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。
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1. 基本情况
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8 D' X0 R# M: u# }4 w/ E2 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。
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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：
9 P3 s, i' J# w! I7 @9 R水分：45%；灰分：35%，C：10%，H：2%，S：1%，N：1%，O：6%。

因为处置MSW，特增设旁路放风系统，放风量为5%。

2. 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。
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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？

: m3 v7 [" J* t  o3. 因处置废弃物多带走的热量

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：

处置废弃物后，单位熟料烟气量增大

处置废弃物后，预热器出口烟气温度增加
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7 I: `  }+ i$ X7 D8 y' M% B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。
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3.1 单位熟料烟气量变化

5 F) `3 a( s6 \+ 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：
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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

. }% F' i- [1 s$ N! w) g& l则总烟气量为1.38 Nm3/kg熟料

（2）处置废弃物之后：假定煤粉、MSW燃烧过剩空气系数1.15，则：

3 n4 l5 @1 F4 t* X0 q①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
2 L$ N$ X  d/ E. n& _5 W③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
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# {5 f' a" X5 L! k- _& x- T5 e总烟气量为：煤粉燃烧+0.197-0.02+0.4 Nm3/kg熟料
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4 W! _4 f( R/ p' s  h3.2 预热器出口烟气温度变化

! X/ n" Z8 q9 Z& |+ y% |8 p（1）处置废弃物前

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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. m7 e2 |! _4 L1 r5 p' V" M（2）处置废弃物后

2 H0 P! }  \7 m( W, }" S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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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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) Z% E+ @6 I4 t  W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。

3.3 旁路放风带走热量

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：


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可见，因旁路放风带出热量约增加10 kcal/kg熟料。
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7 ]6 ~% H) _4 c& e4. 计算结果
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最终，经过热平衡和迭代计算，求得：

带入热量：
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MSW带入热量：81.8 kcal/kg熟料

带出热量：
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预热器出口烟气带出热量：43 kcal/kg熟料
+ j. ?: e2 _1 \. l6 {旁路放风带出热量：10 kcal/kg熟料
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; c/ D6 q, @3 H. ?$ @节约煤粉：
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$ S& S. q& `9 S" P3 ^5 A81.8 - 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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9 D5 m( d6 Y+ a( l; h" u3 x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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6 n8 m  d" a8 x" w+ ?9 B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！

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