中国城市生活垃圾在机械炉排上输送动力学行为研究

结合中国垃圾复杂多变、高含水率等特性，建立不同粒径的非均值颗粒系统模型。研究冷态和热机耦合效应时颗粒流、颗粒和粘结块之间的相互作用机理。利用离散单元法（DEM）揭示机械炉排上物料输运时的动力学行为。运用平均速度法和颗粒跟踪法计算出非均值颗粒和粘结块的停留时间、混合率等相关参数，并修正DEM计算模型。进而构建并获得炉排特性和操作特性等复杂边界条件和工况因素对物料输送特性的影响关系及规律。运用动力学仿真软件模拟炉排运动情况，结合垃圾物料的停留时间，优化炉排几何尺寸，再利用CFX、Flic1D软件建立多相流及热机耦合模型，优化炉排进风位置和配风方式，并通过实验方法论证。.本项研究为适合中国垃圾特点的焚烧处理技术研究提供了依据。利用上述研究成果可进一步研究炉排上物料颗粒之间传质、传热以及气固相间的燃烧化学反应，实现炉排系统结构和燃烧工艺的优化设计，提高燃烧效率。

结合中国生活垃圾复杂多变、高含水率等特性，利用离散单元法（DEM）及冷态实验揭示机械炉排上物料输运时的动力学行为。建立并推导出不同粒径的非均值颗粒系统模型及动力学方程，获得颗粒流、颗粒和粘结块之间的相互作用机理。再利用平均速度法和颗粒跟踪法计算出非均值颗粒的停留时间，前种方法得到的平均停留时间在49.5-58.6min内变化，与试验测得值50min相近，后者得到的平均停留时间为63.5min。单个颗粒的停留时间受其几何尺寸影响巨大，较大的颗粒移动速度比较小的颗粒移动速度大。.创造性的设计出多功能冷态实验炉排系统并开展冷态实验研究，系统可实现顺推及逆推功能的切换，炉排片的头部、高度和倾角等结构参数以及活动炉排的行程及运动速度均可调节的。获得炉排特性和操作特性等复杂边界条件和工况因素对物料输送特性的影响关系及规律，逆推炉排对垃圾具有较强的搅动效果，顺推推炉排有利于快速输运垃圾。.运用ADAMS动力学仿真软件模拟炉排运动情况，获得炉排驱动机构在工作过程中的运动规律、各关键位置的受力情况，为优化炉排几何尺寸及驱动参数提供参考依据。再利用FLUENT、Flic1D软件建立多相流及热机耦合模型，研究了垃圾在炉排炉内干燥、燃烧机理。获得干燥、燃烧过程中垃圾燃料的温度、质量变化以及反应速率，同时得出气相中O2, CO及CO2等污染物浓度的变化规律，并在国内首座、具有世界一流水平的6吨/天机械炉排式垃圾焚烧发电中试基地上完成了一系列的干燥、燃烧等热态实验。.经过近8年的研究，部分研究成果已应用于国内及国外的5座垃圾焚烧发电厂，实现高效、稳定燃烧，热灼减率小于3%，污染物达标排放。主编出版专著1本，论文5篇，其中EI论文5篇。获得国家授权实用新型专利4项、国家授权发明专利2项。.本项研究为进一步研究炉排上物料颗粒之间传质、传热以及气固相间的燃烧化学反应提供了参考，有利于实现炉排系统结构和燃烧工艺的优化设计，进而实现垃圾在机械炉排炉内的高效清洁燃烧控制。