方昊男，龐 玥，呂小靜，翁一武，2

（1.上海交通大學(xué) 中英低碳國際學(xué)院，上海 200240；2.上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院，上海 200240）

0 引言

為實現(xiàn)我國“2030年碳達(dá)峰，2060年碳中和”的宏偉目標(biāo)，新能源替代、資源高效低碳化利用等已成為當(dāng)前的重點發(fā)展領(lǐng)域，其中城市生活垃圾處理與再循環(huán)利用兼具環(huán)保和經(jīng)濟循環(huán)減排屬性，是實現(xiàn)“碳減排”的有效途徑。

目前，城市生活垃圾焚燒發(fā)電技術(shù)具有污染小、占地少、處理周期短、原料價格低、供能靈活等優(yōu)點，已成為垃圾再利用的主流技術(shù)[1]。2018年底，我國垃圾焚燒項目的日處理量達(dá)到了37.8萬t，2020年底的日處理規(guī)模為60萬t，預(yù)計2025年的日處理量可達(dá)80.8萬t[2]。因此，隨著垃圾焚燒日處理量的逐漸增加，城市垃圾高效低碳化處理面臨著新的技術(shù)難點與挑戰(zhàn)[3]。

作為新興的可再生能源利用技術(shù)，垃圾發(fā)電再循環(huán)在設(shè)備選型、循環(huán)結(jié)構(gòu)以及性能優(yōu)化方面已有一些基礎(chǔ)研究。Barigozzi G[4]研究了配備干濕聯(lián)合冷卻系統(tǒng)的107 MW垃圾焚燒發(fā)電廠的蒸汽循環(huán)性能，研究結(jié)果表明，干式冷卻系統(tǒng)能夠更好地滿足海拔較高區(qū)域的供熱要求，而濕式冷卻系統(tǒng)則可降低發(fā)電廠的運行成本。Bogale W[5]研究了4個不同國家的垃圾發(fā)電廠，并從熱力學(xué)角度對發(fā)電廠的發(fā)電裝置進(jìn)行建模分析，提出了一種能夠提高發(fā)電效率并減少管道腐蝕的蒸汽循環(huán)結(jié)構(gòu)。何雪鴻[6]針對富氧焚燒垃圾發(fā)電提出了回轉(zhuǎn)窯富氧焚燒技術(shù)，該技術(shù)能夠提高爐膛溫度并減少煙氣污染。張雪[7]對垃圾焚燒發(fā)電廠使用的汽輪機型號進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)中溫次高壓型汽輪機的發(fā)電量更高。張星[8]研究了垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中主蒸汽壓力對機組熱力性能及排汽干度的影響，并提出了增設(shè)汽水分離器或汽水分離再熱器來提高排汽干度的方案。然而，已有研究多是針對垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)中某一部件的性能進(jìn)行分析，并沒有從系統(tǒng)角度探討垃圾本身特性對發(fā)電廠熱力性能的影響。此外，在垃圾焚燒發(fā)電廠實際運行過程中，其熱力性能也會受到諸多運行因素的影響，因此，結(jié)合垃圾本身特性和垃圾焚燒發(fā)電機組的運行過程來探索垃圾高效轉(zhuǎn)換與再循環(huán)利用機理，對構(gòu)建高效、綠色、低碳的城市生活垃圾處理體系具有顯著推動作用。

本文以上海的垃圾焚燒發(fā)電廠為例，從高效轉(zhuǎn)換與再利用角度出發(fā)，構(gòu)建垃圾轉(zhuǎn)換發(fā)電數(shù)學(xué)模型，并對垃圾焚燒發(fā)電廠的額定工況與變工況進(jìn)行分析，研究垃圾組分、垃圾量以及蒸汽流量的改變對于垃圾焚燒發(fā)電廠整體熱力性能的影響。研究結(jié)果不僅為當(dāng)前垃圾轉(zhuǎn)換發(fā)電系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)節(jié)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)，還可為我國的垃圾高效處理與利用提供技術(shù)參考。

