基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备及方法

权利要求书： 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模拟单元建立物理模型与烟气状态模型，并根据焚烧炉中的入炉垃圾组分及垃圾负荷模拟预测出所述焚烧炉内任意位置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装置喷射脱酸剂对烟气进行脱酸处理；

所述CFD模拟单元通过建立以下公式进行模拟计算：3

其中，ρ为烟气密度(kg/m)；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；Ri为化学反应的净产生速度。

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，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。

6.根据权利要求5所述的基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备，其特征在于：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。

7.一种基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸方法，其特征在于，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所述焚烧炉内任意位置烟气的酸性气体的浓度，进而进行脱酸处理；

所述烟气化学反应模型为以下公式计算模型：3

其中，ρ为烟气密度(kg/m)；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；Ri为化学反应的净产生速度。

8.根据权利要求7所述的CFD的垃圾焚烧炉脱酸方法，其特征在于：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。

说明书： 一种基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备及方法技术领域[0001] 本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸方法及其设备。

背景技术[0002] 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。

[0003] 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％。

[0004] 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。

发明内容[0005] 本发明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。

[0006] 本发明是基于以下发明构思实现的：本发明提供了一种基于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。

[0007] 相对于现有技术，本发明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。本发明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。

[0008] 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。

[0009] 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。

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 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：[0014][0015][0016][0017][0018] 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。

[0019] 基于本发明构思，本发明还提供了一种基于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。

[0020] 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。

[0021] 相对于现有技术，本发明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[0022] 图1是本发明实施例的基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备结构图。[0023] 图2是本发明实施例的脱酸装置结构图。[0024] 图3是本发明基于CFD的垃圾焚烧炉脱酸设备的控制原理图。[0025] 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[0026] 请同时参阅图1和图2，其是本发明基于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。本发明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。

[0027] 具体地，所述焚烧炉10上设有一进料斗11，垃圾从所述进料斗11进入所述焚烧炉10中燃烧，并产生高温的烟气，所述烟气的温度约为1200℃。所述烟气经过炉内脱硝处理后

进入热交换装置20进行降温处理。在本实施例中，所述脱硝处理是采用SNCR炉内脱硝技术，

利用尿素、氨等还原剂对焚烧炉10内产生的NOX等气体进行还原处理。

[0028] 所述热交换装置20包括依次连接的余热锅炉21、蒸发器22、过热器23和省煤器24。所述余热锅炉21与所述焚烧炉10连通，所述余热锅炉21的侧壁为水冷壁，其与外部的冷却

水连通。所述蒸发器22与所述余热锅炉21连通，包括一蒸发室，所述蒸发室外部通有冷却

水，烟气在所述蒸发室内流动；所述过热器23为对流式过热器，包括若干蛇形排布的管道，

管道内通有冷却水，烟气在管道外部空间内流动，以对流的方式将热量传递给管道内的冷

却水；所述省煤器24为钢管式省煤器，包括若干并联的弯头管道，管道内通有冷却水，烟气

在管道外部空间内流动。经过焚烧炉10内脱硝的高温烟气直接输送至所述余热锅炉21，烟

气的热量通过热传递传递给水冷壁内的冷却水。随后，高温烟气依次进入所述蒸发器22、过

热器23和省煤器24并分别与其发生热传递，使其中的冷却水吸收高温烟气的热量温度升

高，而烟气的温度降低，最终使得从所述省煤器24中流出的烟气温度大约为180?220℃，此

过程为一次降温处理。

[0029] 所述脱酸装置30包括反应器筒体31、水喷射器32、蜗壳分配器33、脱酸雾化器34、挡流板35和脱酸喷射器36。

[0030] 所述反应器筒体31的上部为中空筒状结构，所述反应器筒体31的下部为中空锥体状结构的灰斗31a，该锥体状结构的灰斗31a的最大直径与所述中空筒状的截面的直径相等

