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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。
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5 y' u9 S" U3 C/ ]+ \1. 基本情况. g! ]% X! G: \* i1 f
# H' ]3 z9 t4 L- z. t1 V; {; ^4 ^( 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。0 G4 B3 x& E. \  a# i
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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:. i) l" q  n# L: C; n" A
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%。
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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。. M/ r' T1 Y' b! B
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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?* u/ [1 e4 N) b2 J8 h0 m" O3 _: \
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3. 因处置废弃物多带走的热量2 `3 `6 c3 ?) S$ H' m% P; U! `$ ?5 c
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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:
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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3 n9 c& }5 y" O$ {4 q, U) j

  j, n7 t1 P5 m! Z  w, O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。) b, j3 o7 Q+ _) S7 `

) X/ ^) |( }5 z' g  J3.1 单位熟料烟气量变化  |* E. p. p! g
) W7 p- x9 s0 v& E' v6 z
(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  G( M6 I% O8 Z0 l, {" O, }' _
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
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则总烟气量为1.38 Nm3/kg熟料9 d0 I6 A* }: @, M
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(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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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; R' ~* P4 T( v6 o2 H% H' p
②MSW燃烧烟气量:0.197 Nm3/kg熟料
5 c, j3 r$ ^2 Q4 a0 ~' \③旁路放风烟气量:0.4 Nm3/kg熟料×5%=0.02 Nm3/kg熟料
( x. ~- C. E) q, f* O  ]& U④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# g- p* X! A. |& ?& l2 u

; ^0 K) B0 z' Y: o* P3.2 预热器出口烟气温度变化! O+ j+ D; z7 l' C9 `# S  a  W, \% K

5 }8 k; m7 ]/ _- H  f! U(1)处置废弃物前
* i8 I$ k, _. A! l, K& j
. K3 r1 v2 E/ }0 h+ R* ~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:! U& }* Q  S; m) h7 A
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(2)处置废弃物后1 k" \8 N! v0 p! w% B( n8 E9 b
) j1 S) M2 H* i+ y7 ?# E) k# 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:+ X" e8 j  Y, o; O' p- q

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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:2 @# b3 k) g4 G$ q
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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。9 R  p) R) S" z4 T3 c

3 s7 T1 d- y4 @6 Z3.3 旁路放风带走热量
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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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" n' X8 p; ~" Y) E可见,因旁路放风带出热量约增加10 kcal/kg熟料。6 o" Z" g7 X: k$ v- k
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4. 计算结果5 j! {' p$ f2 y: m& a/ i

8 ?0 F+ U& Q* x/ L* L* q* l最终,经过热平衡和迭代计算,求得:" P: {1 m! L4 B
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带入热量:; v8 H3 g' `) Z  C+ z+ `: o
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MSW带入热量:81.8 kcal/kg熟料( q- O( f+ C2 x  @* v/ |3 g8 n
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带出热量:
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" c9 A. U: F5 }' _' B预热器出口烟气带出热量:43 kcal/kg熟料
" n' Z) f8 j' j- q: ?7 V旁路放风带出热量:10 kcal/kg熟料
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' u6 v- H8 X- `" a1 D6 Z* D& X节约煤粉:8 v* c1 b2 W9 Q  w2 q
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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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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%。2 G0 ]8 N2 M/ {; p% B- [* v7 G

4 M; X; ~/ U+ M( G4 K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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