焚烧炉设计作业

焚烧炉设计作业

学号： 姓名：马涛

习题1：

某生活垃圾焚烧厂单炉处理能力8t/h ，①垃圾含可燃物45%（碳 21%、氢3%，氧19%、氮1.4%、硫0.6%），水分35%、灰分20%；②炉栅残渣含碳量5%；③进人炉膛的废物温度为65℃，离开炉栅残渣的温度为650℃；④残渣的比热为0.323kJ/(kg·℃)；⑤水的汽化潜热2420kJ/kg ；⑥辐射损失为总炉膛输入热量的0.5%；⑦碳的热值为 32564kJ/ kg ，计算： （1）理论空气量、实际空气量（m=2，空气湿度1%） （2）理论烟气量、实际烟气量 （3）废物燃烧后可利用的热量

（4）烟气温度，要求烟气温度达到850℃，求助燃空气温度 （5）烟气急冷要求从500℃降至180℃，水冷或空冷的冷媒用量 （6）采用中温中压余热锅炉，估算发电量 解：

（1）理论空气量、实际空气量

表1 垃圾的湿基组成及可燃分元素组成

空气湿度1%，垃圾完全氧化所需的理论空气量（含水蒸气）为：

()

()()kg

/Nm 08.2kg /Nm %11/006.033.319.033.303.067.2621.089.8%11/21.04.2232S 21.04.2232O 21.04.224H 21.04.2212C A 330=-?+?-?+?=-??

??+?-?+? ??= 空气比m=2，实际空气量（含水蒸气）为：

kg /Nm 16.4kg /Nm 08.22mA A 3

30=?==

（2）理论烟气量、实际烟气量

（1）理论湿烟气量

kg /Nm 392.0kg /m N 4.2212

21.04.2212C CO 332=?=?=

kg /Nm 7924.0kg /m N 100108.24.221835.02

03.0x

A 4.2218W 2H O H 3302=????+??????? ??+=?+????

??+=()()kg /Nm 638.1kg /Nm 08.279.0%114.2228014.0A 79.0%114.2228

N

N 3302=????????-+?=?-+?=

kg /Nm 0042.0kg /Nm 4.2232006.04.2232S SO 332=??

?

???=?=

理论烟气总量()kg /Nm 8266.2kg /Nm 0042.0638.17924.0392.0G 330=+++=

表2 理论空气量时烟气组成

（2）实际湿烟气量

()()[]kg /Nm 9066.4kg /Nm 08.2128266.2A 1m G G 3300=?-+=-+=

表3 实际空气量时烟气组成

（3）废物燃烧后可利用热值

根据Dulong 公式，该垃圾可燃分的高位热值为：

kg

/kcal 4287kg /kcal 10033.12500100822.4210067.63400010067.468100100S 25001008O 100H

34000100C 8100H 0=?????

??+???

???-?+?=+??

? ???-+?

= 垃圾的湿基低位热值为：

固废课程设计作业2-焚烧设施设计

kg /kJ 4.6518kg /kcal 2.155735.010********.04287H l ==??

?

??+??-?=

以1kg 垃圾为基准计算。 （1）残渣中未燃烧的碳含热量 未燃烧碳的量

灰分质量为：kg 2.0%kg 201=? 总残渣量为：

kg 2105.0kg %

512

.0=- 未燃烧碳的量为：kg 0105.02.02105.0=- 未燃烧碳的热损失

kJ 342kJ 0105.032564=?

（2）计算水的汽化潜热

总水量：()kg 62.0kg 903.0350=?+。 水的汽化潜热：()kJ 4.1500kJ 62.02420=? 注：水的汽化潜热在计算低位热值时已考虑 （3）辐射损失

kJ 6.32%kJ 5.04.6518=?

（4）残渣带走的显热

()kJ 8.39kJ 65650323.02105.0=-??

