鄭筱凱

（上海野馬環(huán)保設(shè)備工程有限公司，上海 200436）

引言

隨著社會的發(fā)展，人們對環(huán)境的要求越來越高。垃圾中轉(zhuǎn)站在轉(zhuǎn)運垃圾時釋放出大量的惡臭氣體，影響周圍居民的生活環(huán)境，也威脅著運行人員的身體健康，因此改善垃圾中轉(zhuǎn)站的運行環(huán)境尤為重要。

利用數(shù)值模擬技術(shù)，可以清晰直觀地看出惡臭氣體在空間的流動模式，對于中轉(zhuǎn)站的送排風(fēng)系統(tǒng)布置有著不可或缺的指導(dǎo)意義。周海燕，蘇冬云等[1]采用CFD仿真模擬技術(shù)，模擬風(fēng)場，確認惡臭污染物的空間分布，確定噴霧范圍。傅志成等[2]對空調(diào)系統(tǒng)室內(nèi)二維氣流的速度場、溫度場和濃度場進行模擬，指出置換通風(fēng)與冷卻頂板結(jié)合的空調(diào)系統(tǒng)具有很大的優(yōu)越性。劉曉倩[3]采用CFD技術(shù)對絲網(wǎng)印刷工位的毒物擴散進行了模擬研究。曹雷[4]采用CFD技術(shù)分析了風(fēng)機風(fēng)道優(yōu)化設(shè)計，模擬結(jié)果風(fēng)量增加11%，噪聲降低2 dB（A）。劉威[5]采用CFD技術(shù)分析了室內(nèi)污染物濃度的分布。由此可見，數(shù)值模擬技術(shù)對于研究氣體空間流動以及污染物擴散有著明顯的優(yōu)勢。本文以某實際垃圾中轉(zhuǎn)站為依托，通過數(shù)值模擬，分析中轉(zhuǎn)站室內(nèi)空氣流動的形態(tài)以及臭氣的擴散方向，根據(jù)模擬結(jié)果，優(yōu)化中轉(zhuǎn)站內(nèi)的送排風(fēng)布置方案，提出最終送排風(fēng)系統(tǒng)定型方案并研究其流場特性。

1 系統(tǒng)建模

根據(jù)某中轉(zhuǎn)站的實際尺寸，工作人員進行1∶1建模，整個系統(tǒng)的模型三維圖如圖1所示。

圖1 車間外形圖

1.1 卸料車間風(fēng)管布置描述

如圖2所示，卸料車間在遠離卸料斗一側(cè)布置一排送風(fēng)立管，母管總風(fēng)量為11 000 m3/h，分11根支管在底部送風(fēng)，每個支管風(fēng)量為1 100 m3/h，立管在底部1 m以下位置開一排孔，保證小孔出口的流速為5 m/s，方向為垂直卸料斗。在卸料斗一側(cè)，布置風(fēng)幕，風(fēng)幕母管送風(fēng)量為10 000 m3/h，風(fēng)幕母管底部開一排φ50 mm小孔，保證小孔出口流速為10 m/s，靠風(fēng)幕將卸料斗中散發(fā)出的臭氣鎖在卸料斗間，避免臭氣外溢至卸料車間。

圖2 車間內(nèi)部風(fēng)管布置圖

1.2 卸料斗間風(fēng)管布置描述

卸料斗的排風(fēng)量為29 000 m3/h，排風(fēng)口設(shè)計尺寸為1 200×600 mm，進土建風(fēng)道前設(shè)置電動調(diào)節(jié)閥，與快速卷簾門連鎖，卷簾門開啟時，風(fēng)量調(diào)到12 000 m3/h，保證臭氣不外溢。模擬時，6個卸料斗表面作為臭氣擴散源，設(shè)置臭氣擴散速度為0.01 m/s，根據(jù)模擬結(jié)果可以判斷是否有臭氣外溢。卸料斗排風(fēng)立管主要收集卸料斗底部沉積的臭氣，距離豎直管底部1.5 m的位置在風(fēng)管兩側(cè)開一排孔，總排風(fēng)量為6 000 m3/h。

1.3 轉(zhuǎn)運車間的風(fēng)管布置圖

轉(zhuǎn)運車間為內(nèi)循環(huán)，通過排風(fēng)百葉收集臭氣后，送往末端除臭設(shè)備，處理合格的氣體再通過送風(fēng)立管送到轉(zhuǎn)運大廳。內(nèi)循環(huán)總風(fēng)量為35 000 m3/h，分11根支管在底部送風(fēng)，每個支管風(fēng)量為3 181 m3/h，立管在底部1 m以下位置開一排孔，保證小孔出口流速為5 m/s，方向為垂直卸料斗。

2 數(shù)值模擬概述

2.1 網(wǎng)格劃分與模型選擇

利用CFD計算前處理軟件GAMBIT2.4.6對整個中轉(zhuǎn)站進行三維建模，空間采用三角形網(wǎng)格TGRID進行鋪設(shè)。在送排風(fēng)口處，利用size function將其局部增加網(wǎng)格數(shù)量用于反應(yīng)實際流場。最終模型網(wǎng)格計算總數(shù)量為512.431 1萬。模型壁面為標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)。網(wǎng)格劃分見圖3。

