權(quán)利要求書(shū)： 1.一種基于CFD的垃圾焚燒爐脫酸設(shè)備，其特征在于：包括焚燒爐、熱交換裝置、脫酸裝置、CFD模擬單元和PLC控制單元；所述焚燒爐中產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入所述熱交換裝置進(jìn)行降溫處理，降溫后的煙氣進(jìn)入所述脫酸裝置；所述CFD模擬單元建立物理模型與煙氣狀態(tài)模型，并根據(jù)焚燒爐中的入爐垃圾組分及垃圾負(fù)荷模擬預(yù)測(cè)出所述焚燒爐內(nèi)任意位置煙氣的酸性氣體濃度，并輸入至所述PLC控制單元，通過(guò)所述PLC控制單元控制所述脫酸裝置噴射脫酸劑對(duì)煙氣進(jìn)行脫酸處理；

所述CFD模擬單元通過(guò)建立以下公式進(jìn)行模擬計(jì)算：3

其中，ρ為煙氣密度(kg/m)；t為時(shí)間(s)；ui為i方向的速度矢量(m/s)；xi、xj為坐標(biāo)位置(m)；p為壓強(qiáng)(pa)；μ為粘性系數(shù)(pa·s)；μt為湍動(dòng)粘度；C1ε、C2ε、C3ε和σk均為常數(shù)；Gk為湍動(dòng)能k的產(chǎn)生項(xiàng)，由層流速度梯度而產(chǎn)生；Gb為由浮力產(chǎn)生的湍流動(dòng)能；Sk、Sε為廣義源項(xiàng)分量；

k的物理意義為湍流脈動(dòng)動(dòng)能(單位/焦耳J)，ε的物理意義為湍流脈動(dòng)動(dòng)能的耗散率(％)；

Yi為角通量，是速率、角度、空間和時(shí)間的函數(shù)，Ji為物質(zhì)i的擴(kuò)散通量，Si為廣義源項(xiàng)；Ri為化學(xué)反應(yīng)的凈產(chǎn)生速度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CFD的垃圾焚燒爐脫酸設(shè)備，其特征在于：所述脫酸裝置包括反應(yīng)器筒體和霧化器；所述反應(yīng)器筒體與所述熱交換裝置連接，所述焚燒爐的煙氣從所述反應(yīng)器筒體的頂部進(jìn)入，并從所述反應(yīng)器筒體的底部流出；所述脫酸霧化器設(shè)置在所述反應(yīng)器筒體頂部噴射出霧化的脫酸劑；所述PLC控制單元控制所述霧化器噴射出霧化的脫酸劑的噴射量。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于CFD的垃圾焚燒爐脫酸設(shè)備，其特征在于：所述脫酸裝置包括水噴射器，所述水噴射器設(shè)置在所述熱交換裝置與所述反應(yīng)器筒體之間的煙道中；所述CFD模擬單元根據(jù)焚燒爐中的入爐垃圾組分及垃圾負(fù)荷模擬計(jì)算出進(jìn)入所述反應(yīng)器筒體的煙氣的溫度，并輸入至所述PLC控制單元，通過(guò)所述PLC控制單元控制所述水噴射器的水噴射量，對(duì)通過(guò)所述熱交換裝置進(jìn)入所述反應(yīng)器筒體之前的煙氣進(jìn)行水噴射降溫處理。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于CFD的垃圾焚燒爐脫酸設(shè)備，其特征在于：所述脫酸裝置還包括設(shè)置在其反應(yīng)器筒體頂部的擋流板，所述CFD模擬單元根據(jù)焚燒爐中的入爐垃圾組分及垃圾負(fù)荷模擬計(jì)算出進(jìn)入所述反應(yīng)器筒體的煙氣的流速和酸度，并輸入至所述PLC控制單元，通過(guò)所述PLC控制單元控制所述擋流板的開(kāi)度，對(duì)通過(guò)所述熱交換裝置進(jìn)入脫酸裝置的煙氣進(jìn)行流速控制處理。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于CFD的垃圾焚燒爐脫酸設(shè)備，其特征在于：所述脫酸裝置還包括脫酸噴射器，所述CFD模擬單元根據(jù)焚燒爐中的入爐垃圾組分及垃圾負(fù)荷模擬計(jì)算出進(jìn)入所述反應(yīng)器筒體的煙氣的酸性氣體濃度，并輸入至所述PLC控制單元，通過(guò)所述PLC控制單元控制所述脫酸噴射器的噴射量，對(duì)從所述反應(yīng)器筒體流出的煙氣進(jìn)行二次脫酸處理。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于CFD的垃圾焚燒爐脫酸設(shè)備，其特征在于：還包括除雜裝置，所述除雜裝置對(duì)經(jīng)過(guò)所述脫酸裝置脫酸處理后的煙氣進(jìn)行除雜處理。

7.一種基于CFD的垃圾焚燒爐脫酸方法，其特征在于，根據(jù)入爐垃圾組分及垃圾負(fù)荷，建立煙氣化學(xué)反應(yīng)模型模擬預(yù)測(cè)所述焚燒爐內(nèi)任意位置煙氣的酸性氣體的濃度，進(jìn)而進(jìn)行脫酸處理；

