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。


+ n2 R6 R7 `& z. p1. 基本情况

. j7 \- i! k  v/ n# ~5 C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。
1 c% e* `( G. [. A0 a9 q
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：
水分：45%；灰分：35%，C：10%，H：2%，S：1%，N：1%，O：6%。
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因为处置MSW，特增设旁路放风系统，放风量为5%。
2 B. f0 s2 C4 C7 \+ c6 Z, X7 Z
( G# t! g6 U7 B$ Z+ Y* o2. 废弃物带入的热量
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2 [' S* c: z5 O7 N/ J  c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。
) j1 ~' Z- Y% r, |7 h0 x( A& q
) D; j* \; v. `7 x" ?$ ?6 l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？

5 W9 |2 h2 t1 z* p$ F3. 因处置废弃物多带走的热量

9 U, X9 M1 j  Z3 z9 M$ f+ `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：

2 Z& X% S# [0 T6 t( S) j处置废弃物后，单位熟料烟气量增大

6 O1 Y' Z2 d- `( o8 i处置废弃物后，预热器出口烟气温度增加
6 z' J& O5 p; C" h- g$ ~
; o4 r+ W0 r7 w处置废弃物后，因旁路放风导致热耗增大
- D0 d. J& g$ o' f
8 j- B, j5 G. R  }0 m8 |, i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。
% i5 _! c% H+ s" X+ s) j( H( F
* r, j  X" t, ~: Y2 D3.1 单位熟料烟气量变化

: g: |6 z1 ]) q& o（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 p& y8 o+ Z* e①煤粉燃烧烟气量：0.984 Nm3/kg熟料
/ P) w+ U2 ?& ]( [) ]1 L9 J8 }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

1 L! M2 X' t8 x! b则总烟气量为1.38 Nm3/kg熟料

9 C. z' ]  u) Q3 g) H! I（2）处置废弃物之后：假定煤粉、MSW燃烧过剩空气系数1.15，则：
: z* k9 w% }% n( l/ w  {: ?- G
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
②MSW燃烧烟气量：0.197 Nm3/kg熟料
5 F; c  S0 Q7 l③旁路放风烟气量：0.4 Nm3/kg熟料×5%=0.02 Nm3/kg熟料
8 f  j2 W. X' p3 W④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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总烟气量为：煤粉燃烧+0.197-0.02+0.4 Nm3/kg熟料
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. @* Z$ {$ D$ K$ P7 h, ?% B6 T7 \3.2 预热器出口烟气温度变化
. w/ g& N2 I4 |
（1）处置废弃物前
2 Q. _- F. z2 N8 M, K
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：
7 R3 @4 X3 m9 ]8 ~5 N" j



& F4 K0 c; e2 C! S（2）处置废弃物后

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：

' G% a' V/ ]# g( |


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：
* r3 \0 \' \, }& a& f7 r6 ~
/ m0 d* }9 E; e% {3 x8 @8 I# V
; Z8 Z5 h* y# U% W7 z

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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7 ?! H0 v& l: a, F0 L3.3 旁路放风带走热量
/ t3 r! Y$ n4 s  `
8 D; }: ?: q% K0 t0 T. k* B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：




可见，因旁路放风带出热量约增加10 kcal/kg熟料。
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4. 计算结果
% z  f7 i9 B$ l# H7 w2 `0 Q
5 v$ Z6 k/ q: U% `! G# y' ^/ Z; E最终，经过热平衡和迭代计算，求得：
5 o9 c: r4 U4 n8 O! [
带入热量：
8 b1 P( W& l  ]4 F
MSW带入热量：81.8 kcal/kg熟料

/ v3 H/ R& u* a2 d+ G8 {带出热量：
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预热器出口烟气带出热量：43 kcal/kg熟料
旁路放风带出热量：10 kcal/kg熟料

节约煤粉：
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9 q7 U0 A- Q% f7 D6 E( D$ x3 W81.8 - 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。

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%。

. |! ]" I$ o# d9 k& [6 X' ?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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