1 垃圾轉(zhuǎn)換發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型

1.1 系統(tǒng)概述

垃圾轉(zhuǎn)換發(fā)電系統(tǒng)的工作原理：首先，將已堆放2～3 d的城市垃圾送入焚燒爐，經(jīng)焚燒后產(chǎn)生高溫?zé)煔夂蜖t渣，爐渣經(jīng)輸送設(shè)備排至渣坑，高溫?zé)煔饬鹘?jīng)余熱鍋爐依次通過過熱器、蒸發(fā)器、省煤器等將給水加熱為過熱蒸汽，進(jìn)而過熱蒸汽推動汽輪機葉輪旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)電機發(fā)電；其次，過熱蒸汽流經(jīng)汽輪機經(jīng)過3次抽汽后排入冷凝器凝結(jié)為飽和水，經(jīng)凝結(jié)水泵加壓后流經(jīng)低壓加熱器和除氧器加熱，由給水泵送入余熱鍋爐進(jìn)行循環(huán)利用；最后，余熱鍋爐排出的煙氣經(jīng)過除塵、凈化過程除去污染物后排到大氣中。其中，汽輪機組提供三級非調(diào)整抽汽，一級抽汽用于預(yù)熱焚燒爐一次風(fēng)、二級抽汽供給除氧器、三級抽汽供給低壓加熱器及作為供熱用汽。根據(jù)上海某垃圾焚燒發(fā)電廠實際情況繪制出的單臺發(fā)電機組系統(tǒng)的運行結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 單臺機組系統(tǒng)運行結(jié)構(gòu)圖Fig.1 System operation structure diagram of single unit

采用Dulong公式計算垃圾熱值[9]。

式中：LHV為垃圾低位熱值，kJ/kg；C，H，O，S和W分別為碳、氫、氧、硫和水分在垃圾中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%。

在模型計算中，按照該垃圾發(fā)電廠提供的進(jìn)爐垃圾的典型組成（水分為41.2%，C為28.7%，H為4.09%，O為23.25%，S為0.68%，N為1.28%，不可燃組分為0.8%）進(jìn)行熱值計算，可得到進(jìn)爐垃圾的低位熱值約為9 MJ/kg。

1.2 熱力學(xué)模型

本文構(gòu)建的垃圾轉(zhuǎn)換發(fā)電系統(tǒng)主要包括焚燒爐、余熱鍋爐、蒸汽輪機、凝結(jié)水泵和給水泵等。根據(jù)不同部件的工作原理以及其所遵循的能量分析法分別構(gòu)建其數(shù)學(xué)模型，其中數(shù)學(xué)模型中出現(xiàn)的下角標(biāo)與圖1中的節(jié)點號碼相對應(yīng)。

1.2.1 垃圾發(fā)電循環(huán)熱效率

垃圾發(fā)電循環(huán)熱效率Nnet[10]的計算式為

式中：WST為透平輸出功，kW；Wcp為凝結(jié)水泵功耗，kW；Wfw為給水泵功耗，kW；QST為蒸汽輪機熱耗，kW。

1.2.2 焚燒爐放熱量

焚燒爐放熱量QMSW與垃圾低位熱值和垃圾量相關(guān)，計算過程要考慮焚燒爐的燃燒效率，QMSW的計算式為

式中：ηc為焚燒爐燃燒效率，%，由焚燒爐自身特性決定；mMSW為進(jìn)爐垃圾量，kg/s。

1.2.3 余熱鍋爐吸熱量

焚燒爐產(chǎn)生的高溫進(jìn)入余熱鍋爐與給水進(jìn)行換熱，將煙氣余熱轉(zhuǎn)化為過熱蒸汽的熱量，換熱過程涉及鍋爐效率，余熱鍋爐吸熱量Qin的計算式為