所述煙氣化學(xué)反應(yīng)模型為以下公式計(jì)算模型：3

其中，ρ為煙氣密度(kg/m)；t為時(shí)間(s)；ui為i方向的速度矢量(m/s)；xi、xj為坐標(biāo)位置(m)；p為壓強(qiáng)(pa)；μ為粘性系數(shù)(pa·s)；μt為湍動(dòng)粘度；C1ε、C2ε、C3ε和σk均為常數(shù)；Gk為湍動(dòng)能k的產(chǎn)生項(xiàng)，由層流速度梯度而產(chǎn)生；Gb為由浮力產(chǎn)生的湍流動(dòng)能；Sk、Sε為廣義源項(xiàng)分量；

k的物理意義為湍流脈動(dòng)動(dòng)能(單位/焦耳J)，ε的物理意義為湍流脈動(dòng)動(dòng)能的耗散率(％)；

Yi為角通量，是速率、角度、空間和時(shí)間的函數(shù)，Ji為物質(zhì)i的擴(kuò)散通量，Si為廣義源項(xiàng)；Ri為化學(xué)反應(yīng)的凈產(chǎn)生速度。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的CFD的垃圾焚燒爐脫酸方法，其特征在于：還包括預(yù)測(cè)產(chǎn)生煙氣的溫度以及煙氣流速，進(jìn)而進(jìn)行降溫和脫酸控流處理。

說(shuō)明書(shū)： 一種基于CFD的垃圾焚燒爐脫酸設(shè)備及方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于CFD的垃圾焚燒爐脫酸方法及其設(shè)備。

背景技術(shù)[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，居民生活的穩(wěn)步提高，生活垃圾，尤其是城市生活垃圾的產(chǎn)量急劇增加，傳統(tǒng)的垃圾填埋方式已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足垃圾處理需求，垃圾的無(wú)害化處理備

受人們的關(guān)注。垃圾焚燒是垃圾無(wú)害化處理的一個(gè)重要手段，其以“無(wú)害化、減量化、資源

化”的優(yōu)勢(shì)得到了迅速的發(fā)展。但是，垃圾焚燒產(chǎn)生的煙氣中存在大量酸性物質(zhì)如HCl、SO2、

HF等，這些帶有酸性氣體的煙氣必須經(jīng)過(guò)脫酸處理，使得在大氣環(huán)境中排放煙氣的酸性氣

體成分達(dá)到國(guó)家或地方允許排放的標(biāo)準(zhǔn)。

[0003] 煙氣中酸性氣體的脫除有三類(lèi)基本處理工藝：干法、半干法和濕法。干法中和酸性氣體所用的原材料為干態(tài)堿性物質(zhì)，通常使用干態(tài)的消石灰粉，中和后的副產(chǎn)物為亞硫酸

鈣、氯化鈣、氫氧化鈣、氟化鈣等物質(zhì)的混合物。半干法中和酸性氣體所用的原材料為濕態(tài)

堿性物質(zhì)，通常使用氫氧化鈣溶液，生成的副產(chǎn)物與干法類(lèi)似。濕法治理用的原材料和副產(chǎn)

物均為濕態(tài)，常用石灰石漿液，副產(chǎn)物為含亞硫酸鈣等成分的溶液。國(guó)內(nèi)外通常使用兩種方

案組合的方式進(jìn)行脫酸，常見(jiàn)的有半干法+濕法、干法+濕法、半干法+干法。其中，半干法+干

法的組合脫酸工藝的運(yùn)行成本僅為另外兩種組合脫酸工藝的63％左右，且對(duì)HCl和SO2的脫

除率分別可達(dá)到98％和95％。

[0004] 在脫酸工藝過(guò)程中，由于焚燒爐中入爐的垃圾成分變化頻繁，導(dǎo)致焚燒產(chǎn)生的煙氣中的酸性氣體濃度、煙氣溫度以及流速等波動(dòng)較大，對(duì)煙氣進(jìn)行靜態(tài)的脫酸、降溫等處理

無(wú)法維持脫酸效率的穩(wěn)定。現(xiàn)有技術(shù)中，通常利用在線CEMS煙氣分析系統(tǒng)對(duì)煙氣的溫度、壓

力、流量、酸性氣體濃度等進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，但是該在線CEMS煙氣分析系統(tǒng)是通過(guò)在脫酸設(shè)備

內(nèi)設(shè)置一系列的輔助檢測(cè)探頭，通過(guò)該檢測(cè)探頭實(shí)時(shí)檢測(cè)煙氣在某個(gè)具體位置和時(shí)刻的溫

度、壓力、流量等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高昂，且無(wú)法模擬預(yù)測(cè)整個(gè)脫酸設(shè)備中煙氣的溫度場(chǎng)、酸

性氣體濃度分布以及煙氣流場(chǎng)等，從而無(wú)法對(duì)煙氣進(jìn)行精準(zhǔn)地脫酸處理，脫酸效率低。

發(fā)明內(nèi)容[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，將計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)應(yīng)用于垃圾脫酸設(shè)備中，提供一種能精確調(diào)控、高效脫酸的基于CFD的垃圾焚燒爐脫酸方法及設(shè)

