1、固废课程设计作业 2-焚烧设施设计焚烧炉设计作业学号：10271012 姓名：马涛习题 1：某生活垃圾焚烧厂单炉处理能力 8t/h，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%；炉栅残渣含碳量5%；进人炉膛的废物温度为 65，离开炉栅残渣的温度为 650；残渣的比热为 0.323kJ/(kg)；水的汽化潜热 2420kJ/kg；辐射损失为总炉膛输入热量的 0.5%； 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
2、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可燃分（wt%）水分（wt% ）灰分（ wt%） C H O N S 合计35 20 21 3 19 1.4 0.6 45可燃分元素组成（% ） 46.67 6.67 42.22 3.11 1.33 100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/Nm08.2 kg/Nm%1/06.319.03.6721.9 24.S.2O4.H.CA3 30 空气比 m
3、=2，实际空气量（含水蒸气）为： kg/Nm16.4k/.A330（2）理论烟气量、实际烟气量固废课程设计作业 2-焚烧设施设计（1）理论湿烟气量 kg/Nm392.0kg/4.21.042CO32 kg/7924.0kg/108.241835.02. xA.WH330 kg/Nm638.1kg/08.279%14.280. AN3 /42./Nm4.3063SO332 理论烟气总量 kg/N826.kg/N0.68.1792G 330 表 2 理论空气量时烟气组成组分 CO2 H2O N2 SO2 合计体积(Nm 3/kg) 0.392 0.7924 1.638 0.0042 2.8266百
4、分比(%) 13.87 28.03 57.95 0.15 100（2）实际湿烟气量 kg/Nm906.4kg/N08.21826.A1mG 3300 表 3 实际空气量时烟气组成组分 CO2 H2O N2 SO2 O2 合计体积(Nm 3/kg) 0.392 0.8132 3.2648 0.0042 0.4324 4.9066百分比(%) 7.99 16.57 66.54 0.09 8.81 100（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/cal4287 kg/cal103.25108.467.34016.0 SOHC8H 垃圾的湿基低位热值为：固废课
5、程设计作业 2-焚烧设施设计 kg/J4.6518kg/cal2.1573.0196045.287Hl 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： kg2.0%1总残渣量为： 155.未燃烧碳的量为： k未燃烧碳的热损失 kJ342015.3264（2）计算水的汽化潜热总水量： g6.09.。水的汽化潜热： kJ4.15kJ24注：水的汽化潜热在计算低位热值时已考虑（3）辐射损失 kJ6.32%5.04618（4）残渣带走的显热 kJ8.95.2.（5）可利用的热值=垃圾湿基低位热值各种热损失之和6104.36.24.618（4）助燃空气温度固废课程设计作
6、业 2-焚烧设施设计tg=850，查上图得 0850 各组分的 Cp（内插法） ，见表 4。表 4 烟气组分定压比热容烟气组分 CO2 H2O N2 SO2 O2体积(Nm 3/kg) 0.392 0.8132 3.2648 0.0042 0.4324百分比 (%) 7.99 16.57 66.54 0.09 8.810850定压比热容Cp(kcal/Nm3)0.517 0.402 0.330 0.525 0.349 Cp(kcal/Nm3) 0.0413 0.0666 0.2196 0.0005 0.0307烟气平均比热：kcal/Nm3 037.5.2196.0.041.pg =0.358
7、7 kcal/Nm3热平衡计算（以 0为基准）输入热量： 321inqH式中：垃圾显热 kg/cal25.4kg/cal065.tCrp 固废课程设计作业 2-焚烧设施设计注：C pr0.6-0.7kcal/kg ，取 0.65。垃圾的低位热值 kg/cal2.157q2助燃空气的显热 app3tC64tA则： ain.4.9H输出热量： 4321out qq式中：烟气显热 kg/cal1496kg/cal0857.096.tGCgp 垃圾升温至着火温度(200)所需的热量 kg/cal13k/cal0265.q2 炉壁散热损失 apin3 tC2.097.%5Hq焚烧灰渣及未燃尽组分造成的热
8、损失 kg/cal72.15%q4则： apout t21.069.18热平衡： outinH即： apC5.324. 4.6tap试算法取 ta=213，C pa=0.313， .7.tap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）水冷式烟气组分 CO2 H2O N2 SO2 O2 合计体积 (Nm3/kg) 0.392 0.8132 3.2648 0.0042 0.4324 4.9066百分比 (%) 7.99 16.57 66.54 0.09 8.81 100t1=500 时定压比热容 Cp(kcal/Nm3)0.477 0.380
9、 0.319 0.494 0.334C p(kcal/Nm3) 0.0381 0.0630 0.2123 0.0004 0.0294 0.3432t2=180 时定压 0.426 0.363 0.312 0.447 0.318固废课程设计作业 2-焚烧设施设计比热容 Cp(kcal/Nm3)C p(kcal/Nm3) 0.0340 0.0601 0.2076 0.0004 0.0280 0.3301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： 1w22pw2p1p tW1tC59Gtt 其中，G：燃烧的排气量（Nm 3/min） min/N.654min/N6089.433t1：喷雾前