圖3 網(wǎng)格劃分

2.2 模型選擇

本工程采用標(biāo)準(zhǔn) k-ε湍流模型模擬煙氣湍流流動，k為湍流動能，ε為湍流耗散率。采用組分輸運模型模擬臭氣成分的輸運方程。

k與ε的輸運方程如下：

式中，代表由速度梯度產(chǎn)生的湍動能；代表由浮力產(chǎn)生的湍動能；則是壓縮作用的修正項。kσ和εσ則分別為k和ε的普朗特數(shù)。

2.3 模擬內(nèi)容

優(yōu)化送、排風(fēng)布置方案，優(yōu)化卸料斗風(fēng)幕布置方案，確保室內(nèi)整個流場通順，確保卸料斗臭氣不外溢。

3 模擬結(jié)果分析

3.1 整體模擬結(jié)果云圖分析

車間送排風(fēng)速度分布云圖見圖4，車間臭氣濃度分布云圖見圖5。

圖4 車間送排風(fēng)速度分布云圖

圖5 車間臭氣濃度分布云圖

從上圖4可以看出，卸料車間和轉(zhuǎn)運車間的送風(fēng)可以布滿整個車間，卸料斗風(fēng)幕可以吹到地面，起到封鎖卸料斗中臭氣的作用。從圖5可以看出，臭氣濃度較高的地方只保留在卸料斗內(nèi)，卸料車間和轉(zhuǎn)運車間沒有臭氣外溢情況。由此可以看出，通過送風(fēng)和排風(fēng)設(shè)置，可以將臭氣有組織地排放，不會外溢到其他車間，除卸料斗外，其他地方均可以保持良好的環(huán)境。

3.2 卸料車間卸料斗間模擬結(jié)果云圖分析

卸料車間卸料斗送排風(fēng)速度分布云圖見圖6，卸料斗風(fēng)幕速度分布云圖見圖7，卸料車間卸料斗臭氣濃度分布云圖見圖8。

圖6 卸料車間卸料斗送排風(fēng)速度分布云圖

圖7 卸料斗風(fēng)幕速度分布云圖

圖8 卸料車間卸料斗臭氣濃度分布云圖

從圖6可以看出，卸料車間的送風(fēng)可以布滿整個車間，從卸料車間最左端吹到卸料斗中。從圖7可以看出，卸料斗的風(fēng)幕可以有效地將卸料斗密封，避免臭氣外溢。從圖8可以看出，卸料斗釋放出來的臭氣被封鎖在卸料斗內(nèi)，卸料車間沒有臭氣。

從以上分析可知，送風(fēng)管密集布置，沖著卸料斗吹，卸料斗上方排風(fēng)有負壓，形成良好的循環(huán)，風(fēng)幕可有效密封臭氣，故車間內(nèi)流場通順，有效避免臭氣擴散，使臭氣收集效果良好。

卸料車間卸料斗車間中心截面速度分布云圖見圖9，卸料車間卸料斗車間中心截面臭氣濃度分布云圖見圖10。

圖9 卸料車間卸料斗車間中心截面速度分布云圖

圖10 卸料車間卸料斗車間中心截面臭氣濃度分布云圖

從圖9可以看出，車間內(nèi)的送排風(fēng)循環(huán)良好，送風(fēng)由右端送風(fēng)，排風(fēng)在左端卸料斗上方排風(fēng)，可以有效地形成良性循環(huán)，做到室內(nèi)無死角。從圖10可以看出，卸料車間的臭氣濃度幾乎為0，并且排風(fēng)可以有效地將卸料斗釋放出來的臭氣排走。

在送風(fēng)和風(fēng)幕的雙重作用下，卸料斗釋放出來的臭氣被鎖在卸料斗間內(nèi)，從而有效集中地被排風(fēng)口收集，送往末端處理設(shè)備進行達標(biāo)處理。

經(jīng)過以上建模、網(wǎng)格劃分與模擬計算，可以看出，垃圾中轉(zhuǎn)站的室內(nèi)送風(fēng)排風(fēng)布置合理，送風(fēng)與排風(fēng)能夠?qū)⑹覂?nèi)的氣流形成良好的循環(huán)，卸料斗出風(fēng)幕能夠?qū)⑿读隙丰尫懦龅某魵饷芊庠谛读隙烽g內(nèi)，使臭氣無法外溢，并且被卸料斗上方的排風(fēng)口收集，故整個車間只有卸料斗間內(nèi)存在臭氣，卸料車間和轉(zhuǎn)運車間內(nèi)無臭氣，因而工作環(huán)境良好。

通過模擬結(jié)果分析，可以看出本次系統(tǒng)布置可以滿足工程運行的要求。

4 結(jié)論