備。

[0006] 本發(fā)明是基于以下發(fā)明構(gòu)思實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明提供了一種基于CFD的垃圾焚燒爐脫酸方法及設(shè)備，包括焚燒爐、熱交換裝置、脫酸裝置、CFD模擬單元和PLC控制單元；所述焚燒

爐中產(chǎn)生的煙氣進(jìn)入所述熱交換裝置進(jìn)行降溫處理，降溫后的煙氣進(jìn)入所述脫酸裝置；所

述CFD模擬單元根據(jù)焚燒爐中的入爐垃圾組分及垃圾負(fù)荷模擬計(jì)算出所述焚燒爐的煙氣中

的酸性氣體濃度，并輸入至所述PLC控制單元，通過(guò)所述PLC控制單元控制所述脫酸裝置噴

射脫酸劑對(duì)煙氣進(jìn)行脫酸處理。

[0007] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過(guò)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)模擬計(jì)算產(chǎn)生的煙氣在脫酸設(shè)備中的酸性組分濃度分布，并預(yù)測(cè)進(jìn)入脫酸裝置的煙氣中酸性氣體的濃度，通過(guò)控制脫

酸劑的噴射量對(duì)煙氣進(jìn)行精準(zhǔn)地脫酸處理。本發(fā)明無(wú)需設(shè)置探頭等輔助器件，直接通過(guò)CFD

模擬單元模擬預(yù)測(cè)產(chǎn)生煙氣在某個(gè)位置的酸性氣體濃度，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)脫酸。

[0008] 進(jìn)一步地，所述脫酸裝置包括反應(yīng)器筒體和霧化器，所述反應(yīng)器筒體與所述熱交換裝置連接，所述焚燒爐的煙氣從所述反應(yīng)器筒體的頂部進(jìn)入，并從所述反應(yīng)器筒體的底

部流出，所述脫酸霧化器設(shè)置在所述反應(yīng)器筒體頂部噴射出霧化的脫酸劑；所述PLC控制單

元控制所述霧化器噴射出霧化的脫酸劑的噴射量。

[0009] 進(jìn)一步地，所述脫酸裝置包括水噴射器，所述水噴射器設(shè)置在所述熱交換裝置與所述反應(yīng)器筒體之間的煙道中；所述CFD模擬單元根據(jù)焚燒爐中的入爐垃圾組分及垃圾負(fù)

荷模擬計(jì)算出進(jìn)入所述反應(yīng)器筒體的煙氣的溫度，并輸入至所述PLC控制單元，通過(guò)所述

PLC控制單元控制所述水噴射器的水噴射量，對(duì)通過(guò)所述熱交換裝置進(jìn)入所述反應(yīng)器筒體

之前的煙氣進(jìn)行水噴射降溫處理。

[0010] 進(jìn)一步地，所述脫酸裝置還包括設(shè)置在其反應(yīng)器筒體頂部的擋流板，所述CFD模擬單元根據(jù)焚燒爐中的入爐垃圾組分及垃圾負(fù)荷模擬計(jì)算出進(jìn)入所述反應(yīng)器筒體的煙氣的

流速和酸度，并輸入至所述PLC控制單元，通過(guò)所述PLC控制單元控制所述擋流板的開(kāi)度，對(duì)

通過(guò)所述熱交換裝置進(jìn)入脫酸裝置的煙氣進(jìn)行流速控制處理。

[0011] 進(jìn)一步地，所述脫酸裝置還包括脫酸噴射器，所述CFD模擬單元根據(jù)焚燒爐中的入爐垃圾組分及垃圾負(fù)荷模擬計(jì)算出進(jìn)入所述反應(yīng)器筒體的煙氣的酸性氣體濃度，并輸入至

所述PLC控制單元，通過(guò)所述PLC控制單元控制所述脫酸噴射器的噴射量，對(duì)從所述反應(yīng)器

筒體流出的煙氣進(jìn)行二次脫酸處理。

[0012] 進(jìn)一步地，還包括除雜裝置，所述除雜裝置對(duì)經(jīng)過(guò)所述脫酸裝置脫酸處理后的煙氣進(jìn)行除雜處理。

[0013] 進(jìn)一步地，所述CFD模擬單元通過(guò)建立以下公式進(jìn)行模擬計(jì)算：[0014][0015][0016][0017][0018] 其中，ρ為煙氣密度(kg/m3)；t為時(shí)間(s)；ui為i方向的速度矢量(m/s)；xi、xj為坐標(biāo)位置(m)；p為壓強(qiáng)(pa)；μ為粘性系數(shù)(pa·s)；μt為湍動(dòng)粘度；C1ε、C2ε、C3ε和σk均為常數(shù)；Gk

為湍動(dòng)能k的產(chǎn)生項(xiàng)，由層流速度梯度而產(chǎn)生；Gb為由浮力產(chǎn)生的湍流動(dòng)能；Sk、Sε為廣義源

