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水泥窑协同处置废弃物系列:处置废弃物后煤耗如何变化?

北极星固废网  来源:水泥窑炉与污染物减排学习日记  作者:cement wang  2020/3/23 14:44:09  我要投稿  

北极星固废网讯: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。

1. 基本情况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。

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%。

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

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。

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?

3. 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

处置废弃物后,因旁路放风导致热耗增大

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。

3.1 单位熟料烟气量变化

(1)处置废弃物物之前:假定煤粉燃烧过剩空气系数1.15,则:

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

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:

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③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

总烟气量为:煤粉燃烧+0.197-0.02+0.4Nm3/kg熟料

3.2 预热器出口烟气温度变化

(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:

(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:

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:

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:

可见,因旁路放风带出热量约增加10 kcal/kg熟料。

4. 计算结果

最终,经过热平衡和迭代计算,求得:

带入热量:

MSW带入热量:81.8 kcal/kg熟料

带出热量:

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:

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。

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%。

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!


原标题:水泥窑协同处置废弃物系列 之二:处置废弃物后煤耗如何变化?

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