引言：垃圾焚燒是目前垃圾處理的主要方法，焚燒過程中產生的熱量可以用到發(fā)電中，實現(xiàn)對能源的循環(huán)利用，減少排放和滿足環(huán)保要求，余熱發(fā)電技術使用水或者低沸點工質發(fā)電已經成為回收余熱資源的有效途徑。目前垃圾焚燒廠煙囪入口煙氣溫度在150℃左右，會造成比較大的余熱損失，利用有機朗肯循環(huán)進行低沸點有機工質發(fā)電可以有效回收低溫余熱，在低品位熱能利用方面具有較大優(yōu)勢，并且能降低二氧化碳和氮氧化物的排放。

1 垃圾焚燒余熱發(fā)電概述

焚燒是垃圾處理的主要方式之一，垃圾中的廢物將會被焚燒成二氧化碳和水，釋放出的余熱可以繼續(xù)應用到發(fā)電當中。相比于填埋、堆肥處理，焚燒法需要占用的空間更小，所以焚燒處理也成為了目前垃圾處理的主流。由于焚燒法會產生大量余熱，所以利用余熱發(fā)電也成為焚燒垃圾的發(fā)展方向之一。余熱屬于二次能源，主要是指生產過程中被釋放出來的可利用熱能，根據溫度不同可以劃分為低溫（100-200℃）可利用余熱、中溫（200-500℃）可利用余熱、高溫（500℃以上）可利用余熱。垃圾焚燒廠的煙囪入口150℃左右的余熱屬于低溫余熱，可以利用該余熱進入朗肯循環(huán)發(fā)電。

2 垃圾焚燒低溫余熱發(fā)電工藝

2.1 垃圾焚燒低溫余熱發(fā)電工藝處理流程

垃圾焚燒低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)包括垃圾接收系統(tǒng)、垃圾焚燒系統(tǒng)、熱能利用系統(tǒng)、煙氣處理系統(tǒng)、爐灰渣處理系統(tǒng)等。垃圾焚燒發(fā)電廠中，垃圾進廠后經過地磅房稱重后送入卸料大廳；為了能提升垃圾的熱值，垃圾倉內的垃圾會發(fā)酵5-7天，通過垃圾吊倒料，形成的滲濾液收集到專門的滲濾液池，將發(fā)酵好地抓入垃圾料斗。垃圾焚燒在專門的焚燒爐中進行，會經過干燥段爐排、燃燒段爐排和燃燼段爐排使垃圾充分燃燒，根據規(guī)范規(guī)定，需要將煙氣的溫度控制在850℃以上，保證停留時間超過2秒。

利用中、高溫余熱時，垃圾焚燒的煙氣進入余熱鍋爐中，通過鍋爐受熱面?zhèn)鬟f熱量，然后加熱鍋爐工質，工質蒸發(fā)推動汽輪機組發(fā)電。在煙氣處理工作中，將余熱鍋爐排出的煙氣引入到半干式脫酸反應塔旋轉霧化器中，用堿性液體吸收煙氣中的酸性物質；后續(xù)煙氣經過活性炭噴射系統(tǒng)、布袋除塵器后進入到排放煙囪中，煙囪上的在線監(jiān)測系統(tǒng)對排放過程實施監(jiān)控。

2.2 煙氣余熱利用ORC系統(tǒng)

余熱鍋爐排出的煙氣經脫酸、除塵等凈化處理后，煙氣溫度在150℃左右，低溫余熱仍可進一步利用。在煙氣低溫余熱利用ORC系統(tǒng)中，利用有機工質進行朗肯循環(huán)，其系統(tǒng)配置如圖1所示，有機工質在蒸發(fā)器內定壓吸熱，然后在膨脹機內絕熱做功，乏汽在冷凝器中定壓放熱，最后在工質泵內進行絕熱壓縮，再回到原來的動力循環(huán)過程。使用有機工質可以比較好地利用低溫余熱，提升系統(tǒng)的能源利用效率，并降低二氧化碳排放，系統(tǒng)的熱源利用效率會有比較大的提升，從而充分帶動系統(tǒng)發(fā)電，讓系統(tǒng)的熱能轉變?yōu)殡娔埽ζ梢阅Y為液態(tài)達到回收能源的目的。