或较其略小，并与所述中空筒状结构形成一体。所述反应器筒体31的底部，即灰斗31a的尖

端处设有出灰阀。所述反应器筒体31通过烟道与所述省煤器24连接，所述烟道的入口设置

在所述反应器筒体31顶部的侧壁上，所述灰斗31a的侧壁设有一烟道出口，所述热交换装置

20中的烟气从所述反应器筒体31的顶部的烟气入口进入，并从所述反应器筒体31的灰斗

31a的侧壁的烟道出口流出。

[0031] 所述水喷射器32设置在所述省煤器24和反应器筒体31连接的烟道中，对经过一次降温处理后的烟气进入所述反应器筒体31之前进行二次降温处理。所述CFD模拟单元根据

焚烧炉10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31之前的烟气的

温度，并输入至所述PLC控制单元，所述PLC控制单元与所述水喷射器32的调节阀电连接，通

过控制所述调节阀的开度，控制所述水喷射器32的水喷射量，对进入所述反应器筒体31之

前的烟气进行水喷射降温至150℃。

[0032] 所述蜗壳分配器33与所述反应器筒体31的烟道入口连接，使得所述热交换装置20中流出的烟气首先进入所述蜗壳分配器33，经过所述蜗壳分配器33的烟气分布更加均匀。

所述脱酸雾化器34设置在所述反应器筒体31顶部，其包括雾化器主体和若干喷头(图未

示)，所述雾化器主体为一圆盘，且可旋转地设置在所述反应器筒体31的顶部的中心位置，

所述喷头等间距设置在所述圆盘形雾化器主体的边缘。一脱酸剂储存盒34a与所述雾化器

主体连接，在本实施例中，所述脱酸剂储存盒34a中储存有石灰乳，所述PLC控制单元与所述

脱酸雾化器34的调节阀电连接，通过控制所述调节阀的开度，可控制所述脱酸雾化器34在

反应器筒体31中喷射的石灰雾滴的量。所述挡流板35的一端铰接设置在所述反应器筒体31

的侧壁，另一端与雾化器主体相对并形成烟气流道间隙；本实施例中有多个挡流板35沿着

所述雾化器主体的圆周方向等间距均匀设置，所述若干挡流板35与所述雾化器主体之间的

间隙形成烟气流道，所述PLC控制单元与该调节挡流板35的角度控制阀连接，以控制其所述

雾化器主体之间的间隙宽度，由此控制烟气进入所述反应筒体内部的流速及流量。需要说

明的是，所述PLC控制单元可以计算分析并联动调控所述挡流板的开度以及脱酸雾化器调

节阀的开度，当烟气的流速过大时，PLC控制单元可以控制挡流板的开度，使其开度较小，从

而减慢烟气的流速；也可以控制所述脱酸雾化器调节阀的开度，使其开度较大，从而增加脱

酸剂的喷射量；或者同时调节挡流板的开度和所述脱酸雾化器的调节阀，使得烟气与喷射

出来的脱酸剂充分接触，二者充分配合以达到最佳的除酸效果。

[0033] 所述脱酸喷射器36设置在所述反应器筒体31的出口的烟道中，其与一储存有碳酸氢钠的脱酸剂储存箱连接，且该脱酸喷射器36上设有调节阀，所述PLC控制单元与该脱酸喷

射器36的调节阀电连接，通过控制所述调节阀的开度，可控制所述脱酸喷射器36在管道中

射入的碳酸氢钠的喷射量。

[0034] 进一步，所述除杂装置40包括活性炭吸附器41和袋式除尘器42，所述脱酸装置30脱酸处理后的烟气依次经过所述活性炭吸附器41和袋式除尘器42分别进行除杂处理。所述

活性炭吸附器41能吸附烟气中的重金属、二噁英等成分，所述袋式除尘器42的底部设有灰

斗，所述袋式除尘器42能捕捉烟气中颗粒较大、比重大的粉尘使其通过重力作用沉降并落

入灰斗中。

[0035] 基于上述脱酸设备，烟气的净化处理流程为：所述焚烧炉10的垃圾燃烧产生烟气，烟气进入所述热交换装置20进行降温处理后，再进入所述脱酸装置30进行脱酸处理，最后

