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 ，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 330=⨯==（2）理论烟气量、实际烟气量（1）理论湿烟气量kg /Nm 392.0kg /m N 4.221221.04.2212C CO 332=⨯=⨯=kg /Nm 7924.0kg /m N 100108.24.221835.0203.0xA 4.2218W 2H O H 3302=⎥⎦⎤⨯+⨯⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⨯+⨯⎪⎭⎫⎝⎛+=()()kg /Nm 638.1kg /Nm 08.279.0%114.2228014.0A 79.0%114.2228NN 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 100H34000100C 8100H 0=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯+⎪⎭⎫⎝⎛⨯-⨯+⨯=+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-+⨯= 垃圾的湿基低位热值为：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组分 CO 2 H 2O N 2 SO 2 O 2 体积(Nm 3/kg) 0.392 0.8132 3.2648 0.0042 0.4324 百分比ω(%) 7.99 16.57 66.54 0.09 8.81 0~850℃定压比热容C p (kcal/Nm 3·℃) 0.517 0.402 0.330 0.525 0.349 ωC p (kcal/Nm 3·℃) 0.04130.06660.21960.00050.0307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 2.1557q 2=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 6080009066.4G 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 8.39252h /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：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 4.22320263.032001.040089.0120348.04.2232O 32S 4H 12C O 330=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-++=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-++=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 88.410kg /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 4.2232055.032004.04036.012546.04.2232O 32S 4H 12C O 330=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-++=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛-++=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)=0.377kg1kg 混合燃料的理论空气量为：()kg /Nm 69.3kg /Nm 462.0377.064.5623.0A 330=⨯+⨯=()0p 0LT 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：()0T 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。