固废综合 水泥窑协同处置之处置后煤耗变化 [复制链接]

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京东
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。  l7 K$ v; x1 P1 {% k4 e- D
) S  r4 P) J( U2 X" @1 ]7 [
% C4 Z8 \+ H4 Z4 B: R
1. 基本情况! m' g, H' H6 [+ A6 K/ f

9 P& P0 ], _2 r9 O! w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。. z# M9 F6 C* f2 Q; X$ X' N) L

5 J2 G; _$ g- s6 i4 x' A1 b7 cMSW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! p9 M( B1 W: N6 u; h
水分:45%;灰分:35%,C:10%,H:2%,S:1%,N:1%,O:6%。  n( g8 l4 z6 z0 x

& Q+ h2 e% J2 N! b0 ]: U因为处置MSW,特增设旁路放风系统,放风量为5%。
0 {& W% D0 N) j# w4 \2 ~5 u& m5 {* i( A7 R' b, W* ?
2. 废弃物带入的热量
# d/ R! u3 _( Y8 r' Q$ i
/ ]: c* J' n; o( u; O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。
$ n" [/ m; U2 G5 d9 N, M% T' p4 t
$ M, @: X8 Z, B" k) W' ?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?
1 U/ x! {0 C  R* m3 ]( g! T" o% c
* ]- l' l7 W7 b7 [$ d3. 因处置废弃物多带走的热量
6 }. M! [/ U" c! A) ]) `' S! M# K0 n/ v+ @
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:
7 N% v* E4 E) R3 e, J. j- A- N6 c9 s% ?
处置废弃物后,单位熟料烟气量增大6 N; L5 U5 J, @/ t
, s$ L4 V; y2 `5 [8 }
处置废弃物后,预热器出口烟气温度增加
( V) n* k2 ?5 _" i- H! `' u( Y+ Z8 \+ \
处置废弃物后,因旁路放风导致热耗增大2 Q% l0 A, [# l# p

4 p% V. q4 X6 f' G: b" [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。
. T5 P6 h, N7 o2 C( b- I' P
* S2 L+ F" |3 z5 c! C5 }3.1 单位熟料烟气量变化
2 {* ^" p; c: b5 F1 Y  }5 N" t+ {8 t5 f+ `% x. J
(1)处置废弃物物之前:假定煤粉燃烧过剩空气系数1.15,则:& t' e+ \) C7 S" W, e7 _% Q3 s- t
* ?  R2 j; |- v8 U1 y
①煤粉燃烧烟气量:0.984 Nm3/kg熟料
6 d2 ?+ e  G9 Z0 G" R" T3 `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, q) _  }8 }2 }9 u3 G! b/ g& q
5 G& H" `0 J0 [1 s4 V3 d. J
则总烟气量为1.38 Nm3/kg熟料( b' w8 k- d- [- G" V% m

! p. D2 m+ U/ V. l. o0 P2 B(2)处置废弃物之后:假定煤粉、MSW燃烧过剩空气系数1.15,则:5 N; ]% ?3 k0 l4 ^0 J& D

% U+ ~8 o% j6 @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0 O, y- ?% o$ {4 T- b
②MSW燃烧烟气量:0.197 Nm3/kg熟料
' @' F& M+ h, o; `5 H③旁路放风烟气量:0.4 Nm3/kg熟料×5%=0.02 Nm3/kg熟料
  I0 r* x* _) @; `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
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# }% W4 }1 l: h总烟气量为:煤粉燃烧+0.197-0.02+0.4 Nm3/kg熟料! P% Z, h" x2 H. d
2 M) Z1 O" ^! M$ D: F
3.2 预热器出口烟气温度变化
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. E9 Q* {) `( Q(1)处置废弃物前( x6 L* o  C; w- Z
3 a; u1 W# r' R7 Q; R( H3 g
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:2 [0 T. B. F* d$ {' N, T

( Z7 W; W2 M- O5 a) B 环保之家.JPG
  ^$ Q6 H* N( x; ~0 z' p& {
7 v% I7 q% c, ^1 g( H" C, {8 S8 v6 f9 p3 W: u3 z7 P
(2)处置废弃物后
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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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环保之家1.JPG 2 S3 W/ Z1 K4 y* p; m  k' ^" G3 y
8 E: @& P" e8 e9 S8 {8 g/ A2 i
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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:
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$ a! n' a; q6 L5 H 环保之家2.JPG
# ~4 ~" S1 V- Y. ]( h8 S4 @. }+ @; Q1 F& e

& H$ P4 q. d) l7 t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。
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* \  p; s7 ?& |; ?& K) W3.3 旁路放风带走热量8 ?0 G, A" J- {+ T

' _1 y" C- S$ |6 G. P% K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:7 J" Q9 O9 P/ W2 r5 h8 Q5 @' W- [
5 v% Y% r9 m. O3 X! X
环保之家3.JPG
: J9 j' A. S7 p* ?/ o$ T! t7 |* L/ M+ L7 z4 \* L6 z8 s

: T0 H& M; [7 \; I, J# [1 K& X可见,因旁路放风带出热量约增加10 kcal/kg熟料。
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4 J+ X& y4 j' ^* i+ f4 X& N* G4. 计算结果) F2 a9 w; _1 `7 G
0 l+ I$ \# g- ?) y# ~
最终,经过热平衡和迭代计算,求得:, D  }/ P; ~* ?0 _
6 G8 N% Z& r8 K$ V
带入热量:
; @; c$ u5 a5 w0 q2 Y! M! c; O  D& b
MSW带入热量:81.8 kcal/kg熟料7 R- Z/ Z& l" s& _  {. x% z3 W
  r* {3 F# h) G" w# [
带出热量:* o' E, Y& m! e4 T- N2 k% L1 I

$ k& }6 M: X2 l* b+ Z* r) X& o预热器出口烟气带出热量:43 kcal/kg熟料
( k4 ?' H8 b- f+ L9 \& v旁路放风带出热量:10 kcal/kg熟料8 K. S( }; j7 Y1 v

% r$ V! P; u8 n3 z& X  w节约煤粉:
6 n5 f  Y& p  l9 G+ D8 m" }/ U% j+ N+ {+ Y/ m1 v
81.8 - 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 T: }# h; U& M4 C
! O7 @* Z0 {( @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%。4 |$ r5 h0 e6 L  M

# t( t$ U$ z0 b1 M; s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!( }7 t, H$ h' j) D+ u/ p0 k2 j* L$ a

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