焚烧炉条件下典型城市生活垃圾基元干燥过程的数值模拟

论文摘要

垃圾焚烧能够迅速实现垃圾的减容减量及无害化处理,应用日益广泛。但我国低热值高水分的垃圾组分严重影响了着火焚烧,干燥任务尤为繁重。本文对生物质和非生物质典型城市生活垃圾基元在焚烧炉条件下的干燥过程进行了数值模拟,研究了垃圾基元的内部干燥特性和外部传热传质特性。提出考虑收缩和不考虑收缩两种干燥模型,将模拟计算结果与试验结果进行对比,吻合较好。得出垃圾基元在高温干燥条件下的含湿量分布、温度分布、干燥速率、收缩速率分布等,对各垃圾基元的干燥特性进行了分析。研究了不同影响因素对干燥特性的影响,干燥温度每升高20℃,生物质垃圾基元干燥速率是原先的1.25倍,平均收缩速率是原先的1.27倍,非生物质垃圾基元干燥速率是原先的1.3倍;不同种类生物质垃圾基元中,土豆片干燥速率具有“滞后性”,而西瓜皮没有;毛细间架刚性小、初始含湿量低的垃圾基元最易于干燥;收缩模型比不收缩模型的计算误差减少46%;生物质垃圾基元的收缩效应将先阻碍干燥、后促进干燥,整体上促进了干燥,拐点出现在进入干燥第一降速段时。对垃圾基元干燥过程的外部传热传质特性进行分析,发现土豆片和西瓜皮的辐射换热系数hsh均在10W/m2·K到17W/m2·K之间变化,干燥温度每上升20℃,辐射换热系数hsh增大约1.4W/m2·K;收缩特性增大了物料表面的传热性质,考虑收缩的表面传热系数大约是不考虑收缩的1.04倍;随着表面传质系数增大,含湿量降速增大,表面传质系数对西瓜皮干燥的影响比土豆、湿纸板强烈。整理出三种垃圾基元的有效质扩散系数,得到100℃～200℃土豆片和西瓜皮收缩率与含湿量变化的无量纲关系式,发现不同干燥温度（100℃～200℃）对土豆片和西瓜皮收缩率与含湿量变化率的无量纲关系,以及土豆片收缩率与温度变化率的无量纲关系影响并不很大。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 城市生活垃圾焚烧技术概述
• 1.2 含湿多孔介质干燥过程的理论研究
• 1.2.1 干燥过程的基本理论模型
• 1.2.2 含湿多孔介质的收缩特性
• 1.2.3 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究意义和研究内容
• 2 焚烧炉条件下垃圾基元干燥过程的传热传质模型
• 2.1 数学模型的推导
• 2.1.1 质量守恒方程
• 2.1.2 能量守恒方程
• 2.1.3 初始和边界条件的确定
• 2.2 模型的离散化
• 2.2.1 内节点的离散化
• 2.2.2 边界节点的离散化
• 2.2.3 模型中参数分析
• 2.3 小结
• 3 马弗炉内垃圾基元干燥特性的数值模拟
• 3.1 计算平台的设计与开发
• 3.2 土豆片干燥特性的计算结果与分析
• 3.2.1 平均含湿量及含湿量分布
• 3.2.2 温度分布
• 3.2.3 其它干燥特性曲线
• 3.3 西瓜皮干燥特性的计算结果与分析
• 3.3.1 平均含湿量及含湿量分布
• 3.3.2 温度分布
• 3.3.3 其它干燥特性曲线
• 3.4 湿纸板干燥特性的计算结果与分析
• 3.4.1 平均含湿量及含湿量分布
• 3.4.2 其它干燥特性曲线
• 3.5 小结
• 4 焚烧炉条件下垃圾基元干燥过程影响因素分析
• 4.1 干燥温度对传热传质特性的影响
• 4.2 不同生物质垃圾基元干燥特性的比较
• 4.3 生物质和非生物质垃圾基元干燥特性异同
• 4.4 表面传质系数的影响
• 4.5 收缩效应的影响
• 4.6 小结
• 5 焚烧炉条件下垃圾基元干燥过程传热传质分析
• 5.1 表面传热过程分析
• 5.2 表面传质过程分析
• 5.3 收缩特性对表面传热传质的影响
• 5.4 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 展望
• 作者简历
• 参考文献
• 学位论文数据集