項(xiàng)分量；k的物理意義為湍流脈動(dòng)動(dòng)能(單位/焦耳J)，ε的物理意義為湍流脈動(dòng)動(dòng)能的耗散

率(％)；Yi為角通量，是速率、角度、空間和時(shí)間的函數(shù)，Ji為物質(zhì)i的擴(kuò)散通量，Si為廣義源

項(xiàng)。

[0019] 基于本發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種基于CFD的垃圾焚燒爐脫酸方法，根據(jù)入爐垃圾組分及垃圾負(fù)荷，建立煙氣化學(xué)反應(yīng)模型模擬預(yù)測(cè)產(chǎn)生煙氣中酸性氣體的濃度，進(jìn)而

進(jìn)行脫酸處理。

[0020] 進(jìn)一步地，還包括預(yù)測(cè)產(chǎn)生煙氣的溫度以及煙氣流速，進(jìn)而進(jìn)行降溫和脫酸控流處理。

[0021] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明根據(jù)入爐垃圾組分及垃圾負(fù)荷建立煙氣化學(xué)反應(yīng)模型預(yù)測(cè)煙氣參數(shù)，為脫酸設(shè)備精準(zhǔn)脫酸提供了一種新的研究思路。

附圖說(shuō)明[0022] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基于CFD的垃圾焚燒爐脫酸設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。[0023] 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的脫酸裝置結(jié)構(gòu)圖。[0024] 圖3是本發(fā)明基于CFD的垃圾焚燒爐脫酸設(shè)備的控制原理圖。[0025] 附圖中的標(biāo)記為：10?焚燒爐、11?進(jìn)料斗、20?熱交換裝置、21?余熱鍋爐、22?蒸發(fā)器、23?過(guò)熱器、24?省煤器、30?脫酸裝置、31?反應(yīng)器筒體、32?水噴射器、32a?灰斗、33?蝸殼

分配器、34?脫酸霧化器、35?擋流板、36?脫酸噴射器、40?除雜裝置、41?活性炭吸附器、42?

袋式除塵器。

具體實(shí)施方式[0026] 請(qǐng)同時(shí)參閱圖1和圖2，其是本發(fā)明基于CFD的垃圾焚燒爐10脫酸設(shè)備(以下簡(jiǎn)稱(chēng)脫酸設(shè)備)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的脫酸設(shè)備包括依序連接的焚燒爐10、熱交換裝置20、

脫酸裝置30、除雜裝置40，以及CFD模擬單元和PLC控制單元(圖未示)。所述焚燒爐10的垃圾

燃燒產(chǎn)生煙氣，所述煙氣進(jìn)入所述熱交換裝置20進(jìn)行一次降溫處理后，再進(jìn)入所述脫酸裝

置30進(jìn)行二次降溫處理和脫酸處理，最后進(jìn)入所述除雜裝置40進(jìn)行除雜處理。由于整體的

脫酸處理是基于CFD模擬單元和PLC控制單元運(yùn)行的，因此，所述CFD模擬單元根據(jù)進(jìn)入焚燒

爐10中的入爐垃圾組分及垃圾負(fù)荷模擬計(jì)算出所述煙氣中的酸性氣體濃度和溫度，并將模

擬數(shù)據(jù)輸入至所述PLC控制單元，通過(guò)所述PLC控制單元控制所述脫酸裝置30對(duì)煙氣分別進(jìn)

行二次降溫處理和脫酸處理。

[0027] 具體地，所述焚燒爐10上設(shè)有一進(jìn)料斗11，垃圾從所述進(jìn)料斗11進(jìn)入所述焚燒爐10中燃燒，并產(chǎn)生高溫的煙氣，所述煙氣的溫度約為1200℃。所述煙氣經(jīng)過(guò)爐內(nèi)脫硝處理后

進(jìn)入熱交換裝置20進(jìn)行降溫處理。在本實(shí)施例中，所述脫硝處理是采用SNCR爐內(nèi)脫硝技術(shù)，

利用尿素、氨等還原劑對(duì)焚燒爐10內(nèi)產(chǎn)生的NOX等氣體進(jìn)行還原處理。

[0028] 所述熱交換裝置20包括依次連接的余熱鍋爐21、蒸發(fā)器22、過(guò)熱器23和省煤器24。所述余熱鍋爐21與所述焚燒爐10連通，所述余熱鍋爐21的側(cè)壁為水冷壁，其與外部的冷卻

水連通。所述蒸發(fā)器22與所述余熱鍋爐21連通，包括一蒸發(fā)室，所述蒸發(fā)室外部通有冷卻

水，煙氣在所述蒸發(fā)室內(nèi)流動(dòng)；所述過(guò)熱器23為對(duì)流式過(guò)熱器，包括若干蛇形排布的管道，

管道內(nèi)通有冷卻水，煙氣在管道外部空間內(nèi)流動(dòng)，以對(duì)流的方式將熱量傳遞給管道內(nèi)的冷

卻水；所述省煤器24為鋼管式省煤器，包括若干并聯(lián)的彎頭管道，管道內(nèi)通有冷卻水，煙氣

在管道外部空間內(nèi)流動(dòng)。經(jīng)過(guò)焚燒爐10內(nèi)脫硝的高溫?zé)煔庵苯虞斔椭了鲇酂徨仩t21，煙

氣的熱量通過(guò)熱傳遞傳遞給水冷壁內(nèi)的冷卻水。隨后，高溫?zé)煔庖来芜M(jìn)入所述蒸發(fā)器22、過(guò)

