摘要：以城市垃圾焚烧过程的热工计算为基础，深人研究了热平衡分析与能量回收之间的关系。针对国内在垃圾焚烧发电领域存在的主要问题，提出了传统工艺的优化方案，并对我国城市垃圾焚烧发电的能量回收利用前景进行了预测分析。
关键词：城市垃圾；焚烧；热工计算；热平衡；能量回收
目前，在我国广泛应用的城市垃圾处理处置技术主要有卫生填埋、焚烧和堆肥化。随着城市化规模的扩大、城市人口的增加带来了城市土地资源的日益紧张，在许多大中城市和经济发达城市越来越难以找至适宜的填埋场地，从而使占地较大的卫生填埋技术的发展受到了一定的限制，建设垃圾焚烧设施实现城市垃圾的减量化和资源化的呼声越来越高[1]。
基于垃圾焚烧的能源开发取决于垃圾的热值和垃圾焚烧炉的能源利用率，本文在对焚烧炉进行热工计算的基础上，针对国内目前在垃圾焚烧发电领域存在的主要阃题，提出了传统工艺的优化方案，并对我国城市垃圾焚烧发电的能量回收利用前景进行了预测分析。
1垃圾焚烧发电系统的热工计算
1.1研究对象
以广东省东莞市长安镇的垃圾焚烧发电系统为研究案例。其城市垃圾低位热值为6100kJ／kg。焚烧炉选用目前技术成熟，应用最广泛的机械式炉排炉。
1.2物质流分析
在焚烧炉中，物质流的形态可以分为固体流空气流和烟气流。(1)固体流：垃圾在炉排上连续地向下移动，通过与热风对流传热和火焰及炉壁辐射传热，完成干燥、点火、燃烧和后燃烧的过程灰渣进入灰渣处理系统。(2)空气流：助燃空气由一次空气和二次空气组成，经预热的一次空气由炉排下方吹人，其作用是干燥物料并提供燃烧所需氧气；二次空气从炉排上方吹人，其作用是使炉膛内气体产生良好的紊流混合效果，并为未燃尽组分完全燃烧提供氧气。(3)烟气流：燃烧产生的高温烟气通过二燃室出口的余热锅炉冷却后进人尾气处理系统。
1.3主要技术参数
处理能力：200t／d×3台，24h连续运行
炉排燃烧率：200kg／(m2·h)
燃烧室热负荷：4.8×105kJ／(m3.h)
焚烧残渣热灼减量≤5％
余热锅炉过热蒸汽：2.8MPa，300℃
1.4输入热量Qr分析
由燃料低位发热量Qd、燃料物理热Qr和助燃空气物理热Qk三部分组成，在工程实际中，可视Qr≈Qd，即Qr=6100kj／kg
1.5热损失率qs分析
热损失共由排烟热损失、固体未完全燃烧热损失、气体未完全燃烧热损失、散热热损失和灰渣热损失5项组成。排烟热损失率：
qpy=(Ipy－αpy×IIk)×(1－qgt)／Qr=23.3％。
式中：Ipy为排烟焓，kJ／kg；αpy为排烟过剩空气系数；IIk为冷空气焓，kJ／kg；qgt为固体未完全燃烧热损失率。
其他几项热损失率可查图表或根据工程经验直接估算，结果如下：
排烟热损失率qpy为23.3％；固体未完全燃烧热损失率qgt为10.7％；气体未完全燃烧热损失率qgt为1.2％；散热热损失率qsr为1.8％；灰渣物理热损失率qhz为0，8％；合计为37.8％。所以，热损失率qs为37.8％。
1.6锅炉热效率ηgl和锅炉总吸热功率Pgl分析
锅炉热效率ηgl=1－qs=62.2％。
我们最终所关心的是垃圾焚烧产生的有效热量——锅炉总吸热功率(即被蒸汽带走的.可用于发电的那部分能量)。锅炉总吸热功率：
Pgl=B×Qr×ηgl=26338kW
式中：B为燃料消耗量，kg／s。
1.7发电功率Pfd和日发电量E分析
发电功率Pfd=Pgl×ηfd=5268kW
式中，ηfd为发电效率。
则日发电量E=Pfd×24×3600=4.55×l08kJ/d，折合为1.26x105kWh／d。
平均每吨垃圾发电量为211kWh。
2我国垃圾焚烧发电系统现存问题
垃圾焚烧发电在发达国家得到广泛应用，但是由于受垃圾热值、焚烧设备和发电模式等诸多因素的影响，我国目前在垃圾焚烧发电领域还存在不少问题：
(1)余热锅炉热效率不高。
(2)发电效率较低。
(3)商业化运行困难。
3我国垃圾焚烧发电系统的优化方案研究与经济分析
为了解决在垃圾焚烧发电领域我国现存的锅炉效率和发电效率不高、发电功率较低的普遍问题，建议采用下列2种工程优化方案。
优化方案1：添加辅助燃料。向焚烧炉燃烧室内添加煤炭或重油等辅助燃料，辅助燃料的添加可以提高物料的总热值和垃圾燃烧效率，使得锅炉热效率和锅炉总吸热功率均得到显著提高以此来提高发电功率。结合中国的能源结构，采用煤炭为辅助燃料。若添加相当于垃圾总热值35％的煤，煤的热值按21000kJ／kg计，加煤量为61t／d。
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