式中：m5為煙氣流量，kg/s；h7為出口煙氣焓值，kJ/kg，由煙氣組成和排煙溫度確定；ηB為鍋爐效率，%，由鍋爐型號確定。

1.2.4 透平做功

透平做功WTurbine可以分為4段：透平進(jìn)口到一次抽汽口主蒸汽膨脹做功；一次抽汽口到二次抽汽口蒸汽膨脹做功；二次抽汽口到三次抽汽口蒸汽膨脹做功；三次抽汽口到排汽口剩余蒸汽膨脹做功。WTurbine的計算式為

式中：m8為主蒸汽流量，kg/s；m9為一次抽汽流量，kg/s；m10為二次抽汽流量，kg/s；m11為三次抽汽流量，kg/s；h8為透平進(jìn)口蒸汽焓值，kJ/kg，由主蒸汽壓力和溫度確定；h9為一次抽汽焓值，kJ/kg，由一次抽汽口壓力和溫度確定；h10為二次抽汽焓值，kJ/kg，由二次抽汽口壓力和溫度確定；h11為三次抽汽焓值，kJ/kg，由三次抽汽口壓力和溫度確定；h12為排汽焓值，kJ/kg，由汽輪機相對內(nèi)效率和排汽壓力確定。

1.2.5 泵功耗

泵功耗分為凝結(jié)水泵和給水泵功耗兩部分，凝結(jié)水泵主要將排汽加壓液化后泵入低壓加熱器，給水泵主要將給水加壓到一定壓力以滿足余熱鍋爐的加熱條件，泵功耗Wpump的計算式為

式中：h20為給水焓值，kJ/kg；h19為除氧器出口水焓值，kJ/kg；h14為凝結(jié)水泵出口水焓值，kJ/kg；h13為冷凝器出口水焓值，kJ/kg。

1.3 參數(shù)選取

本文中的發(fā)電系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型以上海某垃圾焚燒發(fā)電廠為基礎(chǔ)，全廠使用八爐三機母管式配置，即8臺馬丁爐排式焚燒爐，3臺50 MW級汽輪機組，垃圾處理量為6 000 t/d，垃圾低位熱值為8～9 MJ/kg（隨垃圾組分變化而波動），汽輪機組主蒸汽參數(shù)為5.2 MPa/713.15 K，鍋爐進(jìn)氣量為253 t/h，排汽壓力為7 MPa，給水回?zé)嵯到y(tǒng)由1臺低壓加熱器和1臺除氧器組成。

2 結(jié)果與討論

2.1 額定工況分析

根據(jù)上海市典型垃圾組分進(jìn)行計算，得到該垃圾焚燒發(fā)電廠各節(jié)點在額定工況下的參數(shù)如表1所示。模型計算結(jié)果與實際運行數(shù)據(jù)的比較如表2所示。

表1 各節(jié)點在額定工況下的參數(shù)Table 1 Parameters of each node in design condition

表2 熱力系統(tǒng)計算結(jié)果與實際數(shù)據(jù)對比Table 2 Comparison of calculation results and actual data of thermal system

從表2中可以看出，單臺汽輪機組的輸出功為50 MW，熱效率為28.49%，與當(dāng)前機組運行的典型熱效率（22%～30%）相比，本案例的熱效率偏高，其原因在于城市垃圾的理論熱值較實際值偏低，實際輸出50 MW電功需要的垃圾熱量更高。依據(jù)該發(fā)電廠的實地數(shù)據(jù)，垃圾的發(fā)電量為500～600 kW·h/t，計算所得垃圾的發(fā)電量為600 kW·h/t，符合實際情況。由此可知，計算結(jié)果與額定工況下的實際運行數(shù)據(jù)相近，說明了此理論模型的可行性。