熱器23和省煤器24并分別與其發(fā)生熱傳遞，使其中的冷卻水吸收高溫?zé)煔獾臒崃繙囟壬?br />
高，而煙氣的溫度降低，最終使得從所述省煤器24中流出的煙氣溫度大約為180?220℃，此

過(guò)程為一次降溫處理。

[0029] 所述脫酸裝置30包括反應(yīng)器筒體31、水噴射器32、蝸殼分配器33、脫酸霧化器34、擋流板35和脫酸噴射器36。

[0030] 所述反應(yīng)器筒體31的上部為中空筒狀結(jié)構(gòu)，所述反應(yīng)器筒體31的下部為中空錐體狀結(jié)構(gòu)的灰斗31a，該錐體狀結(jié)構(gòu)的灰斗31a的最大直徑與所述中空筒狀的截面的直徑相等

或較其略小，并與所述中空筒狀結(jié)構(gòu)形成一體。所述反應(yīng)器筒體31的底部，即灰斗31a的尖

端處設(shè)有出灰閥。所述反應(yīng)器筒體31通過(guò)煙道與所述省煤器24連接，所述煙道的入口設(shè)置

在所述反應(yīng)器筒體31頂部的側(cè)壁上，所述灰斗31a的側(cè)壁設(shè)有一煙道出口，所述熱交換裝置

20中的煙氣從所述反應(yīng)器筒體31的頂部的煙氣入口進(jìn)入，并從所述反應(yīng)器筒體31的灰斗

31a的側(cè)壁的煙道出口流出。

[0031] 所述水噴射器32設(shè)置在所述省煤器24和反應(yīng)器筒體31連接的煙道中，對(duì)經(jīng)過(guò)一次降溫處理后的煙氣進(jìn)入所述反應(yīng)器筒體31之前進(jìn)行二次降溫處理。所述CFD模擬單元根據(jù)

焚燒爐10中的入爐垃圾組分及垃圾負(fù)荷模擬計(jì)算出進(jìn)入所述反應(yīng)器筒體31之前的煙氣的

溫度，并輸入至所述PLC控制單元，所述PLC控制單元與所述水噴射器32的調(diào)節(jié)閥電連接，通

過(guò)控制所述調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，控制所述水噴射器32的水噴射量，對(duì)進(jìn)入所述反應(yīng)器筒體31之

前的煙氣進(jìn)行水噴射降溫至150℃。

[0032] 所述蝸殼分配器33與所述反應(yīng)器筒體31的煙道入口連接，使得所述熱交換裝置20中流出的煙氣首先進(jìn)入所述蝸殼分配器33，經(jīng)過(guò)所述蝸殼分配器33的煙氣分布更加均勻。

所述脫酸霧化器34設(shè)置在所述反應(yīng)器筒體31頂部，其包括霧化器主體和若干噴頭(圖未

示)，所述霧化器主體為一圓盤(pán)，且可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在所述反應(yīng)器筒體31的頂部的中心位置，

所述噴頭等間距設(shè)置在所述圓盤(pán)形霧化器主體的邊緣。一脫酸劑儲(chǔ)存盒34a與所述霧化器

主體連接，在本實(shí)施例中，所述脫酸劑儲(chǔ)存盒34a中儲(chǔ)存有石灰乳，所述PLC控制單元與所述

脫酸霧化器34的調(diào)節(jié)閥電連接，通過(guò)控制所述調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，可控制所述脫酸霧化器34在

反應(yīng)器筒體31中噴射的石灰霧滴的量。所述擋流板35的一端鉸接設(shè)置在所述反應(yīng)器筒體31

的側(cè)壁，另一端與霧化器主體相對(duì)并形成煙氣流道間隙；本實(shí)施例中有多個(gè)擋流板35沿著

所述霧化器主體的圓周方向等間距均勻設(shè)置，所述若干擋流板35與所述霧化器主體之間的

間隙形成煙氣流道，所述PLC控制單元與該調(diào)節(jié)擋流板35的角度控制閥連接，以控制其所述

霧化器主體之間的間隙寬度，由此控制煙氣進(jìn)入所述反應(yīng)筒體內(nèi)部的流速及流量。需要說(shuō)

明的是，所述PLC控制單元可以計(jì)算分析并聯(lián)動(dòng)調(diào)控所述擋流板的開(kāi)度以及脫酸霧化器調(diào)

節(jié)閥的開(kāi)度，當(dāng)煙氣的流速過(guò)大時(shí)，PLC控制單元可以控制擋流板的開(kāi)度，使其開(kāi)度較小，從

而減慢煙氣的流速；也可以控制所述脫酸霧化器調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使其開(kāi)度較大，從而增加脫

