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摘要：根據(jù)某垃圾焚燒處理中心建筑結(jié)構(gòu)，確定通風(fēng)方案布局，設(shè)計(jì)了一種新型除臭通風(fēng)系統(tǒng)．利用CFD仿真分析的方法，模擬該方案的通風(fēng)效果，結(jié)果表明：料坑與平臺(tái)區(qū)域負(fù)壓分布均勻，梯度變化明顯，整體處于－32～－39Pa的微負(fù)壓環(huán)境下，料坑內(nèi)臭氣濃度分布整體處于0．17mol／m3以下，通風(fēng)效果較好，滿足設(shè)計(jì)要求．

關(guān)鍵詞：垃圾焚燒處理；計(jì)算流體力學(xué)；分子擴(kuò)散；CFD仿真分析；除臭通風(fēng)系統(tǒng)

隨著城市化進(jìn)程迅速加快，中心城區(qū)人口更加密集，人民生活水平不斷提高，我國(guó)垃圾產(chǎn)量正在逐年增加．主要的垃圾處理方法包括填埋、堆肥、焚燒等［1－3］．垃圾焚燒發(fā)電作為非常重要的處理方式，工廠區(qū)環(huán)境對(duì)周圍環(huán)境的影響也越來(lái)越引起各方關(guān)注．隨著垃圾的運(yùn)輸和卸料翻動(dòng)過(guò)程，垃圾處理區(qū)域產(chǎn)生的惡臭氣體持續(xù)不斷向四周擴(kuò)散，從而對(duì)周圍環(huán)境造成污染［4－6］．本文針對(duì)某垃圾焚燒處理中心通風(fēng)除臭系統(tǒng)進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)合理的通風(fēng)方案，并對(duì)臭氣濃度較復(fù)雜的料坑區(qū)域進(jìn)行CFD（computationalfluiddynamics）仿真分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)合理性，將周圍環(huán)境受垃圾焚燒發(fā)電廠產(chǎn)出的惡臭氣體的負(fù)影響減少到最低，既符合實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想，又能有效減少臭氣擾民等社會(huì)矛盾．

1某產(chǎn)業(yè)區(qū)工業(yè)固廢處置現(xiàn)狀

隨著新化學(xué)物質(zhì)的不斷產(chǎn)生以及企業(yè)環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，某園區(qū)內(nèi)企業(yè)固廢產(chǎn)生量逐年增加，園區(qū)共有企業(yè)120家，主要以醫(yī)藥化工、農(nóng)藥化工、涂料染料三大行業(yè)為主．2017年產(chǎn)業(yè)區(qū)固廢預(yù)計(jì)年產(chǎn)生量21260t，其中適合焚燒處理的預(yù)計(jì)年產(chǎn)生量13260t，約占固廢總量的62％．基于產(chǎn)業(yè)園日益增長(zhǎng)的固體廢料，某垃圾焚燒處理中心進(jìn)行擴(kuò)建：焚燒車間建筑面積4346．52m2，占地面積2745．42m2，建筑高度23．15m；暫存庫(kù)建筑面積2207．2m2，占地面積2207．2m2，并重新設(shè)計(jì)了除臭通風(fēng)系統(tǒng)．

2通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

某垃圾焚燒處理中心由料坑、卸料大廳、暫存庫(kù)、垃圾焚燒爐等組成，其中料坑、卸料大廳、暫存庫(kù)為惡臭物質(zhì)散發(fā)源．通風(fēng)系統(tǒng)需保證惡臭氣味不擴(kuò)散到建筑外界［7］．本研究在建筑內(nèi)部設(shè)計(jì)排風(fēng)管道，排風(fēng)均勻，保證建筑內(nèi)部維持一定的負(fù)壓．通風(fēng)方案如圖1所示．

2．1通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于危廢儲(chǔ)存?zhèn)}庫(kù)及車間需保持的負(fù)壓值并無(wú)規(guī)范要求，故借鑒國(guó)內(nèi)不同規(guī)范、不同場(chǎng)合的正壓及負(fù)壓要求進(jìn)行設(shè)計(jì)．1）對(duì)于放散有害物質(zhì)的空調(diào)區(qū)域應(yīng)保持負(fù)壓，其壓差值宜取5～10Pa，但不應(yīng)大于50Pa（空調(diào)區(qū)域并不直接面對(duì)室外）［8］．2）正壓室設(shè)置的開啟外窗及與室外直接相通的外門是不可行的，應(yīng)該采用門斗或門廊．內(nèi)外門均為密閉型，并且必須保證兩道門不可同時(shí)開啟，同時(shí)，門斗或門廊應(yīng)保持正壓不低于10Pa［9］．

