固废综合 水泥窑协同处置之处置后煤耗变化

很多废弃物，如生活垃圾、污泥、城市固体废弃物等都具有热值。仅仅考虑废弃物带入热量的话，处置废弃物肯定是节煤的，而且单位熟料处置量越高节煤量越大。但是真实的情况是这样吗？废弃物虽然会带入热量，但是废弃物处置必然也会导致熟料烧成热耗增大。一方面，废弃物带入可用的热量；另一方面，总的烧成热耗升高。因此处置废弃物能否节煤，关键在于两者的平衡。下面就从理论上进行计算。

' x8 K, G% U: f, j* `( p
1. 基本情况
9 O/ }7 }. g% ]+ k7 X: ~
# L; l# w. M2 p7 T$ D( ]9 a9 s1 n假设某企业处置废弃物。该企业熟料产量5500t/d，处置废弃物前单位熟料烧成热耗740 kcal/kg；所用燃料为煤粉，热值5500 kcal/kg。处置的废弃物为城市固体废弃物（以下简称MSW），经过预处理后喂入分解炉。其中，MSW每日处置500吨。

7 m* W$ t! u( |0 L1 R/ bMSW水分含量45%，低位发热量为900kcal/kg，入炉MSW工业分析和元素分析数据如下：
# G( e; e9 X  s. M2 [9 z水分：45%；灰分：35%，C：10%，H：2%，S：1%，N：1%，O：6%。

因为处置MSW，特增设旁路放风系统，放风量为5%。

9 K7 @; ^7 `. e  y- X; A3 s2. 废弃物带入的热量

9 {! [+ P# V: g6 b% X假设废弃物处置前后，熟料产量不变。以单位熟料为基准，每公斤熟料处置MSW量为0.091kg/kgcl，MSW热值为900kcal/kg，单位熟料带入热量为81.8 kcal/kg熟料，即11.7 kg标煤/t熟料。
5 w6 |6 {8 h6 c8 @8 j
6 r+ Z. W' \8 S/ N* _" H: L4 A那么处置这么多废弃物，单位熟料煤耗真的可以节约11.7 kg吗？
- u" G4 M1 C, q. P
( u+ O/ R2 K$ s" s$ O' d7 N3. 因处置废弃物多带走的热量

处置废弃物后单位熟料烧成热耗必然增大，主要原因在于以下几点：
6 c7 ~6 j  f; Q) G* {6 `
处置废弃物后，单位熟料烟气量增大

/ f, o5 _- w1 \$ ~4 H3 i( d* Z* [" j处置废弃物后，预热器出口烟气温度增加
1 n: d! A& w& f. }6 J
处置废弃物后，因旁路放风导致热耗增大

; }: Y7 x$ B' y' \5 h/ {除此，还会存在预热器出口CO浓度增大，带走更多的化学不完全燃烧热；熟料结粒变化，引起篦冷机热效率变化；窑尾结皮引起生产波动，导致热耗增大等情况，但这些情况无法理论计算和量化，暂不予考虑。
3 m1 A7 M' q! C$ o
3.1 单位熟料烟气量变化

- ]. R4 A2 I1 s/ T（1）处置废弃物物之前：假定煤粉燃烧过剩空气系数1.15，则：
1 b8 ?* M* W6 r$ W
①煤粉燃烧烟气量：0.984 Nm3/kg熟料
②假定碳酸盐分解、生料水分蒸发、漏风等烟气量为0.4Nm3/kg熟料

; S' P; ^1 Q* \( G则总烟气量为1.38 Nm3/kg熟料

5 h9 P" H7 Y9 I8 I8 Q; U& T（2）处置废弃物之后：假定煤粉、MSW燃烧过剩空气系数1.15，则：
# O) J9 z. e+ K5 p) E5 e
①煤粉燃烧烟气量：实物煤耗的函数，后续通过热平衡求出实物煤耗
: K: _) i$ a2 H- S* k②MSW燃烧烟气量：0.197 Nm3/kg熟料
③旁路放风烟气量：0.4 Nm3/kg熟料×5%=0.02 Nm3/kg熟料
( c+ G' n# g1 j④假定碳酸盐分解、生料水分蒸发、漏风等烟气量为0.4Nm3/kg熟料