进入所述除杂装置40进行除杂处理。焚烧炉中产生烟气经过热交换装置进行一次降温处理

后，在进入脱酸装置之前进行二次降温处理达到目标温度，并由反应器筒体上的烟道入口

首先进入所述蜗壳分配器进行流体均匀化处理，使得烟气的颗粒分布更加均匀后进入挡流

板与雾化器主体之间形成的腔体之中，通过调控挡流板与圆盘之间的间隙宽度，调控进入

所述反应器筒体内部的烟气流速及流量，此时，脱酸雾化器将脱酸剂储存盒中的脱酸剂雾

化后喷射出脱酸剂雾滴，使其与烟气中的SO2、HCl、HF等酸性气体发生中和反应，使得约

10％的烟气成分生成颗粒并落入反应器筒体底部的灰斗，此过程为一次脱酸处理。剩余

90％的烟气通过灰斗侧壁的烟道出口进入烟气管道中，并通过脱酸喷射器喷射出碳酸氢

钠，并对剩余的烟气进行二次脱酸处理。随后，经过两次脱酸处理的烟气进入所述除杂装置

中除去重金属、二噁英、粉尘等杂质，最后处理完成的烟气达标后排入大气环境中。

[0036] 需要说明的是，在本实施例中，采用干法和半干法的组合脱酸工艺，因此，两种脱酸剂分别为石灰浆(Ca(OH)2)和碳酸氢钠(NaHCO3)，利用石灰浆以干法对酸性气体(SO2、

HCl)进行中和，中和后的副产物为干态的硫酸钙、氯化钙等的混合物。利用碳酸氢钠以半干

法对酸性气体进行中和，中和后的副产物为干态的硫酸钠和氯化钠等的混合物。在本实施

例中，利用干法+半干法对HCl和SO2的脱除率分别可达到98％和95％。脱酸剂与酸性气体的

化学反应机理如下：

[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] 进一步，本发明的脱酸设备是基于CFD模拟单元运行的，所述CFD模拟单元是基于CFD软件(计算流体力学)对流体的传热、传质等过程进行研究，应用各种离散化的数学方

法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟建模和分析研究，以获得流体的基本

特征参数，从而解决各种实际问题。本发明的CFD模拟单元主要是通过建立实际垃圾焚烧炉

的物理模型，并研究该物理模型中的烟气状态模型如湍流模型、物质运输模型和化学反应

模型等，由此列出固液气多相流控制方程，并对该固液气多相流方程进行离散、联合求解得

到具体数值，从而对垃圾焚烧炉10中产生的烟气的各种参数进行分析和研究。

[0042] 所述物理模型与实际垃圾焚烧炉等比例建立，并采用非结构化网格对物理模型进行网格划分，需要注意的是，在网格划分时，保证质量的情况下应尽量减少网格划分的数

量，并且对风管、折焰角等局部进行网格加密。为了模拟更加精准，进一步将物理模型分成

若干区域，不同的区域采用适当的边界条件进行，其中焚烧炉的炉膛烟道入口处采用速度

入口边界，烟道出口处采用压力出口边界。

[0043] 所述烟气状态模型包括湍流模型、物质运输模型和化学反应模型。[0044] 具体地，所述湍流模型是采用标准的k?ε双方程模型来模拟计算脱酸系统内烟气的流动情况，这是因为在本发明的脱酸设备中，烟气的流动属于充分发展的完全湍流流动。

标准k?ε模型的湍流动能方程和湍流耗散率方程如下：

[0045][0046][0047] 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。联立k?ε双方程，能解出k和ε，其中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(％)；k越大标明湍流脉动长度和时间尺度越大，ε越大

表明湍流脉动长度和时间尺度越小，k、ε两个值制约湍流脉动，从而研究出烟气在脱酸设备

中任意位置的湍流模型。

[0048] 所述物质运输模型是利用Fluent(一种CFD软件包)来研究脱酸设备中烟气中酸性气体的浓度分布。由于烟气中酸性气体有多种，各个酸性组分之间也会进行混合和反应，所

