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。+ o2 R; h2 w4 w7 K

7 M; h3 X/ P. h* `$ J: v' y2 Y& U' V1 g  y4 T9 v  F+ b$ p* l
1. 基本情况
. C1 S  g- R8 s9 @$ ?9 }% p' h  t8 E. R
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。
- X0 f0 ~4 U8 k, ~( h0 W
8 I2 M( ^0 N3 q' O4 U  \" wMSW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:
, a' \5 A2 @2 S* b# N- n. |, m2 B水分:45%;灰分:35%,C:10%,H:2%,S:1%,N:1%,O:6%。2 k8 d& o( X. \( f) ^7 P$ h

3 a& e: q/ ^2 l/ S. h, m- d) z因为处置MSW,特增设旁路放风系统,放风量为5%。/ j. q7 m* _- Y, |" G1 p

* M( d0 |: Q( G+ {' _& s6 K2. 废弃物带入的热量
7 _$ K$ C! v5 s. u4 |6 W% B! ?( b; R
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。. F! v4 F! w, T! i

' G; I2 A- f% {* Q1 z; B& R9 V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 z- R5 ^5 U& ]: d( V7 ]$ ]6 ^" t- }# r2 y% ~
3. 因处置废弃物多带走的热量
. Y# `) M; S! Z( _/ ?$ P
8 ]' ]9 U. a3 N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:, s5 y# \* X+ I, ]

% Y. r2 f; T# }" [5 R2 S处置废弃物后,单位熟料烟气量增大
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处置废弃物后,预热器出口烟气温度增加5 Y- t* }( w4 q3 k6 b4 p* M
  c2 B; _0 y0 u" q7 ^, q
处置废弃物后,因旁路放风导致热耗增大
4 s5 n5 c, T4 G
& Y7 n' b! V* `/ o5 }7 s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。
; G! L' Q3 u% l+ E( J% |3 Q7 X) ]: J6 a7 w
3.1 单位熟料烟气量变化5 h' m6 m. s; H5 W

; P0 `/ L4 {% M5 \& D8 O9 U& w, K5 Q(1)处置废弃物物之前:假定煤粉燃烧过剩空气系数1.15,则:
5 F) R4 b6 U! J* [; h5 }3 w9 Z( ~1 i" k' u% u, r, c
①煤粉燃烧烟气量:0.984 Nm3/kg熟料
- H# s5 C4 y5 v$ R! I3 o②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0 b- \3 V/ }! t* C& g

( H& ?7 Y* V- K* n4 ]5 Z则总烟气量为1.38 Nm3/kg熟料
, o4 u5 h! N" ^7 [4 w( A3 g5 m$ [& p2 f. C; u% P1 F4 H8 c3 I, r: ]
(2)处置废弃物之后:假定煤粉、MSW燃烧过剩空气系数1.15,则:; @# A5 b$ X+ O" K# y9 }
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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0 d% j; ]# a$ m% n5 }5 l
②MSW燃烧烟气量:0.197 Nm3/kg熟料! q; Q! M( r# L7 B7 v( B$ @7 `
③旁路放风烟气量:0.4 Nm3/kg熟料×5%=0.02 Nm3/kg熟料
, I4 }) T% r+ L④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- i  Z+ D# S5 y- P9 R! z
* s( j* b; ~- H) p( L% O+ X! f1 |0 g
总烟气量为:煤粉燃烧+0.197-0.02+0.4 Nm3/kg熟料
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- I# ~/ g  M2 n+ V3 W$ ^3.2 预热器出口烟气温度变化
, S( r3 \$ F1 X9 ~& j2 @1 ^7 ~7 f% \6 C" C: {2 d" Z: a; l0 `: B
(1)处置废弃物前
6 r0 U# o+ A" V: l  H# c
$ \6 ~2 }+ n4 T4 t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:% X  H" a% p  T* Q5 ?& D0 a: r
* i9 W# M! Z6 Z' w& J: d
环保之家.JPG
2 h& R! f. Z8 I7 A# s' p* P- B$ F" W; s
) p7 h& ?$ A; M6 b/ P. Z$ W
(2)处置废弃物后2 \5 x! A* a8 l8 ]$ ]3 O
! v) s- b' S& P  v. {
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:  E4 M1 L% t( l/ [
- V) R& X, H8 W( o' P! b
环保之家1.JPG
/ t' V1 R# b  M3 g9 s' |/ o7 b' C) |# E4 l. b2 E
# h" X/ J$ ~1 |7 z6 L- k! w: n
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:; e& {. n3 T# E' c/ u( E
, [7 a/ ~- X9 b, F
环保之家2.JPG 7 {/ w1 G: B8 v. ?5 C
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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。
/ p/ l- b" K* i8 u  d$ o4 S+ I' Y6 p, I# c& i2 b
3.3 旁路放风带走热量8 m- [, D, @! X0 y7 [

6 \% k2 F& i! O5 E1 M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:* J" o4 D) W& w7 ~( T3 o4 l0 o
, g8 p4 a# O" f3 X6 j5 J% z
环保之家3.JPG   c4 e0 Q- r3 z) D: D  A
4 A- w9 l0 t  c3 f
/ L) B3 ?, b/ w: I$ F. L
可见,因旁路放风带出热量约增加10 kcal/kg熟料。4 u9 ^& Q; ]' u* I# Y( O
$ ]. v. a+ ~! n! W( I
4. 计算结果
: U% q6 E. A$ D& A! j( h  [7 V
8 r( m, b5 }( k最终,经过热平衡和迭代计算,求得:/ U/ q8 ~# J- {% z! X

' K; w1 }0 P# M带入热量:2 c) S& U3 K& B+ G+ `) V* G

; W# y2 |3 K$ y/ D* o, S+ ?- H( }MSW带入热量:81.8 kcal/kg熟料
1 T: Z/ M( T( t3 g. J" }! L+ k% B6 O% P. P, E
带出热量:. U* o) h, I( ?( E

2 F/ D6 M3 M1 b5 a- R) v6 a预热器出口烟气带出热量:43 kcal/kg熟料/ ~* [  d0 z- Q, v
旁路放风带出热量:10 kcal/kg熟料. n, l7 P0 K, v6 r! z; u
9 ~% _2 ?0 T+ l* [: R3 J! `
节约煤粉:5 F9 O+ H$ F8 D  t/ X
, ~& x" B' B3 U. 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。
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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%。, ~  Q9 g/ {: e9 U$ I' x  H' K
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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!4 B2 e# _( A; w) k) g5 n  h

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