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。" y! ]" T( Y9 q, J& F
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1. 基本情况# r* M t3 H/ }3 b
/ [$ `. S( O/ c; ~; f: P+ p% U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。! @- [* F, k# o
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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:" t0 f9 E3 e+ A8 K
水分:45%;灰分:35%,C:10%,H:2%,S:1%,N:1%,O:6%。0 l8 j$ _5 G) Z
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因为处置MSW,特增设旁路放风系统,放风量为5%。& b! a4 F* y% ]
. ]" w; Z$ E S, r$ F0 w2. 废弃物带入的热量 \- C( |2 O% b: [% V( o# A. W. B& x
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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。
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9 h& F1 Q& X. m p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? |! M$ v- |; j8 D) I7 Z3 ~. D
) W' p' H; W1 L2 A% Z3. 因处置废弃物多带走的热量2 N$ G0 C% K7 M6 ^
' s7 ^3 s. W7 \2 B. y! u' r) X) I, w. x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:* Q9 C' N6 L. D5 G% G% l) [
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处置废弃物后,单位熟料烟气量增大4 X J" P5 G+ U- ?6 t3 Q) {
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处置废弃物后,预热器出口烟气温度增加
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处置废弃物后,因旁路放风导致热耗增大" O/ N/ ?7 }" K- T
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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。& V+ K F0 Q9 d; \6 n/ ^
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3.1 单位熟料烟气量变化; r7 J3 _* g9 Q' X9 Y8 D; Q
& ^# e+ D! f J# K7 e2 p3 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:7 [0 [2 x4 @9 i7 Y4 h; y: v! c, J
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①煤粉燃烧烟气量:0.984 Nm3/kg熟料
. B5 Y- b9 @3 R- l# C+ A②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# E( C- R! a* o+ z! O6 E% a2 Y
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则总烟气量为1.38 Nm3/kg熟料1 L @" C3 ?* n* E) L' z
8 m/ Q0 V2 c0 {+ b! m$ b8 {
(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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$ ^% z5 V. U9 \4 w$ k①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& j' A1 m) i% }; G8 {
②MSW燃烧烟气量:0.197 Nm3/kg熟料
z$ Q* Y2 j# z* U9 S③旁路放风烟气量:0.4 Nm3/kg熟料×5%=0.02 Nm3/kg熟料' Z6 {% `) ?. L# ]
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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2 E* S& P. H6 S* Q; ]( j6 }总烟气量为:煤粉燃烧+0.197-0.02+0.4 Nm3/kg熟料
/ q* |! K: `# @* X6 _0 K) D1 V d+ L. a f6 j* K% Q0 s6 c
3.2 预热器出口烟气温度变化+ I, I6 `: u6 s- G1 i T
6 P. L: V s, C* {$ s: d9 b(1)处置废弃物前' X4 a. k& r) v/ o% U
# S. v9 h& C2 x1 ?! e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:
) H+ U8 ]* H2 x" z& G$ }: T* D5 D4 A* Z$ \! V( i
, M5 D8 _' W4 }; o
" [! z6 G- {! K" K" [. B
2 ?. V& j4 [ S# H9 f3 T
(2)处置废弃物后
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8 W$ I% { @$ W# g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:
% t+ x" F% H, s% P- {: k% q$ N8 \2 d { h) ~
" X7 k/ e( y; b5 d$ g# D
3 V4 I/ k) n, D- d
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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:% H, E# g# d3 v3 L
! B Q" E- {9 [
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- d, x6 Y; t. |5 n2 p" T* k! ~
. Z9 e* t w! i2 \$ q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 o& M2 t2 U$ p+ s+ H0 n Q8 C
) T( c/ z! b# k2 F% t( k+ P/ g7 j
3.3 旁路放风带走热量2 S( T3 C2 E7 j9 P0 |7 [" g
U9 U! x! y% ~6 ?& a8 [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:
6 D ^' N9 R5 S. T' s6 G
; K! p" `8 L$ C- `! h5 g5 V
2 x, f$ l6 F1 `% P6 B8 ~8 A0 |, y2 L! L2 U
! z0 K% k, Z) F: y; H% x8 p可见,因旁路放风带出热量约增加10 kcal/kg熟料。
8 T# _0 w q* ], [) ?* J) O& N& m! @/ R+ z+ p8 U
4. 计算结果
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最终,经过热平衡和迭代计算,求得:; C3 |: N4 {# [- ]6 m; f7 I: P* o
g: g- k0 w" r' W% [带入热量:' i3 _+ w5 [$ S* j/ y0 ~
& H* w: y. ] G, w" l3 oMSW带入热量:81.8 kcal/kg熟料% a* v7 F3 r- {- W" D- o$ Y
) m [) n# q7 ]' q4 t带出热量:
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预热器出口烟气带出热量:43 kcal/kg熟料! W% Y5 j/ ~3 ` Q- l0 V
旁路放风带出热量:10 kcal/kg熟料* p) K+ F1 s0 v
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节约煤粉:0 {6 I: q' `& V) w( f5 ^7 }
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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。
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- n3 w: N+ U* T# @- ~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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3 j4 `: Q3 O0 }( f% m1 [ v( o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!; q" @4 ~' I6 x& X
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