(单位/焦耳J)，ε的物理意义为湍流脉动动能的耗散率(％)；Yi为角通量，是速率、角度、空间和时间的函数，Ji为物质i的扩散通量，Si为广义源项。基于本专利技术构思，本专利技术还提供了一种基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸方法，根据入炉垃圾组分及垃圾负荷，建立烟气化学反应模型模拟预测产生烟气中酸性气体的浓度，进而进行脱酸处理。进一步地，还包括预测产生烟气的温度以及烟气流速，进而进行降温和脱酸控流处理。相对于现有技术，本专利技术根据入炉垃圾组分及垃圾负荷建立烟气化学反应模型预测烟气参数，为脱酸设备精准脱酸提供了一种新的研究思路。附图说明图1是本专利技术实施例的基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备结构图。图2是本专利技术实施例的脱酸装置结构图。图3是本专利技术基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备的控制原理图。附图中的标记为：10-焚烧炉、11-进料斗、20-热交换装置、21-余热锅炉、22-蒸发器、23-过热器、24-省煤器、30-脱酸装置、31-反应器筒体、32-水喷射器、32a-灰斗、33-蜗壳分配器、34-脱酸雾化器、35-挡流板、36-脱酸喷射器、40-除杂装置、41-活性炭吸附器、42-袋式除尘器。具体实施方式请同时参阅图1和图2，其是本专利技术基于CFD的垃圾焚烧炉10脱酸设备(以下简称脱酸设备)的整体结构示意图。本专利技术的脱酸设备包括依序连接的焚烧炉10、热交换装置20、脱酸装置30、除杂装置40，以及CFD模拟单元和PLC控制单元(图未示)。所述焚烧炉10的垃圾燃烧产生烟气，所述烟气进入所述热交换装置20进行一次降温处理后，再进入所述脱酸装置30进行二次降温处理和脱酸处理，最后进入所述除杂装置40进行除杂处理。由于整体的脱酸处理是基于CFD模拟单元和PLC控制单元运行的，因此，所述CFD模拟单元根据进入焚烧炉10中的入炉垃圾组分及垃圾负荷模拟计算出所述烟气中的酸性气体浓度和温度，并将模拟数据输入至所述PLC控制单元，通过所述PLC控制单元控制所述脱酸装置30对烟气分别进行二次降温处理和脱酸处理。具体地，所述焚烧炉10上设有一进料斗11，垃圾从所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备，其特征在于：包括焚烧炉、热交换装置、脱酸装置、CFD模拟单元和PLC控制单元；所述焚烧炉中产生的烟气进入所述热交换装置进行降温处理，降温后的烟气进入所述脱酸装置；所述CFD模拟单元根据焚烧炉中的入炉垃圾组分及垃圾负荷模拟计算出所述焚烧炉的烟气中的酸性气体浓度，并输入至所述PLC控制单元，通过所述PLC控制单元控制所述脱酸装置喷射脱酸剂对烟气进行脱酸处理。

【技术特征摘要】
1.一种基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备，其特征在于：包括焚烧炉、热交换装置、脱酸装置、CFD模拟单元和PLC控制单元；所述焚烧炉中产生的烟气进入所述热交换装置进行降温处理，降温后的烟气进入所述脱酸装置；所述CFD模拟单元根据焚烧炉中的入炉垃圾组分及垃圾负荷模拟计算出所述焚烧炉的烟气中的酸性气体浓度，并输入至所述PLC控制单元，通过所述PLC控制单元控制所述脱酸装置喷射脱酸剂对烟气进行脱酸处理。2.根据权利要求1所述的基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备，其特征在于：所述脱酸装置包括反应器筒体和雾化器；所述反应器筒体与所述热交换装置连接，所述焚烧炉的烟气从所述反应器筒体的顶部进入，并从所述反应器筒体的底部流出；所述脱酸雾化器设置在所述反应器筒体顶部喷射出雾化的脱酸剂；所述PLC控制单元控制所述雾化器喷射出雾化的脱酸剂的喷射量。3.根据权利要求2所述的基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备，其特征在于：所述脱酸装置包括水喷射器，所述水喷射器设置在所述热交换装置与所述反应器筒体之间的烟道中；所述CFD模拟单元根据焚烧炉中的入炉垃圾组分及垃圾负荷模拟计算出进入所述反应器筒体的烟气的温度，并输入至所述PLC控制单元，通过所述PLC控制单元控制所述水喷射器的水喷射量，对通过所述热交换装置进入所述反应器筒体之前的烟气进行水喷射降温处理。4.根据权利要求3所述的基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备，其特征在于：所述脱酸装置还包括设置在其反应器筒体顶部的挡流板，所述CFD模拟单元根据焚烧炉中的入炉垃圾组分及垃圾负荷模拟计算出进入所述反应器筒体的烟气的流速和酸度，并输入至所述PLC控制单元，通过所述PLC控制单元控制所述挡流板的开度，对通过所述热交换装置进入脱酸装置的烟气进行流速控制处理。5.根据权利要求4所述的基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备，其特征在于：所述脱酸装置还包括脱酸喷射器，所述CFD模拟单元根据焚烧炉中的入炉垃圾组分及垃圾负荷模拟计算出进入所述反应器筒体的烟气的酸性气体浓度，并输入至所述PLC控制单元，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李茂东，杨波，翟伟，马晓茜，陈琳，廖艳芬，张双红，黄国家，王志刚，郭华超，李爽，徐青永，
申请(专利权)人：广州特种承压设备检测研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44