2．2通風(fēng)方案設(shè)計(jì)

通風(fēng)除臭系統(tǒng)擬采用保持暫存庫(kù)門斗內(nèi)正壓值為＋5～＋10Pa，保持室內(nèi)與外界大氣隔斷；暫存庫(kù)內(nèi)負(fù)壓值為－20Pa；卸料大廳門斗內(nèi)正壓值為＋5～＋10Pa；卸料大廳內(nèi)負(fù)壓值為－20～－30Pa；料坑內(nèi)負(fù)壓值為－30～－40Pa．根據(jù)臭氣濃度的變化料坑排風(fēng)換氣次數(shù)為5次／h，卸料車間為4．5次／h［4］．同時(shí)于卸料車間大門內(nèi)部設(shè)置空氣幕，以隔絕室內(nèi)外氣體，在惡臭源較近的區(qū)域設(shè)置排風(fēng)裝置，料坑壁處設(shè)置排風(fēng)口，卸料車間粉碎線上部設(shè)置局部排風(fēng)罩，以降低惡臭源的無(wú)組織擴(kuò)散．由于料坑臭氣濃度較高，料坑和卸料車間的空間聯(lián)通處設(shè)置軟簾，以隔絕兩個(gè)區(qū)域．暫存庫(kù)排風(fēng)換氣次數(shù)為4次／h，并在暫存庫(kù)大門內(nèi)部設(shè)置空氣幕，以隔絕室內(nèi)外空氣．暫存庫(kù)內(nèi)排風(fēng)口位于貨架之間，排風(fēng)口設(shè)置上下兩層，貨架周邊設(shè)置遮擋軟簾，使每個(gè)貨架區(qū)的臭氣得到有效收集．

2．3通風(fēng)量計(jì)算

通風(fēng)量根據(jù)換氣次數(shù)確定，其計(jì)算公式［10］為式中：L為通風(fēng)量（m3／h）；n為換氣次數(shù)（次／h）；Vf為通風(fēng)房間體積（m3）．通風(fēng)方案數(shù)據(jù)見表1．

3料坑流場(chǎng)分析

3．1物理模型

物理模型見圖2．針對(duì)臭氣濃度分布最復(fù)雜的料坑區(qū)域，利用FLUENT軟件進(jìn)行通風(fēng)模擬．先對(duì)模型進(jìn)行如下簡(jiǎn)化．1）不考慮風(fēng)口圓角與角度，風(fēng)口尺寸簡(jiǎn)化為500mm×500mm的方形風(fēng)口和400mm×1250mm的矩形風(fēng)口．2）不考慮廢料堆積不均勻的情況，取廢料高度為500mm，均勻鋪在車間底部．3）由于抓斗、行車等體積相對(duì)整個(gè)料坑車間而言較小，對(duì)整體車間流場(chǎng)的影響可以忽略，所以在此不予考慮．4）考慮到工程實(shí)際風(fēng)機(jī)效率達(dá)不到100％，管道存在泄漏等問(wèn)題，模擬時(shí)入口與出口的風(fēng)量按風(fēng)機(jī)額定風(fēng)量的80％確定．