3 垃圾焚燒低溫煙氣余熱發(fā)電工質選擇

3.1 工質選擇的基本原則

ORC發(fā)電系統(tǒng)的工質選擇十分重要，選擇過程中應該充分考慮工質的經濟性、安全性和技術性。工質必須具有較低的臨界溫度和臨界壓力，較低的蒸汽過熱要求并且粘度較低，以及較小的體積比，工質應具有適當?shù)臒岱€(wěn)定極限，和發(fā)動機材料、潤滑油都具有較好的相容性。

除性能要求外，工質也要滿足環(huán)保的要求，而且要控制工質的毒性和滿足化學穩(wěn)定性要求，在經濟性上也要足夠低廉，并且輸送儲存都比較方便。

3.2 煙氣余熱利用ORC系統(tǒng)

選擇工質時，最重要的在于工質的熱力學性能，將會決定設備的尺寸、穩(wěn)定性、環(huán)保水平很經濟性。本文對常用工質R245fa、R600a和R601a進行比較進行比較。圖1、圖2分別為系統(tǒng)的配置和循環(huán)對應的T-s圖，有機工質在蒸發(fā)器定壓吸熱（4-1過程），然后在膨脹機內絕熱膨脹做功（1-2過程），從而帶動發(fā)電機發(fā)電，乏汽在冷凝器完成定壓放熱（2-3過程），最后通過工質泵內進行絕熱壓縮（4-1過程）, 然后再回到蒸發(fā)器，完成有機朗肯循環(huán)。

圖1 ORC余熱發(fā)電

圖2 ORC循環(huán)T-s

1-2過程為絕熱做功過程，做工的計算公式為：

2-3定壓放熱過程，放熱為：

3-4過程是絕熱壓縮過程：

4-1過程是定壓吸熱過程，吸熱為：

系統(tǒng)的循環(huán)熱效率為

3.3 計算結果分析

ORC系統(tǒng)凈輸出功率隨著蒸發(fā)溫度升高先增大后減小，如圖3所示，在蒸發(fā)溫度范圍內，三種工質的最大凈輸出功率為385kW、365kW、350kW，三種工質達到最大凈輸出功率時溫度為100℃、95℃和90℃。根據工質的參數(shù)數(shù)據，工質的臨界溫度越低，系統(tǒng)就會有越大的凈輸出功率，就需要越高的蒸發(fā)溫度。所以為了獲得較高系統(tǒng)輸出功率，應該選擇臨界溫度更小的工質。

圖3 發(fā)電功率和蒸發(fā)溫度的關系

根據圖4結果，系統(tǒng)的熱效率隨著蒸發(fā)溫度的升高增大，蒸發(fā)溫度相同時，隨著工質臨界溫度的升高，系統(tǒng)的熱效率逐漸降低。

圖4 發(fā)電效率隨蒸發(fā)溫度的變化

ORC系統(tǒng)排煙溫度隨著蒸發(fā)溫度變化的關系如圖5所示，系統(tǒng)的排煙溫度隨著蒸發(fā)溫度的升高而升高，在蒸發(fā)溫度相同的情況下，工質的臨界溫度越低，系統(tǒng)就的排煙溫度就會越低。

圖5 排煙溫度隨蒸發(fā)溫度的變化

經過上述分析，ORC系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度應該控制在70-11℃，并且系統(tǒng)的凈輸出功存在極大值，綜合分析工質對環(huán)境影響潛能值，使用R600a工質比較有效，根據蒸發(fā)溫度為100℃設計，ORC系統(tǒng)可以獲得385kW的發(fā)電功率，全年可以節(jié)約950噸標煤，并減少2250噸二氧化碳，以及降低氮氧化物的排放，有非常好的節(jié)能減排效果。

結束語：垃圾焚燒低溫余熱發(fā)電的系統(tǒng)設計中，設計人員應該了解不同工質的屬性，并根據系統(tǒng)的要求正確選擇工質；有工質的蒸發(fā)溫度，對發(fā)電功率、發(fā)電效率和排煙溫度有顯著影響，工質選擇時應予以綜合考慮。