2.2 垃圾組分變化分析

在垃圾焚燒發(fā)電廠實際運行過程中，每天的進(jìn)爐垃圾組分是不同的，垃圾組分的變化會引起進(jìn)爐垃圾熱值的變化。上海市一年內(nèi)城市生活垃圾組分的波動情況如圖2所示。由于上海市已實行垃圾分類制度，城市生活垃圾僅包含干垃圾部分，其中塑料、紙類占比最大，波動最為明顯，金屬、玻璃以及不可燃組分的占比很小，波動不明顯，因此，對垃圾熱值影響最大的組分是塑料和紙類。依據(jù)文獻(xiàn)[11]中的垃圾元素組成數(shù)據(jù)庫，可由垃圾各組分含量計算出垃圾的元素組成及水分含量[圖2（b）]。由圖2（b）可知，垃圾中水分、C和O元素占比最高，對垃圾的熱值影響最大。結(jié)合各元素占比和式（1）可計算出進(jìn)爐垃圾的低位熱值，其中垃圾低位熱值最大值出現(xiàn)在11月，為10 992 kJ/kg，最小值出現(xiàn)在8月，為8 824 kJ/kg。

圖2 上海市垃圾組分變化Fig.2 Changes of waste composition in Shanghai

垃圾焚燒發(fā)電廠的總輸出功和熱效率隨月份（垃圾組分）的變化如圖3所示。由圖3可知，當(dāng)垃圾組分變化時，總輸出功與熱效率均出現(xiàn)波動趨勢，原因在于垃圾組分變化會引起焚燒煙氣組成發(fā)生變化，而煙氣的熱力性參數(shù)與其組成相關(guān)，導(dǎo)致排出煙氣帶走的熱量出現(xiàn)波動。當(dāng)進(jìn)爐垃圾的熱值較低時，系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)蒸汽流量也會隨之變化，導(dǎo)致蒸汽做功隨之改變，同時熱效率是蒸汽做功與垃圾輸出熱量的比值，因此熱效率可能會產(chǎn)生高值。在6月，總輸出功為較低值49.47 MW，熱效率卻高達(dá)28.89%，因為此時蒸汽做功與垃圾輸出熱量均處于低值，其比值熱效率能夠達(dá)到較高值。在垃圾熱值最高的11月，總輸出功最大（61.45 MW），熱效率也達(dá)到最高值28.93%；在垃圾熱值最低的8月，總輸出功為47.35 MW，熱效率為28.66%，12月的垃圾熱值比8月稍高，但總輸出功（46.94 MW）與熱效率（28.42%）均為最低值。

圖3 總輸出功與熱效率隨月份的變化Fig.3 Monthly variation of the total output power and the thermal efficiency

2.3 蒸汽流量變化分析

在垃圾焚燒發(fā)電廠實際運行過程中，主蒸汽流量會在一定范圍內(nèi)波動，從而造成汽輪機相對內(nèi)效率的變化，最終引起汽輪機組整機出力以及熱效率的變化。以該垃圾發(fā)電廠的汽輪機組為例，對單臺汽輪機進(jìn)行分析，在三股抽汽中，一次抽汽用于預(yù)熱焚燒爐一次風(fēng)，二次抽汽以及三次抽汽用于給水回?zé)?。依?jù)3個抽汽口將汽輪機共分為1，2，3，4號4個級組，每個級組在額定工況下的相對內(nèi)效率可由實際數(shù)據(jù)計算得出，分別為92.7%，93.9%，70.1%和89.0%。

以此為基準(zhǔn)，計算變蒸汽流量情況下的各級組相對內(nèi)效率變化值，進(jìn)而得到各級組在變蒸汽流量情況下的出力情況。具體計算方法：依據(jù)汽輪機原理，通過式（7）將主蒸汽流量變化轉(zhuǎn)化為主蒸汽壓力的相對變化。

式中：p＇o和po分別為變工況和額定工況下的主蒸汽壓力，MPa；ΔDo=D＇o-Do為蒸汽流量變動值，kg/s；D＇o和Do分別為變工況和額定工況下的主蒸汽流量，kg/s。

