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。


1. 基本情况
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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。
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MSW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：
水分：45%；灰分：35%，C：10%，H：2%，S：1%，N：1%，O：6%。
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% t3 E0 c6 M1 v0 h' {因为处置MSW，特增设旁路放风系统，放风量为5%。
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. _: g# k. f% V; [6 i2. 废弃物带入的热量
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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。

; C; v" i7 Z  G5 r7 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？
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! h& l0 P+ L. M. X* R. y! ^3. 因处置废弃物多带走的热量
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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：

+ b' j( Z- S8 E/ X' U9 k处置废弃物后，单位熟料烟气量增大

- T2 i1 _1 P7 i! c处置废弃物后，预热器出口烟气温度增加

% E1 {& n7 K/ G. O处置废弃物后，因旁路放风导致热耗增大
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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。

3.1 单位熟料烟气量变化
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（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
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9 S& m5 `5 K) m0 x% X5 n7 Q则总烟气量为1.38 Nm3/kg熟料
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（2）处置废弃物之后：假定煤粉、MSW燃烧过剩空气系数1.15，则：
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7 a: ~" V% `6 s( o①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
②MSW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
④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

' `( c( z/ @! x总烟气量为：煤粉燃烧+0.197-0.02+0.4 Nm3/kg熟料

' |, A* g% [( A) P% q& b' G3.2 预热器出口烟气温度变化

: \8 @4 P* h# }1 G（1）处置废弃物前
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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：




0 J( `2 k/ I$ f8 t  `+ k" U3 X（2）处置废弃物后
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2 f- {, b) G( W5 ^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：
2 Y% _/ L! D8 g5 Z9 U! [- B1 U


" C. e1 O$ \; f6 p* o' ^/ L2 @& W
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：


. p( W& v/ i  d6 x$ y% s
4 R" A( `- M& w3 i  O
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。

- t2 I: x+ \6 ^9 y  B8 Q/ u3.3 旁路放风带走热量
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2 p6 q) Z9 A4 A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( Z7 m& O& m: U9 r: r, J& b( W) H
2 S6 `3 y; W0 H' w; o) \: ]
可见，因旁路放风带出热量约增加10 kcal/kg熟料。
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4. 计算结果

最终，经过热平衡和迭代计算，求得：
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" M$ h- X1 V- O' l7 S) E带入热量：
( A. t7 v& ]3 x1 `: X0 N
MSW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
. p$ d( T" p$ e旁路放风带出热量：10 kcal/kg熟料
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3 g7 Z1 a6 h% ?/ \9 L2 q7 M节约煤粉：
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, r. f  S) g# x& _% _( @% L81.8 - 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。

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%。
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- D+ Q& Q/ v8 o7 l- F  \: }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！