以采用物质运输模型，计算第i种物质的对流扩散方程来估计每种酸性组分的质量分数，以

此来求解有化学反应参与的守恒方程。守恒方程如下：

[0049][0050] 所述化学反应模型是采用层流有限速率模型，通过化学物质总和方程计算某个物质i参与的化学反应的Arrhenius(阿仑尼乌斯公式)反应源和计算得到该物质的化学反应

净源项，其中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；Ri为化学反应的净产生速度。该方程中的和Ri是针对整个系统中所有化学物质，但

只有某种物质参与到某个化学反应中，即作为反应物或生成物时，化学计量数才不会等于

零，当某些物质不参与到任何化学反应时，它们将从方程中被剔除。化学物质总和方程如

下：

[0051][0052] 需要说明的是，上述四个方程是基于连续性方程、能量守恒定律、质量守恒定律、动量守恒定律和组分守恒定律获得。

[0053] 综上，CFD模拟单元综合所述物理模型和烟气状态模型，并根据厂方实际运行数据，实时输入入炉垃圾组分(如碳、氢、氧、氮、硫元素等的含量和热值)和垃圾负荷(满负荷

或欠负荷)，首先模拟计算得出焚烧炉中垃圾着火段、燃烧段、燃尽段的床层固相燃烧状况，

从而得到烟气在焚烧炉中的温度场、组分浓度分布、压力场、流场和速度场，并以此作为初

始条件和主要边界条件。再将模拟得到的烟气初始条件和主要边界条件输入至已建立好的

物理模型，进行气相燃烧模拟，并在整个模拟过程中考虑重力场的影响。再根据上述湍流模

型、物质运输模型和化学反应模型获得固液气多相流方程，联立方程(1)(2)(3)(4)，对方程

进行离散和数值求解，计算出脱酸设备中烟气在任意位置的温度场、速度场和流场，最终预

测进入所述脱酸装置的烟气的各组分酸性气体浓度、温度和流速。

[0054] 下面具体说明所述CFD模拟单元与PLC控制装置联合控制脱酸设备中各装置的运行原理及工作过程。

[0055] 请参阅图3，实时输入每批次的入炉垃圾成分和运行负荷至CFD模拟单元，所述CFD模拟单元在线计算和预测进入反应器筒体之前的烟气温度以及进入反应器筒体中的酸性

气体(SOx、HCl等)的浓度值和烟气流速，并将实时参数信号反馈至PLC控制单元，再通过PLC

控制单元控制水喷射器、脱酸雾化器和脱酸喷射器的喷射量以及挡流板的开度，从而控制

水喷射量、脱酸剂喷射量和烟气流速。当烟温过高或过低偏离标准值时，PLC控制单元控制

水喷射器喷射的减温水的量，使烟气的温度达到最佳脱酸温度(150℃)。当酸性气体浓度偏

高时，PLC控制单元联动调整挡流板的张角开度和脱酸雾化器的脱酸剂喷射量，以此来改变

烟气在反应器中的流速和烟气停留时间，使得酸性气体与脱酸雾滴充分接触发生中和反

应，提高脱酸的效率；例如，当烟气的流速过大时，PLC控制单元可以控制挡流板的开度，使

其开度较小，从而减慢烟气的流速，使得烟气与除酸剂充分接触；也可以控制所述脱酸雾化

器调节阀的开度，使其开度较大，从而增加脱酸剂的喷射量，使得更多的脱酸剂与烟气充分

反应；或者同时调节挡流板的开度和所述脱酸雾化器的调节阀，使得烟气与喷射出来的脱

酸剂充分接触，二者充分配合以达到最佳的除酸效果。同时，PLC控制单元控制脱酸喷射器

喷射碳酸氢钠喷射量对烟气进行辅助脱酸，从而达到高效脱酸、经济运行的目的。

[0056] 相对于现有技术，本发明将计算流体动力学(CFD)应用于脱酸设备中，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如烟气温度、酸性气体浓度和流速

等，为脱酸设备精准脱酸提供了一种新的研究思路。进一步，将烟气参数的预测值反馈至

PLC控制系统，再通过PLC控制单元控制脱酸设备中的各个装置对烟气进行联动脱酸处理。

另外，本发明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。

[0057] 本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发

明也意图包含这些改动和变形。