（5）可利用的热值=垃圾湿基低位热值—各种热损失之和

()[]kJ 6104kJ 8.396.323424.6518=++-

（4）助燃空气温度

t g =850℃，查上图得0～850℃各组分的C p （内插法），见表4。

表4 烟气组分定压比热容

烟气平均比热：

()0307.00005.02196.00666.00413.0C pg ++++=kcal/Nm 3?℃ =0.3587 kcal/Nm 3?℃ 热平衡计算（以0℃为基准） 输入热量：321in q q q H ++=

式中：垃圾显热()kg /kcal 25.42kg /kcal 06565.0t C q r pr 1=-?== 注：C pr ≈0.6-0.7kcal/kg·℃，取0.65。

垃圾的低位热值kg /kcal 2.1557

q 2=

固废课程设计作业2-焚烧设施设计

助燃空气的显热a pa a pa 3t C 16.4t AC q == 则：a pa in t C 16.445.1599H += 输出热量：'

'

'

'

+++=4321out q q q q H

式中：烟气显热()kg /cal 1496kg /kcal 08503587.09066.4t GC q g pg 1=-??=='

垃圾升温至着火温度(200℃)所需的热量

()kg /kcal 130kg /kcal 020065.0q 2=-?='

炉壁散热损失a pa in 3t C 21.097.79%5H q +=?='

焚烧灰渣及未燃尽组分造成的热损失kg /kcal 72.155%10q q 24=?='

则：a pa out t C 21.069.1861H += 热平衡：out in H H =

即：a pa t C 95.324.262= 4.66t C a pa =∴ 试算法

取t a =213℃，C pa =0.313，4.667.66t C a pa ≈= 因此，助燃空气温度为213℃。

（5）烟气急冷要求从500℃降至180℃，水冷或空冷的冷媒用量 （1）水冷式

喷水冷却烟气所需水量可通过下面的能量平衡式进行求解：

()()()1w 2w 2pw 2p 21p 1t t W 1W t C 595C Gt C Gt --+++=ηη

其中，G ：燃烧的排气量（Nm 3/min ）

min /Nm 21.654min /Nm 60

8000

9066.4G 33=?=

t 1：喷雾前气体温度（℃） t 2：喷雾后气体温度（℃）

C p1：温度为t 1时混合气体的定压比热（kcal/Nm 3℃） C p2：温度为t 2时混合气体的定压比热（kcal/Nm 3℃） C pw ：温度为t 2时水蒸气的定压比热（kcal/Nm 3℃） η：喷雾的蒸发效率（%），取90% W ：喷雾水量（L/min ） t w1：给水温度（℃），取20℃ t w2：冷却室外排水温度（℃），取80℃ 将数据代入能量平衡式：

()()()2080W %901W %90180363.05953301.018021.6543432.050021.654-??-+???++??=??求得W=122.26 L/min （2）空气冷却

22pa e 2p 2a pa e 1p 1t C A C Gt t C A C Gt +=+

其中，G ：燃烧的排气量（Nm 3/h ） h /Nm 8.39252

h /Nm 80009066.4G 33=?= t 1：高温气体温度（℃） t 2：降温后气体温度（℃）

C p1：高温气体的定压比热（kcal/Nm 3℃） C pa ：为温度为t a 时空气的定压比热（kcal/Nm 3℃） 取进气温度为20℃，C pa =0.311 kcal/Nm 3℃ C p2：为温度为t 2时气体的定压比热（kcal/Nm 3℃） A e ：冷却用空气量（Nm 3/h ） t a ：冷却用空气流入（℃），取20℃

C pa2：为温度为t 2时空气的定压比热（kcal/Nm 3℃） t 2=180℃，C pa2=0.313 kcal/Nm 3℃ 将数据代入上式：

固废课程设计作业2-焚烧设施设计

180313.0A 3301.01808.3925220311.0A 3432.05008.39252e e ??+??=??+?? 求得A e =87858.3Nm 3/h

（6）采用中温中压余热锅炉，估算发电量

中温中压（400℃，4.0MPa ）余热锅炉的发电效率约为21% 发电量为h /h kW 5.2848h /h kW 3600

%

2180006104?=???