依據(jù)文獻(xiàn)[12]給出的解析算法，對各級組的相對內(nèi)效率變化進(jìn)行試算，并驗證其準(zhǔn)確性，將計算得到的相對內(nèi)效率重新輸入模型，即可計算得到熱力系統(tǒng)在變工況下的性能參數(shù)。

具體計算過程：依據(jù)式（8）[13]，推導(dǎo)出相對內(nèi)效率變化的計算式[式（9），（10）]，假定一個內(nèi)效率相對變化值，代入式（9）計算得到相應(yīng)的發(fā)電功率相對變化值，代入式（10）計算得到相對內(nèi)效率變化試算值，將試算值與假定值進(jìn)行比較，若二者接近則認(rèn)為試算成功，并進(jìn)行后續(xù)熱力性能參數(shù)計算。

式中：Nei和N＇ei分別為額定工況和變工況下的發(fā)電功率，kW；Tom和Tks分別為平均吸熱溫度和排汽溫度，K；ηoi，ηm和ηg分別為相對內(nèi)效率，機械效率和發(fā)電效率，%；Qo和Q＇o分別為額定工況和變工況下的吸熱量，kJ；Δs為蒸汽的熵增，kJ/（kg·K）；Δηoi為相對內(nèi)效率變化，%；ΔTom和ΔTks分別為平均吸熱溫度和排汽溫度變化，K。

在保持輸入垃圾流量為10.7 kg/s的情況下，依據(jù)滑壓運行原理，鍋爐產(chǎn)汽溫度為723.15 K，相應(yīng)的各抽汽口溫度維持不變。改變主蒸汽流量會影響主蒸汽壓力以及各級抽汽壓力，在變工況條件下主蒸汽壓力一般不超過額定壓力的兩倍，主蒸汽流量的變化受到限制。在本計算中，主蒸汽流量從69.05 kg/s增加到71.18 kg/s，主蒸汽壓力從額定的5.2 MPa增加到9.97 MPa。系統(tǒng)熱力性能參數(shù)隨主蒸汽壓力的變化如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)熱力性能參數(shù)隨主蒸汽壓力的變化Fig.4 Variation of systematic thermal parameters with change of main steam pressure

從圖4（a）可以看出，一次抽汽與二次抽汽壓力均隨主蒸汽壓力的增大而呈線性增長，三次抽汽壓力呈現(xiàn)出先增加后保持不變的趨勢。這主要是因為當(dāng)主蒸汽壓力超過5.3 MPa時，三次抽汽已處于濕飽和蒸汽狀態(tài)，繼續(xù)增大主蒸汽壓力只會影響三次抽汽的干度。當(dāng)主蒸汽壓力從5.2 MPa增加到10 MPa時，內(nèi)效率相對變化逐漸增加到0.02。

從圖4（b）可以看出：隨著主蒸汽壓力的增大，一次抽汽系數(shù)基本保持不變；當(dāng)主蒸汽壓力為5.2～5.3 MPa時，二次抽汽系數(shù)逐漸下降；當(dāng)主蒸汽壓力超過5.3 MPa時，二次抽汽系數(shù)逐漸上升；當(dāng)主蒸汽壓力為5.2～5.3 MPa時，三次抽汽系數(shù)逐漸上升，而后保持穩(wěn)定；凝氣系數(shù)隨著主蒸汽壓力的增大而逐漸下降。