酸劑的噴射量；或者同時(shí)調(diào)節(jié)擋流板的開(kāi)度和所述脫酸霧化器的調(diào)節(jié)閥，使得煙氣與噴射

出來(lái)的脫酸劑充分接觸，二者充分配合以達(dá)到最佳的除酸效果。

[0033] 所述脫酸噴射器36設(shè)置在所述反應(yīng)器筒體31的出口的煙道中，其與一儲(chǔ)存有碳酸氫鈉的脫酸劑儲(chǔ)存箱連接，且該脫酸噴射器36上設(shè)有調(diào)節(jié)閥，所述PLC控制單元與該脫酸噴

射器36的調(diào)節(jié)閥電連接，通過(guò)控制所述調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，可控制所述脫酸噴射器36在管道中

射入的碳酸氫鈉的噴射量。

[0034] 進(jìn)一步，所述除雜裝置40包括活性炭吸附器41和袋式除塵器42，所述脫酸裝置30脫酸處理后的煙氣依次經(jīng)過(guò)所述活性炭吸附器41和袋式除塵器42分別進(jìn)行除雜處理。所述

活性炭吸附器41能吸附煙氣中的重金屬、二噁英等成分，所述袋式除塵器42的底部設(shè)有灰

斗，所述袋式除塵器42能捕捉煙氣中顆粒較大、比重大的粉塵使其通過(guò)重力作用沉降并落

入灰斗中。

[0035] 基于上述脫酸設(shè)備，煙氣的凈化處理流程為：所述焚燒爐10的垃圾燃燒產(chǎn)生煙氣，煙氣進(jìn)入所述熱交換裝置20進(jìn)行降溫處理后，再進(jìn)入所述脫酸裝置30進(jìn)行脫酸處理，最后

進(jìn)入所述除雜裝置40進(jìn)行除雜處理。焚燒爐中產(chǎn)生煙氣經(jīng)過(guò)熱交換裝置進(jìn)行一次降溫處理

后，在進(jìn)入脫酸裝置之前進(jìn)行二次降溫處理達(dá)到目標(biāo)溫度，并由反應(yīng)器筒體上的煙道入口

首先進(jìn)入所述蝸殼分配器進(jìn)行流體均勻化處理，使得煙氣的顆粒分布更加均勻后進(jìn)入擋流

板與霧化器主體之間形成的腔體之中，通過(guò)調(diào)控?fù)趿靼迮c圓盤(pán)之間的間隙寬度，調(diào)控進(jìn)入

所述反應(yīng)器筒體內(nèi)部的煙氣流速及流量，此時(shí)，脫酸霧化器將脫酸劑儲(chǔ)存盒中的脫酸劑霧

化后噴射出脫酸劑霧滴，使其與煙氣中的SO2、HCl、HF等酸性氣體發(fā)生中和反應(yīng)，使得約

10％的煙氣成分生成顆粒并落入反應(yīng)器筒體底部的灰斗，此過(guò)程為一次脫酸處理。剩余

90％的煙氣通過(guò)灰斗側(cè)壁的煙道出口進(jìn)入煙氣管道中，并通過(guò)脫酸噴射器噴射出碳酸氫

鈉，并對(duì)剩余的煙氣進(jìn)行二次脫酸處理。隨后，經(jīng)過(guò)兩次脫酸處理的煙氣進(jìn)入所述除雜裝置

中除去重金屬、二噁英、粉塵等雜質(zhì)，最后處理完成的煙氣達(dá)標(biāo)后排入大氣環(huán)境中。

[0036] 需要說(shuō)明的是，在本實(shí)施例中，采用干法和半干法的組合脫酸工藝，因此，兩種脫酸劑分別為石灰漿(Ca(OH)2)和碳酸氫鈉(NaHCO3)，利用石灰漿以干法對(duì)酸性氣體(SO2、

HCl)進(jìn)行中和，中和后的副產(chǎn)物為干態(tài)的硫酸鈣、氯化鈣等的混合物。利用碳酸氫鈉以半干

法對(duì)酸性氣體進(jìn)行中和，中和后的副產(chǎn)物為干態(tài)的硫酸鈉和氯化鈉等的混合物。在本實(shí)施

例中，利用干法+半干法對(duì)HCl和SO2的脫除率分別可達(dá)到98％和95％。脫酸劑與酸性氣體的

化學(xué)反應(yīng)機(jī)理如下：

[0037] Ca(OH)2+HCl→CaCl2+H2O[0038] Ca(OH)2+SO2+SO3+O2→CaSO4+H2O[0039] NaHCO3+SO2+SO3+O2→Na2SO4+H2O+CO2[0040] NaHCO3+HCl→NaCl+H2O+CO2[0041] 進(jìn)一步，本發(fā)明的脫酸設(shè)備是基于CFD模擬單元運(yùn)行的，所述CFD模擬單元是基于CFD軟件(計(jì)算流體力學(xué))對(duì)流體的傳熱、傳質(zhì)等過(guò)程進(jìn)行研究，應(yīng)用各種離散化的數(shù)學(xué)方

法，對(duì)流體力學(xué)的各類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬建模和分析研究，以獲得流體的基本