3．2數(shù)學(xué)模型

料坑區(qū)域內(nèi)部氣流組織的湍流是一種不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，其特征是時(shí)空的隨機(jī)變量，湍流運(yùn)動(dòng)能使污染物迅速擴(kuò)散．湍流擴(kuò)散的梯度輸送理論是泰勒（GITayler）類比于費(fèi)克（AFick）提出的分子擴(kuò)散理論建立的，該理論簡(jiǎn)稱K理論，其基本觀點(diǎn)是將湍流運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)擴(kuò)散類比分子擴(kuò)散規(guī)律來(lái)研究．在湍流中擴(kuò)散物質(zhì)的濃度是脈動(dòng)的，即濃度C隨時(shí)間t作不規(guī)則隨機(jī)性變化，用其濃度平均值C來(lái)討論．由于湍流擴(kuò)散的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)尺度遠(yuǎn)大于分子擴(kuò)散隨機(jī)運(yùn)動(dòng)尺度，因此，在湍流中分子擴(kuò)散可以忽略［11－14］．在空氣沿x水平方向以平均速度u正運(yùn)動(dòng)的情況下，當(dāng)湍流擴(kuò)散系數(shù)Kx、Ky、Kz為常數(shù)時(shí)，湍流擴(kuò)散的微分方程為對(duì)于一個(gè)連續(xù)作用的發(fā)塵點(diǎn)源，當(dāng)其發(fā)塵速率不隨時(shí)間變化時(shí)，擴(kuò)散過(guò)程可以認(rèn)為是定常態(tài)，即空間任何點(diǎn)的濃度僅是空間坐標(biāo)的函數(shù)在一般情況下，由空氣的平均移動(dòng)速度所引起的物質(zhì)質(zhì)量通量遠(yuǎn)比擴(kuò)散脈動(dòng)流流速所引起的質(zhì)量通量大得多，即則湍流擴(kuò)散微分方程（2）可以簡(jiǎn)化為基于以上數(shù)學(xué)模型，數(shù)值模擬采用等溫不可壓縮流動(dòng)模擬，以RNGk－e湍流方程作為計(jì)算模型，廢氣組分的擴(kuò)散過(guò)程通過(guò)組分輸運(yùn)方程模擬，對(duì)流項(xiàng)采用二階迎風(fēng)格式離散，速度與壓力耦合采用SIMPLE算法進(jìn)行求解．考慮流場(chǎng)穩(wěn)定后時(shí)間對(duì)室內(nèi)空氣流動(dòng)的影響不大，因此，采用穩(wěn)態(tài)模擬，收斂精度選取0．001．

3．3邊界條件

出口設(shè)置為質(zhì)量入口邊界條件，入口設(shè)置為壓力入口邊界，壓力大小設(shè)置為1個(gè)大氣壓．考慮重力影響，給定重力加速度為9．816m／s2；考慮體積力的影響，設(shè)定操作密度為1．225kg／m3．臭氣產(chǎn)生采用體積源法，假設(shè)廢氣從廢料表面均勻逸出，逸出濃度為1500mg／（m2•s），廢氣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：氨60％，二氧化硫20％，硫化氫10％，二硫化碳10％．

3．4模擬結(jié)果與分析

運(yùn)用ICEMCFD軟件對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，利用FLUENT軟件進(jìn)行仿真，得到流線分布圖、濃度云圖等模擬結(jié)果．

3．4．1壓力場(chǎng)分析圖3是采用該通風(fēng)方案計(jì)算得到的壓力云圖．從圖3中可以看出：料坑處于－36～－39Pa的微負(fù)壓環(huán)境下，平臺(tái)區(qū)域壓力處于－32～－36Pa的微負(fù)壓環(huán)境下；整個(gè)區(qū)域壓力分布較為均勻；壓力梯度變化明顯，隨著高度的增加，負(fù)壓逐漸減小，滿足設(shè)計(jì)要求．

3．4．2廢氣濃度云圖分布圖4是采用該通風(fēng)方案計(jì)算得到的臭氣濃度分布圖．從圖4中可以看出：濃度最高值出現(xiàn)在料坑底部，整個(gè)料坑區(qū)域的下部臭氣濃度基本在0．14mol／m3以下，料坑上部及平臺(tái)上部區(qū)域臭氣濃度基本在0．17mol／m3以下．平臺(tái)處利用新風(fēng)稀釋，料坑處利用雙排抽風(fēng)管路，使臭氣濃度下降顯著，通風(fēng)效果較好．

4結(jié)語(yǔ)

根據(jù)某垃圾焚燒處理中心建筑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種新型除臭通風(fēng)系統(tǒng)．CFD仿真分析模擬表明料坑與平臺(tái)區(qū)域負(fù)壓分布均勻，梯度變化明顯，整體處于－32～－39Pa的微負(fù)壓環(huán)境下，料坑內(nèi)臭氣濃度分布整體處于0．17mol／m3以下，通風(fēng)效果較好，滿足設(shè)計(jì)要求．

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作者：沈輝 孫明珠 張猛 殷超 單位：揚(yáng)州大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院