從圖4（c）可以看出，1號和2號級組出力維持穩(wěn)定，3號級組出力逐漸上升，4號級組出力先快速上升后緩慢下降，在主蒸汽壓力為5.3 MPa時達(dá)到峰值。這是由于：1號級組的焓差變化和流量變化較小，而2號級組的焓差很小，雖然抽汽系數(shù)有較大變化，但對出力的影響很小；當(dāng)主蒸汽壓力為5.2～5.3 MPa時，三次抽汽處于過熱蒸汽區(qū)，其焓值受壓力變化影響較大，導(dǎo)致3號級組出力上升較快，當(dāng)主蒸汽壓力超過5.3 MPa時，三次抽汽處于飽和濕蒸汽區(qū)，隨著主蒸汽壓力的增加，其干度逐漸下降，3號級組焓差逐漸增大導(dǎo)致出力逐漸增加；排汽的干度持續(xù)下降導(dǎo)致4號級組在凝氣系數(shù)下降時仍保持出力增加趨勢，當(dāng)主蒸汽壓力超過5.3 MPa時，三次抽汽與排汽的焓值均隨著主蒸汽壓力的增大而下降，其焓差變化幅度不明顯，但由于凝氣系數(shù)降低，會導(dǎo)致4號級組出力持續(xù)下降。

從圖4（d）可以看出：一次和二次抽汽的干度始終為1；當(dāng)主蒸汽壓力為5.2～5.3 MPa時，三次抽汽為過熱蒸汽，干度保持為1；當(dāng)主蒸汽壓力超過5.3 MPa時，三次抽汽進(jìn)入濕飽和蒸汽區(qū)，隨著主蒸汽壓力的增大，其干度呈線性下降趨勢；當(dāng)主蒸汽壓力為5.2～5.3 MPa時，排汽干度呈現(xiàn)出迅速下降的趨勢，而當(dāng)主蒸汽壓力超過5.3 MPa時，其下降趨勢放緩。這主要是由于過熱蒸汽區(qū)蒸汽的熵值下降幅度遠(yuǎn)高于飽和蒸汽區(qū)，在級組相對內(nèi)效率變化不大的條件下，排汽的熵值下降幅度受三次抽汽口狀態(tài)從過熱蒸汽向濕飽和蒸汽過渡的影響而呈現(xiàn)出先快速下降后緩慢下降的趨勢，進(jìn)而引起干度變化。

圖5為垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)的總輸出功與熱效率隨主蒸汽壓力的變化情況。由圖5可知，總輸出功與熱效率隨主蒸汽壓力變化的趨勢相同。當(dāng)主蒸汽壓力為5.2～5.3 MPa時，總輸出功與熱效率顯著上升；當(dāng)主蒸汽壓力為5.3～7.9 MPa時，總輸出功與熱效率上升的趨勢逐漸趨于平緩；當(dāng)主蒸汽壓力為7.0 MPa（蒸汽流量為69.71 kg/s）時，系統(tǒng)熱效率有最高值30.83%，當(dāng)主蒸汽壓力為7.9 MPa（蒸汽流量為70.2 kg/s）時，總輸出功有最高值54.97 MW；當(dāng)主蒸汽壓力超過7.9 MPa時，熱效率開始下降，總輸出功基本維持在54.9 MW。這是因為各級組出力受主蒸汽壓力變化的影響較大，當(dāng)主蒸汽壓力超過7.9 MPa時，排汽干度降低，汽輪機相對內(nèi)效率下降導(dǎo)致熱效率下降。

圖5 總輸出功與熱效率隨主蒸汽壓力的變化Fig.5 Variation of the total output power and the thermal efficiency with changes of the main steam pressure

2.4 垃圾流量變化分析

對于垃圾焚燒發(fā)電廠，進(jìn)爐垃圾量會隨著每日進(jìn)廠垃圾量而產(chǎn)生波動，一般來說進(jìn)爐垃圾量的波動量不超過20%。本文以額定工況下的垃圾流量（10.7 kg/s）為基準(zhǔn)，依次降低垃圾流量到60%，研究垃圾焚燒發(fā)電廠在不同垃圾流量下的熱力性能變化規(guī)律，結(jié)果如圖6所示。

圖6 系統(tǒng)熱力性能隨垃圾流量的變化Fig.6 Variation of thermal performance of the plant with changes of the waste flow rate