习题2：

固体废物水泥窑共处置是指在水泥生产过程中，使用固体废物来替代燃料或原料，从废物中再生能量和材料的固体废物处理技术。污泥的水泥窑共处置已经被认为是我国目前处理污泥的可行技术。水泥窑单线水泥熟料生产能力为4500t/d ，所需标煤约110kg/t-熟料。水泥生产要求燃烧器温度达到2000℃（即最高烟气温度）。假设拟采用该水泥生产线共处置含水率约为80%的污泥（具体计算参数附后），处置能力为300t/d 。请计算：

（1）直接处理含水率约为80%的污泥，烟气温度能否符合水泥生产要求？如若不能，该生产线最高共处置能力是多少？

（2）采用干化脱水方法对污泥进行预处理，预处理后含水率降至50%，假设其他元素分配保持不变，烟气温度能否符合水泥生产要求？

解： （1） ①污泥

表1 污泥的湿基组成及可燃分组成

理论需氧量：

kg

/Nm 097.0kg /Nm 4.22320263.032001.040089.012

0348.04.2232O 32S 4H 12C O 3

30=???? ??-++=???? ??-++=理论空气量：

kg /Nm 462.0kg /Nm 21.0/097.021.0/O A 3300===

由题可知，污泥高位热值H 0=2550kcal/kg ，则污泥低位热值为：

()[]kg /kcal 88.410

kg /kcal %76.80%89.09600%372550H l =+??-?= ②标煤

查资料得标煤组成，见表2

表2 标煤组成

标煤低位热值为7000kcal/kg 理论需氧量：

kg

/Nm 185.1kg /Nm 4.2232055.032004.04036.012

546.04.2232O 32S 4H 12C O 3

30=???? ??-++=???? ??-++=理论空气量：

kg /Nm 64.5kg /Nm 21.0/185.121.0/O A 3300=== ③混合燃料燃烧

熟料4500t/d ，所需标煤110kg/t 熟料，即标煤用量495t/d ；处置污泥300t/d 1kg 混合燃料含标煤495/(495+300)=0.623kg ，污泥300/(495+300)=0.377kg

固废课程设计作业2-焚烧设施设计

1kg 混合燃料的理论空气量为：

()kg /Nm 69.3kg /Nm 462.0377.064.5623.0A 330=?+?= ()0

p 0L

T C mA 1Q T ++=

式中，Q L ：燃料的低位热值(kJ/kg)

A 0：理论空气量(kg/kg)

C p ：近似等压比热容，在0～2000℃范围内，Cp≈0.336(kcal/Nm 3·℃) T ：绝热火焰温度 T 0：助燃空气温度

()kg /kcal 9.4515kg /kcal 377.088.410623.07000Q L =?+?= 取m=2，将数据代入公式：

()0

T 336.069.3219

.45152000+??+=

，求得T 0=396.2℃

只有助燃空气温度在396.2℃以上时，烟气温度才能符合水泥生产要求。但这个温度需要耗费大量能量，与实际应用中助燃空气温度不符，因此可认为直接处理含水率约为80%的污泥时，烟气温度不能符合水泥生产要求。 ④假设助燃空气温度为320℃，设1kg 混合燃料中含xkg 污泥。

()[]kg /Nm x 462.0x 164.5A 30+-= ()[]kg /kcal x 88.410x 17000Q L +-=

()[]()[]{}320336

.0x 462.0x 164.521x 88.410x 170002000+?+-++-=

求得x=0.1，即可处理污泥t 55t 1.09

.0495

=? （2）

采用干化脱水方法对污泥进行预处理，预处理后含水率降至50%。 以1kg 污泥为基准，设污泥脱水质量为xkg/kg 污泥，%50x

1x

8076.0=--

求得x=0.6152。

表3 预处理后污泥的湿基组成及可燃分组成

理论需氧量：

kg

/Nm 252.0kg /Nm 4.22320683.0320026.040231.012

904.004.2232O 32S 4H 12C O 3

30=???? ??-++=???? ??-++=理论空气量：

kg /Nm 2.1kg /Nm 21.0/252.021.0/O A 3300=== 污泥低位热值为：

()[]kg /kcal 76.518kg /kcal %50%31.29600%372550H l =+??-?=

1kg 混合燃料的理论空气量为：

()kg /Nm 95.3kg /Nm 2.1377.064.5623.0A 330=?+?= 取m=2，将数据代入公式：

()0

T 336.095.3216

.45562000+??+=

，求得T 0=476℃

只有助燃空气温度在476℃以上时，烟气温度才能符合水泥生产要求。但这个温度需要耗费大量能量，与实际应用中助燃空气温度不符，因此可认为烟气温度不能符合水泥生产要求。

()kg /kcal 6.4556kg /kcal 377.076.518623.07000Q L =?+?=