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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1. 基本情况5 a2 H% }  J! h5 m, A
& X3 N* t; Z, }  Y. B* D
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。( N1 C9 x/ \0 Q% a* i; }4 ?% W
& P' N0 q: ?4 {5 p9 t7 s) s
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:1 Q2 O: _2 p0 \# v; ~& @$ C
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%。$ X* h0 c) n- [

* ^( _, G  R0 c4 J7 d2. 废弃物带入的热量; D$ K: a) `2 D9 {& M& E

  y/ d8 ^9 B  F6 O" @2 w- B; A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?
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$ y. X0 U  ~' k: q" Z3. 因处置废弃物多带走的热量- Y2 p3 ^8 c1 W2 k$ ~/ F
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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:5 x1 a; ~& a9 s$ y% |; ~$ x

6 A1 d6 V* o6 b3 Y# i) h( x1 M  B处置废弃物后,单位熟料烟气量增大5 ^0 J& t) j: R7 I" Y! Z& h7 r
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处置废弃物后,预热器出口烟气温度增加' ?" z* L4 v( d* D3 E3 Q
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处置废弃物后,因旁路放风导致热耗增大3 ~6 ^/ ^- D  G1 T  V

  ?" ~2 E+ ?% o0 [. K9 V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 X2 Z: o6 i  L- j9 p% @3.1 单位熟料烟气量变化: R: j& o: M/ M+ ]1 [$ n

. D9 P$ q3 f  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:
, c$ C+ u. r) n9 }: a3 I% G! w5 I. d# W  T& w" {
①煤粉燃烧烟气量:0.984 Nm3/kg熟料! c0 l; _3 _. {/ }2 m' J; s
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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5 `- m, V7 e, }" Y则总烟气量为1.38 Nm3/kg熟料
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/ [, k8 ], d8 Y+ T(2)处置废弃物之后:假定煤粉、MSW燃烧过剩空气系数1.15,则:* x8 r5 m+ V; }5 l; ]- p/ x2 S
) p4 z1 n+ Q5 i7 S+ A
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
$ e/ K( ?& y4 E  w$ v  E②MSW燃烧烟气量:0.197 Nm3/kg熟料
! S) M/ U# Y+ [6 q" T③旁路放风烟气量:0.4 Nm3/kg熟料×5%=0.02 Nm3/kg熟料
: J5 Y/ ^/ L3 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  J$ f1 h3 d& U, Q

& J0 Z7 ^' T1 N8 K) X& K8 v0 O9 t总烟气量为:煤粉燃烧+0.197-0.02+0.4 Nm3/kg熟料
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+ Y8 v: g, S" W3 J) d( a1 [3.2 预热器出口烟气温度变化$ a4 p2 \6 @% j& {
* Q4 p& X( Z9 J+ }, m5 t  K
(1)处置废弃物前/ f3 O. \8 E8 e* k, I
( s: X" U- p: C  _
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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2 _, D, y9 p/ N
: e7 T% b' l9 a* R7 i( ~(2)处置废弃物后' A& k6 h  i+ p8 u$ ?$ o# f: V

7 S3 N  ^& n( f3 n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:+ [- A2 q; T5 U( D7 f

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1 O6 f3 s4 o* h# d3 a; Y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:% M. O+ e6 j* {! d/ k  |
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环保之家2.JPG ( Y) {0 [/ T* a4 z; ~' W/ s9 u

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: I# K7 |1 g0 K* L8 Y  {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。* p6 r" @% G  S7 }9 V) v* L, W
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3.3 旁路放风带走热量: o9 }( k+ K/ Z
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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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; Z& h! \" B3 l8 p* H9 e3 C; V, U: Y+ e% ~) ^
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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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% I5 i' M5 o6 H+ v. y" i( L$ P4. 计算结果
) g8 t5 f! r4 U: u" N- M0 L
% Q1 t. G# _8 y& D) I% a8 b最终,经过热平衡和迭代计算,求得:
3 b% p$ V# ]; Q% j+ d* j. ~- w, d, g7 T, D: ?
带入热量:
$ B) G. X# D" C- P" I* C; }
# O6 C9 W  _" C* c  P) Q3 AMSW带入热量:81.8 kcal/kg熟料
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带出热量:6 ^5 a, [7 W  Q. y* I4 N' y
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预热器出口烟气带出热量:43 kcal/kg熟料5 M% w( p( X6 q- f% @. r& W
旁路放风带出热量:10 kcal/kg熟料
- l* C8 @# G# u/ Q, U( `% g1 S) U* X) `5 _2 j: j3 O
节约煤粉:
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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。6 [- w' D- ~- c" ~, {
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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%。
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8 B* Q! P8 t" I9 W, U' h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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