從圖6（a）可以看出，當(dāng)垃圾流量從10.7 kg/s逐漸減小到6.42 kg/s時，汽輪機相對內(nèi)效率呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，當(dāng)垃圾流量減小到6.42 kg/s時，內(nèi)效率相對變化有一個最低點-0.045，此時相對內(nèi)效率最低，對應(yīng)的機組熱效率也處于低值。

為了更好地研究垃圾流量變化對垃圾焚燒發(fā)電廠實際運行過程的影響，引入總輸出功設(shè)計值和計算值進(jìn)行比較分析，其中設(shè)計值是假設(shè)垃圾流量變化對汽輪機組內(nèi)效率無影響情況下的值，計算值為考慮垃圾流量變化對汽輪機組內(nèi)效率影響情況下的值。由圖6（b）可知：汽輪機組總輸出功與垃圾流量基本維持線性關(guān)系，同時垃圾流量越大，總輸出功計算值與設(shè)計值的相對偏差越?。划?dāng)垃圾流量為6.42 kg/s時，總輸出功計算值與設(shè)計值的相對偏差最大（8.7%），這里的相對偏差來源于相對內(nèi)效率的變化。因此，垃圾流量越小，機組偏離額定工況越遠(yuǎn)，其做功能力越差。從圖6（b）還可以看出，當(dāng)垃圾流量由6.42 kg/s逐漸增加到10.7 kg/s時，系統(tǒng)熱效率由26.31%逐漸增加到28.49%，即垃圾流量越小，系統(tǒng)熱效率越低，做功能力越差。因此，為了保證發(fā)電系統(tǒng)具有的最高熱效率，應(yīng)該讓機組在額定工況下運行。

3 結(jié)論

本文結(jié)合垃圾特性，以上海某垃圾焚燒發(fā)電廠為例，利用Dulong公式以及能量分析相關(guān)熱力學(xué)公式分析了垃圾焚燒發(fā)電廠在額定工況和變工況條件下熱力學(xué)性能，得到如下結(jié)論。

①垃圾組分直接影響進(jìn)爐垃圾熱值，為維持焚燒爐以及換熱器正常工作，需要依據(jù)電負(fù)荷適當(dāng)調(diào)整垃圾量，在保證總輸出功的同時提高系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性。垃圾中的C含量越高，垃圾的熱值就越高，11月垃圾的C含量高達(dá)30.23%，此時系統(tǒng)總輸出功（61.45 MW）和熱效率（28.93%）均達(dá)到最高值；8月垃圾的C含量最低，僅為24.91%，此時系統(tǒng)總輸出功也最低，僅為47.35 MW。

②蒸汽流量變化會影響汽輪機組的相對內(nèi)效率，進(jìn)而影響熱力系統(tǒng)的總輸出功以及熱效率。在額定垃圾流量下，蒸汽流量在一定范圍內(nèi)增大可以提高系統(tǒng)熱效率和總輸出功。當(dāng)主蒸汽壓力為7.0 MPa（蒸汽流量為69.71 kg/s）時，系統(tǒng)熱效率有最高值30.83%；當(dāng)主蒸汽壓力為7.9 MPa（蒸汽流量為70.2 kg/s）時，總輸出功有最高值54.97 MW；蒸汽流量繼續(xù)增大則會導(dǎo)致排汽干度下降，汽輪機相對內(nèi)效率降低，總輸出功和熱效率呈現(xiàn)下降趨勢。

③垃圾流量越小，即偏離額定工況越遠(yuǎn)，機組的相對內(nèi)效率變化越大，垃圾焚燒發(fā)電廠的總輸出功偏離設(shè)計值越遠(yuǎn)，熱效率也越低。當(dāng)垃圾流量為額定工況下的60%時，總輸出功計算值與設(shè)計值的相對偏差最大（8.7%），應(yīng)盡量讓垃圾流量維持在額定工況，以獲得機組最高熱效率。