特征參數(shù)，從而解決各種實(shí)際問(wèn)題。本發(fā)明的CFD模擬單元主要是通過(guò)建立實(shí)際垃圾焚燒爐

的物理模型，并研究該物理模型中的煙氣狀態(tài)模型如湍流模型、物質(zhì)運(yùn)輸模型和化學(xué)反應(yīng)

模型等，由此列出固液氣多相流控制方程，并對(duì)該固液氣多相流方程進(jìn)行離散、聯(lián)合求解得

到具體數(shù)值，從而對(duì)垃圾焚燒爐10中產(chǎn)生的煙氣的各種參數(shù)進(jìn)行分析和研究。

[0042] 所述物理模型與實(shí)際垃圾焚燒爐等比例建立，并采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對(duì)物理模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，需要注意的是，在網(wǎng)格劃分時(shí)，保證質(zhì)量的情況下應(yīng)盡量減少網(wǎng)格劃分的數(shù)

量，并且對(duì)風(fēng)管、折焰角等局部進(jìn)行網(wǎng)格加密。為了模擬更加精準(zhǔn)，進(jìn)一步將物理模型分成

若干區(qū)域，不同的區(qū)域采用適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件進(jìn)行，其中焚燒爐的爐膛煙道入口處采用速度

入口邊界，煙道出口處采用壓力出口邊界。

[0043] 所述煙氣狀態(tài)模型包括湍流模型、物質(zhì)運(yùn)輸模型和化學(xué)反應(yīng)模型。[0044] 具體地，所述湍流模型是采用標(biāo)準(zhǔn)的k?ε雙方程模型來(lái)模擬計(jì)算脫酸系統(tǒng)內(nèi)煙氣的流動(dòng)情況，這是因?yàn)樵诒景l(fā)明的脫酸設(shè)備中，煙氣的流動(dòng)屬于充分發(fā)展的完全湍流流動(dòng)。

標(biāo)準(zhǔn)k?ε模型的湍流動(dòng)能方程和湍流耗散率方程如下：

[0045][0046][0047] 其中，ρ為煙氣密度(kg/m3)；t為時(shí)間(s)；ui為i方向的速度矢量(m/s)；xi、xj為坐標(biāo)位置(m)；p為壓強(qiáng)(pa)；μ為粘性系數(shù)(pa·s)；μt為湍動(dòng)粘度；C1ε、C2ε、C3ε和σk均為常數(shù)；Gk

為湍動(dòng)能k的產(chǎn)生項(xiàng)，由層流速度梯度而產(chǎn)生；Gb為由浮力產(chǎn)生的湍流動(dòng)能；Sk、Sε為廣義源

項(xiàng)分量。聯(lián)立k?ε雙方程，能解出k和ε，其中k的物理意義為湍流脈動(dòng)動(dòng)能(單位/焦耳J)，ε的

物理意義為湍流脈動(dòng)動(dòng)能的耗散率(％)；k越大標(biāo)明湍流脈動(dòng)長(zhǎng)度和時(shí)間尺度越大，ε越大

表明湍流脈動(dòng)長(zhǎng)度和時(shí)間尺度越小，k、ε兩個(gè)值制約湍流脈動(dòng)，從而研究出煙氣在脫酸設(shè)備

中任意位置的湍流模型。

[0048] 所述物質(zhì)運(yùn)輸模型是利用Fluent(一種CFD軟件包)來(lái)研究脫酸設(shè)備中煙氣中酸性氣體的濃度分布。由于煙氣中酸性氣體有多種，各個(gè)酸性組分之間也會(huì)進(jìn)行混合和反應(yīng)，所

以采用物質(zhì)運(yùn)輸模型，計(jì)算第i種物質(zhì)的對(duì)流擴(kuò)散方程來(lái)估計(jì)每種酸性組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以

此來(lái)求解有化學(xué)反應(yīng)參與的守恒方程。守恒方程如下：

[0049][0050] 所述化學(xué)反應(yīng)模型是采用層流有限速率模型，通過(guò)化學(xué)物質(zhì)總和方程計(jì)算某個(gè)物質(zhì)i參與的化學(xué)反應(yīng)的Arrhenius(阿侖尼烏斯公式)反應(yīng)源和計(jì)算得到該物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)

凈源項(xiàng)，其中Yi為角通量，是速率、角度、空間和時(shí)間的函數(shù)，Ji為物質(zhì)i的擴(kuò)散通量，Si為廣

義源項(xiàng)；Ri為化學(xué)反應(yīng)的凈產(chǎn)生速度。該方程中的和Ri是針對(duì)整個(gè)系統(tǒng)中所有化學(xué)物質(zhì)，但

只有某種物質(zhì)參與到某個(gè)化學(xué)反應(yīng)中，即作為反應(yīng)物或生成物時(shí)，化學(xué)計(jì)量數(shù)才不會(huì)等于

零，當(dāng)某些物質(zhì)不參與到任何化學(xué)反應(yīng)時(shí)，它們將從方程中被剔除?；瘜W(xué)物質(zhì)總和方程如

下：

[0051][0052] 需要說(shuō)明的是，上述四個(gè)方程是基于連續(xù)性方程、能量守恒定律、質(zhì)量守恒定律、動(dòng)量守恒定律和組分守恒定律獲得。

