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。6 F- n$ w5 J$ W' P
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1. 基本情况
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# 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。& N1 ?2 V s- f+ x% n. |
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%。4 p% z ^$ U& x0 A( k1 d& C' p
6 F& F |+ `: h& u) k
因为处置MSW,特增设旁路放风系统,放风量为5%。$ E* S Q P" m$ v- H
9 K7 @; ^7 `. e y- X; A3 s2. 废弃物带入的热量# {8 s* l' W# v" m7 ~4 e" V; f, R
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& P2 R' I: B& ^4 f6 i6 t& o
3 z) \2 a3 a) O- D: z' J! u
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 `$ \! M a4 h$ _" ?
处置废弃物后,单位熟料烟气量增大4 J6 N6 |" g. d1 O" j1 f2 B# V
/ 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) O7 ] z) _9 Q; s3 m$ v
处置废弃物后,因旁路放风导致热耗增大9 m% G: v) K; n0 R3 a7 r
; }: 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$ o7 F9 g3 j. J7 s8 ?) `, y3 w
3.1 单位熟料烟气量变化% v9 p; W+ O/ l, i9 z+ v
- ]. 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& W9 j% A6 V5 V) x! v) J' \
①煤粉燃烧烟气量:0.984 Nm3/kg熟料 l) _+ x; v- s1 B6 f
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# x$ |4 E- m" t
; S' P; ^1 Q* \( G则总烟气量为1.38 Nm3/kg熟料 r U( [ x3 z. r( Y% T9 S
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:
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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" |; \: C. R- H3 o# _
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) u. {- L1 y3 m* _7 V9 Q( P
0 `* ]! P5 T. J v
总烟气量为:煤粉燃烧+0.197-0.02+0.4 Nm3/kg熟料1 n; C, J( U+ a* f. u0 m# r
- u9 C& Y5 ]2 Q' p0 \
3.2 预热器出口烟气温度变化3 c* v) _8 N J5 A% ^: X
5 N7 E& v4 V1 }" d' M- J
(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:
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2 |# o" [9 [, y; r$ P2 @1 Q1 G* N* t! v$ C9 ^
0 Y5 V5 [5 B7 N/ \% z) A# ](2)处置废弃物后9 R- G/ |7 P& S& c
" _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:
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l9 K: V6 v' |" c6 Z2 q
8 g, s0 M; e3 }" t( x- H
5 P# M" ~0 {% L- _. P6 F8 W4 b5 F7 ^, P* q0 K2 x
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:! @! @( z; p( _
E |" @( V* V6 k, ^* C `
3 u2 b9 t g' [7 t
1 A, V. w' i/ s9 H! U; J2 V' I, e
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。4 R8 p. F, ^+ K7 U9 _% j, b
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3.3 旁路放风带走热量1 ^% |( g" E+ }
" }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" C# Y0 @5 X, C# M6 I! |
' ]: h, Y3 l, M! h- l8 i2 X) v1 E! _2 y! i M4 s
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/ ?+ o1 M. n( b q J# i
) }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( b8 {: i+ k8 p9 ^' W9 v; b. I
5 l2 m, b% g5 U- x$ a; W1 P6 |
带出热量:) e8 t. e+ p1 @8 u1 N" L5 F8 [
4 [* m6 s' q! f: B
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: b6 j: i4 M* j2 U8 g
节约煤粉:7 u9 }5 S; o. x! H- ~) g8 u: m
+ 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。- R8 X" S" ?* { U; K& }( p
+ 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%。& T9 t6 a- a5 ]. c+ v7 c9 W
, 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!1 H0 B0 m' q2 d" s+ {
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