基于ANSYS Fluent系统的炉排炉垃圾焚烧过程数值模拟

基于ANSYS下的燃气燃烧仿真
燃气燃烧仿真可以帮助工程师在设计过程中预测和优化燃气燃烧系统的性能，提高能源利用效率和环境友好性。

在燃气燃烧仿真中，我们可以通过建立燃气燃烧的几何模型，并使用ANSYS提供的流体动力学、热传导以及化学反应等模块进行计算。

在燃气燃烧仿真中，首先需要建立燃气燃烧系统的几何模型。

几何模型包括燃气燃烧器、燃气管道以及燃气燃烧过程中的相关设备等。

通过几何模型，可以计算燃气燃烧系统中的流体动力学和热传导等特性。

需要选择适当的流体动力学模型。

流体动力学模型可用于描述燃气燃烧系统中的流动行为，包括速度场、压力场和密度场等。

通过流体动力学模型的计算，可以了解燃气燃烧系统中的气体流动情况。

还需要选择适当的化学反应模型。

化学反应模型用于描述燃气燃烧系统中的化学反应过程，包括燃料的燃烧反应和反应产物的生成等。

通过化学反应模型的计算，可以预测燃气燃烧系统中燃烧反应的效率和燃烧产物的生成情况。

拉萨地区生活垃圾焚烧炉燃烧过程仿真及优化*张志宸，孙贺江，马德刚（天津大学环境科学与工程学院，天津300072）【摘要】以拉萨地区某生活垃圾焚烧发电厂配套的500t/d 炉排炉为研究对象，分别运用FLIC 和ANSYSFLUENT 软件来模拟低气压条件下床层固相燃烧过程和炉膛气相组分燃烧过程，并将数值模拟结果与焚烧炉监测数据进行对比，模拟结果与监测数据吻合良好。

验证了燃烧模拟方法的正确性后，对垃圾焚烧炉采取正交试验的方法进行配风优化模拟研究。

经过方差分析，预测出锅炉处于最佳工况下的运行条件，并确定了影响锅炉运行的主要因素和次要因素为一、二次风量分配比例，一次风室风量分配和送风温度。

在低气压环境下运行炉膛温度不满足要求时，优先调整一、二次风量比例和一次风室风量配比，在满足二次燃烧及对燃烧室内烟气扰动的前提下，适当减少二次风量，提高燃烧室烟气温度水平。

【关键词】低气压；垃圾焚烧；运行优化；数值模拟中图分类号：X799.3文献标识码：A文章编号：1005-8206（2023）04-0035-06DOI ：10.19841/ki.hjwsgc.2023.04.006Simulation and Optimization of Combustion Process of the MSW Incinerator in Lhasa ZHANG Zhichen ，SUN Hejiang ，MA Degang（School of Environmental Science and Engineering ，Tianjin University ，Tianjin 300072）【Abstract 】A 500t/d grate furnace of a domestic waste incineration power plant in Lhasa was taken as the researchobject，FLIC and ANSYS FLUENT software were respectively used to simulate the bed solid-phase combustion process and furnace gas-phase component combustion process under low pressure conditions.The numerical simulation results were compared with the monitoring data of the power plant，and the simulation results were in good agreement with the test data.After verifying the correctness of the combustion simulation method，the orthogonal test method was adopted to carry out the optimization simulation research on the air distribution of the waste incinerator.Through variance analysis，the operating conditions of the boiler under the optimal working conditions were predicted，and the main and secondary factors affected the boiler operation were determined to be the distribution ratio of primary and secondary air volume，and the distribution of primary air volume and the supply air temperature，respectively.When the furnace temperature did not meet the requirements in low pressure environment，it was provided that the ratio of primary and secondary air volume and the ratio of primary air volume could be preferentially adjusted.On the premise of satisfying the secondary combustion and the disturbance to the flue gas in the combustion chamber，the secondary air volume could be appropriately reduced to improve the flue gas temperature level in the combustion chamber.【Key words 】low atmospheric pressure；waste incineration；operation optimization；numerical simulation*基金项目：国家重点研发计划项目（2019YFC1904100）收稿日期：2022-09-01；录用日期：2023-02-100引言拉萨地区由于大气压低、空气含氧量低，对垃圾燃烧性能、炉膛传热及锅炉运行效率会产生较大影响。

基于ANSYS下的燃气燃烧仿真燃气燃烧是工业生产中普遍存在的一种燃烧方式，常见于燃气锅炉、燃气轮机等设备中。

燃气燃烧仿真是利用计算机模拟燃气燃烧过程的一种技术手段，通过建立数学模型，对燃气燃烧过程中的温度、压力、速度、浓度等参数进行计算和分析，以便优化设计、改善燃烧效率、降低污染排放。

1.几何建模进行燃气燃烧仿真的第一步是进行几何建模。

通过ANSYS软件中的几何建模工具，可以很方便地建立燃气燃烧系统的三维几何模型，包括燃烧室、燃气喷嘴、燃烧器、烟气排放系统等。

在建立几何模型时，需要考虑设备的实际结构和尺寸，以及燃气燃烧过程中涉及的流体流动、热传导、化学反应等物理过程。

2.网格划分几何建模完成后，需要对几何模型进行网格划分。

网格划分是将几何模型离散化为有限体积或有限元网格的过程，它直接影响到燃气燃烧仿真的计算精度和计算效率。

ANSYS提供了多种网格划分算法和工具，用户可以根据实际需要选择合适的网格类型和划分方法，确保在燃气燃烧仿真中获得准确的数值解。

3.物理场设定在进行燃气燃烧仿真之前，需要对仿真模型中涉及的物理场进行设定。

主要包括流体流动、热传导、质量传输和化学反应等物理过程。

通过ANSYS中的物理场设定工具，用户可以对各种物理场的边界条件、初值条件、材料属性、粘性系数等进行设置，为后续的数值求解做好准备。

4.数值求解物理场设定完成后，可以开始进行数值求解。

在ANSYS中进行燃气燃烧仿真通常采用有限元或有限体积方法，通过求解流体动力学方程、能量方程、质量传输方程和化学反应方程等，得到燃气燃烧系统中各种物理场参数的数值解。

在数值求解过程中，需要选择合适的求解器和求解算法，以提高计算精度和计算效率。

5.后处理分析数值求解完成后，需要对仿真结果进行后处理分析。

通过ANSYS中的后处理工具，用户可以对数值解进行可视化显示、数据提取、参数分析等，深入了解燃气燃烧系统中各种物理场的分布规律和相互影响，为优化设计和改善运行提供依据。