22、城市固体废弃物发电蒸汽循环中再热和回热方案的火用分析

城市固体废弃物发电蒸汽循环中再热和回热方案的火用分析

1. 引言

随着国家和城市的经济与人口增长，能源安全和垃圾妥善处理成为了重大挑战。2016 年全球产生约 20.1 亿吨城市固体废弃物（MSW），预计到 2030 年和 2050 年将分别达到 25.9 亿吨和 34 亿吨。目前，40%的垃圾被填埋在受控垃圾场，30%被倾倒在露天垃圾场。这种处理方式是可持续垃圾处理等级中的最后选择，且由于垃圾生物分解产生的沼气中含有甲烷，其温室气体排放强度是二氧化碳的 20 倍，还包含对人体健康有害的挥发性有机化合物。

哥伦比亚每年产生约 1200 万吨城市固体废弃物，人均日产量为 0.85 千克。主要的最终处理方式是露天填埋，其中 7.5%的垃圾场已达到使用年限，15%将在不到十年内结束使用周期。因此，开发可持续的替代方案迫在眉睫。本研究旨在从火用的角度评估垃圾发电（WtE）技术，该技术将城市固体废弃物作为燃料，实现废物到能源的转化。

近年来，生物质能转化发展迅速，包括通过热处理（焚烧、热解和气化）和生化转化（厌氧消化和发酵）对城市固体废弃物进行能源化利用。其中，直接的城市固体废弃物焚烧（MSWI）是 WtE 行业中最主要的技术，全球有 1179 座工厂，日处理能力超过 70 万吨。然而，该技术存在技术限制，如城市固体废弃物的异质性导致能源含量低和湿度高，以及蒸汽循环配置简单，影响了 WtE 工厂的效率。

2. 方法

2.1 模拟系统的特征

为了评估蒸汽循环中再热和回热方案的热性能并进行火用分析，定义了四个场景，模拟了 3 种不同的朗肯循环方案和配置的工厂：
1. 场景（C0），基础案例
2. 场景（C1