10、气体温度（）t2：喷雾后气体温度（）Cp1：温度为 t1 时混合气体的定压比热（kcal/Nm 3 ）Cp2：温度为 t2 时混合气体的定压比热（kcal/Nm 3 ）Cpw：温度为 t2 时水蒸气的定压比热（ kcal/Nm3）：喷雾的蒸发效率（%） ，取 90%W：喷雾水量（ L/min）tw1：给水温度（） ，取 20tw2：冷却室外排水温度（） ，取 80将数据代入能量平衡式： 208W%901901836.05931.0821.6543.0521.64 求得 W=122.26 L/min（2）空气冷却 2pae2pape1p tCAGtCAGt 其中，G：燃烧的排气量（Nm 3/h）
11、 h/Nm8.95h/N8096.433t1：高温气体温度（）t2：降温后气体温度（）Cp1：高温气体的定压比热（kcal/Nm 3）Cpa：为温度为 ta 时空气的定压比热（kcal/Nm 3）取进气温度为 20，C pa =0.311 kcal/Nm3Cp2：为温度为 t2 时气体的定压比热（kcal/Nm 3）固废课程设计作业 2-焚烧设施设计Ae：冷却用空气量（Nm 3/h）ta：冷却用空气流入（） ，取 20Cpa2：为温度为 t2 时空气的定压比热（kcal/Nm 3 ）t2=180，C pa2=0.313 kcal/Nm3将数据代入上式： 1803.A301.8.92501.A3
12、42.058.39 ee 求得 Ae=87858.3Nm3/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/kW5.284h/k360%21814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
13、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？固废课程设计作业 2-焚烧设施设计解：（1）污泥表 1 污泥的湿基组成及可燃分组成可燃分（wt%）水分W（wt%）灰分f（wt% ） C H O N S 合计80.76 11.84 3.48 0.89 2.63 0.30 0.10 7.4可燃分组成（% ） 47.0 12.0 35.5 4.1 1.4 100理论需氧量：
14、kg/Nm097.kg/4.2306.21.4089.123.432OS4H12CO 330 理论空气量： kg/Nm6.kg/.0/97/A 330由题可知，污泥高位热值 H0=2550kcal/kg，则污泥低位热值为： kg/cal8.410/cal%7.89.6%325Hl 标煤固废课程设计作业 2-焚烧设施设计查资料得标煤组成，见表 2表 2 标煤组成可燃分（wt%）水分W（wt%）灰分f（wt% ） C H O N S 合计10 25 54.6 3.6 5.5 0.9 0.4 65标煤低位热值为 7000kcal/kg理论需氧量： kg/Nm185.kg/4.2305.4.06.12
15、54.32OS4H12CO 330 理论空气量： kg/Nm.kg/.0/8/A330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/d1kg 混合燃料含标煤 495/(495+300)=0.623kg，污泥 300/(495+300)=0.377kg1kg 混合燃料的理论空气量为： kg/Nm69.3kg/462.037.6.52.0A 330p0LTCm1QT式中，Q L：燃料的低位热值 (kJ/kg)A0：理论空气量(kg/kg)Cp：近似等压比热容，在 02000范围内，Cp0.336(kcal/Nm 3)T：绝热火焰温度
16、T0：助燃空气温度kg/cal9.451kg/cal37.0841623.7QL 取 m=2，将数据代入公式：，求得 T0=396.2036.9.2150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。但固废课程设计作业 2-焚烧设施设计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。假设助燃空气温度为 320，设 1kg 混合燃料中含 xkg 污泥。kg/Nmx462.016.5A30cal87QL3206.x42.016.520 求得 x=0.1，即可处理污泥 t519.（2）采用干化脱
17、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， %50x1876.0求得 x=0.6152。表 3 预处理后污泥的湿基组成及可燃分组成可燃分（wt%）水分W（wt%）灰分f（wt% ） C H O N S 合计50 30.78 9.04 2.31 6.83 0.78 0.26 19.22可燃分组成（% ） 47.03 12.02 35.54 4.06 1.35 100理论需氧量： kg/Nm25.0kg/4.23068.2.4031.29.432OS4H12CO 330 理论空气量： kg/Nm.kg/1.0/5/A330污泥低位热值为： kg/cal76.518/cal%50.296%372Hl 1kg 混合燃料的理论空气量为： kg/Nm95.3kg/2.137.064.52.0A 33/l4/l8.QL固废课程设计作业 2-焚烧设施设计取 m=2，将数据代入公式：，求得 T0=476036.95.2140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。