总烟气量为：煤粉燃烧+0.197-0.02+0.4 Nm3/kg熟料

3.2 预热器出口烟气温度变化

（1）处置废弃物前
. n% X! _. V$ G# m! G- n
假设C1出口烟气温度320℃，烟气量如上所述为1.38Nm3/kg熟料，烟气组分如下：
$ i( M# J$ m$ g" u2 N7 p

2 |# o" [9 [, y; r$ P2 @1 Q

0 Y5 V5 [5 B7 N/ \% z) A# ]（2）处置废弃物后

" _6 i4 L/ S% g0 H% E以预热器作为研究对象，对其进行热平衡计算。由于处置废弃物后，分解炉出口的烟气温度保持不变，但是烟气量和烟气热容均显著增大。烟气量增大因为处置MSW引起，烟气热容增大则是因为烟气中水分含量增加引起。经过计算，处置废弃物后预热器出口烟气成分如下表：
( |( v! A2 [4 |& b
  l9 K: V6 v' |" c6 Z2 q

5 P# M" ~0 {% L- _. P6 F
尤其带入预热器的热量显著增大，增大约40大卡左右。此值大小受到处置废弃物后煤耗的变化，因此也是实物煤耗的函数。具体的数据需要平衡计算。在此仅对结果进行阐述：


3 u2 b9 t  g' [7 t
1 A, V. w' i/ s9 H
由此可以看出，处置废弃物后，预热器出口烟气温度增加约47℃，烟气量增加了7%（质量分数）或10%（体积分数），烟气带出热量增加了约43 kcal/kgcl。

3.3 旁路放风带走热量

" }6 X9 e9 w; Z* u! c: R, G5 w处置MSW后，需增设旁路放风系统。旁路放风系统带出热量包括高温烟气带出热量和高温飞灰带出热量。其热量计算公式如下表：
# X% q' v$ S  N: n7 |8 E

' ]: h, Y3 l, M! h- l8 i2 X

3 Y: L- V: ]) E% E  g$ G( X- |可见，因旁路放风带出热量约增加10 kcal/kg熟料。
4 U# w7 a: y  l( q7 u0 ], j
; z2 H7 J0 B  z" D- Y8 {" K4. 计算结果

) }4 m6 `7 P" b" A最终，经过热平衡和迭代计算，求得：
+ g; S5 D# ], {7 K& g' Q
1 w! f. y. ]/ u; h2 {) z, e- Q8 S5 B带入热量：
7 b2 f* H- D8 m% Z! _3 [
/ P8 a8 @  P0 D/ {# ?% i* SMSW带入热量：81.8 kcal/kg熟料

带出热量：

预热器出口烟气带出热量：43 kcal/kg熟料
  L' m4 {3 D8 C8 L' R" C) U旁路放风带出热量：10 kcal/kg熟料
) j) w3 m0 ~9 X$ r9 H3 C
节约煤粉：

+ S+ O  ?1 d* P$ D! X  v81.8 - 43 - 10 = 28.8 kcal/kg熟料，折合降低实物煤耗5.2 kg/吨熟料，标煤耗4.1 kg/吨熟料。

+ G' L% r  g: T* q! F" s& i综上所述，废弃物带入了约82kcal/kg熟料的热量，但是真正“发挥作用”的热量仅为28.8kcal/kg熟料，占比仅为35%。而且35%的有效利用率还是在废弃物完全燃烧的情况下所得数据，如果废弃物没有完全燃烧（这也是大部分现场的运行情况），废弃物热量有效利用率还会低于35%。

, S0 d" r5 |0 v# e简单来讲，假如废弃物在分解炉内的燃尽率能有65% (100%-35%)，也就是说有65%的废弃物热量发挥作用。那么65%的废弃物热量与因处置废弃物所增加的热量相同，此时处置废弃物并不会降低实物煤耗。当废弃物燃尽率低于65%时，甚至要“倒贴”煤！因此废弃物在分解炉内的燃尽率对于降低煤粉消耗来讲至关重要！

* ~3 F3 H8 A" p; R* p6 n, R* H/ C9 O