[0053] 綜上，CFD模擬單元綜合所述物理模型和煙氣狀態(tài)模型，并根據(jù)廠方實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)輸入入爐垃圾組分(如碳、氫、氧、氮、硫元素等的含量和熱值)和垃圾負(fù)荷(滿(mǎn)負(fù)荷

或欠負(fù)荷)，首先模擬計(jì)算得出焚燒爐中垃圾著火段、燃燒段、燃盡段的床層固相燃燒狀況，

從而得到煙氣在焚燒爐中的溫度場(chǎng)、組分濃度分布、壓力場(chǎng)、流場(chǎng)和速度場(chǎng)，并以此作為初

始條件和主要邊界條件。再將模擬得到的煙氣初始條件和主要邊界條件輸入至已建立好的

物理模型，進(jìn)行氣相燃燒模擬，并在整個(gè)模擬過(guò)程中考慮重力場(chǎng)的影響。再根據(jù)上述湍流模

型、物質(zhì)運(yùn)輸模型和化學(xué)反應(yīng)模型獲得固液氣多相流方程，聯(lián)立方程(1)(2)(3)(4)，對(duì)方程

進(jìn)行離散和數(shù)值求解，計(jì)算出脫酸設(shè)備中煙氣在任意位置的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)和流場(chǎng)，最終預(yù)

測(cè)進(jìn)入所述脫酸裝置的煙氣的各組分酸性氣體濃度、溫度和流速。

[0054] 下面具體說(shuō)明所述CFD模擬單元與PLC控制裝置聯(lián)合控制脫酸設(shè)備中各裝置的運(yùn)行原理及工作過(guò)程。

[0055] 請(qǐng)參閱圖3，實(shí)時(shí)輸入每批次的入爐垃圾成分和運(yùn)行負(fù)荷至CFD模擬單元，所述CFD模擬單元在線計(jì)算和預(yù)測(cè)進(jìn)入反應(yīng)器筒體之前的煙氣溫度以及進(jìn)入反應(yīng)器筒體中的酸性

氣體(SOx、HCl等)的濃度值和煙氣流速，并將實(shí)時(shí)參數(shù)信號(hào)反饋至PLC控制單元，再通過(guò)PLC

控制單元控制水噴射器、脫酸霧化器和脫酸噴射器的噴射量以及擋流板的開(kāi)度，從而控制

水噴射量、脫酸劑噴射量和煙氣流速。當(dāng)煙溫過(guò)高或過(guò)低偏離標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，PLC控制單元控制

水噴射器噴射的減溫水的量，使煙氣的溫度達(dá)到最佳脫酸溫度(150℃)。當(dāng)酸性氣體濃度偏

高時(shí)，PLC控制單元聯(lián)動(dòng)調(diào)整擋流板的張角開(kāi)度和脫酸霧化器的脫酸劑噴射量，以此來(lái)改變

煙氣在反應(yīng)器中的流速和煙氣停留時(shí)間，使得酸性氣體與脫酸霧滴充分接觸發(fā)生中和反

應(yīng)，提高脫酸的效率；例如，當(dāng)煙氣的流速過(guò)大時(shí)，PLC控制單元可以控制擋流板的開(kāi)度，使

其開(kāi)度較小，從而減慢煙氣的流速，使得煙氣與除酸劑充分接觸；也可以控制所述脫酸霧化

器調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，使其開(kāi)度較大，從而增加脫酸劑的噴射量，使得更多的脫酸劑與煙氣充分

反應(yīng)；或者同時(shí)調(diào)節(jié)擋流板的開(kāi)度和所述脫酸霧化器的調(diào)節(jié)閥，使得煙氣與噴射出來(lái)的脫

酸劑充分接觸，二者充分配合以達(dá)到最佳的除酸效果。同時(shí)，PLC控制單元控制脫酸噴射器

噴射碳酸氫鈉噴射量對(duì)煙氣進(jìn)行輔助脫酸，從而達(dá)到高效脫酸、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

[0056] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明將計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)應(yīng)用于脫酸設(shè)備中，根據(jù)入爐垃圾組分及垃圾負(fù)荷建立煙氣化學(xué)反應(yīng)模型預(yù)測(cè)煙氣參數(shù)如煙氣溫度、酸性氣體濃度和流速

等，為脫酸設(shè)備精準(zhǔn)脫酸提供了一種新的研究思路。進(jìn)一步，將煙氣參數(shù)的預(yù)測(cè)值反饋至

PLC控制系統(tǒng)，再通過(guò)PLC控制單元控制脫酸設(shè)備中的各個(gè)裝置對(duì)煙氣進(jìn)行聯(lián)動(dòng)脫酸處理。

另外，本發(fā)明無(wú)需設(shè)置探頭等輔助器件，直接通過(guò)CFD模擬單元模擬預(yù)測(cè)產(chǎn)生煙氣在某個(gè)位

置的酸性氣體濃度，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)脫酸。

[0057] 本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施方式，如果對(duì)本發(fā)明的各種改動(dòng)或變形不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動(dòng)和變形屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)

明也意圖包含這些改動(dòng)和變形。