含余熱回收裝置及壓縮式熱泵的垃圾焚燒電廠能效優(yōu)化

鐘吳君，潘 軒，范文帥，章 杰，周任軍

（1.長沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，長沙 410114；2.中國能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司，長沙 410007）

垃圾焚燒電廠是處理“垃圾圍城”問題的有效方式之一[1]，其因具有“無害化、減量化、資源化”的優(yōu)勢已逐漸被國家和地方政府重視。隨著全國主要城市垃圾分類政策的實(shí)施和垃圾焚燒機(jī)組的進(jìn)步，垃圾焚燒處理率有望突破50%，垃圾焚燒電廠的發(fā)展前景十分可觀[2]。垃圾焚燒電廠主要建在靠近負(fù)荷中心的位置，相對遠(yuǎn)離市區(qū)的火電廠，垃圾焚燒電廠熱電聯(lián)產(chǎn)具有地理優(yōu)勢，適合完成城市供熱供電，可有效降低熱能傳輸損耗與管網(wǎng)建設(shè)成本。但由于垃圾焚燒電廠燃料的限制與有害煙氣處理的高能耗，其能效利用水平與經(jīng)濟(jì)性較差。

目前，關(guān)于垃圾焚燒電廠的研究主要聚焦于垃圾焚燒電廠的綜合效益、煙氣有害成分及滲濾液的處理、選址等方面[3-6]，針對垃圾焚燒電廠能效與經(jīng)濟(jì)性提高的研究較少：文獻(xiàn)[7]提出加裝煙氣儲氣裝置將發(fā)電時間和煙氣處理時間解耦，來提高其經(jīng)濟(jì)效益；文獻(xiàn)[8]提出將垃圾焚燒電廠與燃煤電廠相結(jié)合，通過余熱鍋爐將垃圾焚燒產(chǎn)物中獲得的能量通入燃煤電廠的蒸汽循環(huán)中，以提高垃圾發(fā)電效率；文獻(xiàn)[9]探索了鍋爐溫度和壓力變化對垃圾焚燒發(fā)電效率的影響。上述文獻(xiàn)雖然在提高能效利用和經(jīng)濟(jì)性方面取得了一定成果，但均未針對運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與能效利用率提高，提出解決問題的有效辦法和量化模型。

因此，本文提出一種垃圾焚燒電廠熱電聯(lián)產(chǎn)模型：在煙氣處理裝置末端加裝余熱回收裝置對經(jīng)處理后的廢氣余熱加以回收，并利用壓縮式熱泵將回收的低溫?zé)嵩粗械哪芰哭D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩粗?，與熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的產(chǎn)熱共同滿足熱負(fù)荷的需求，以此提高垃圾焚燒電廠整體能效。并根據(jù)電熱價格進(jìn)行日前優(yōu)化調(diào)度，提高垃圾焚燒電廠的運(yùn)行收益。

1 含余熱回收裝置及壓縮式熱泵的垃圾焚燒電廠

1.1 熱電聯(lián)產(chǎn)垃圾電廠

垃圾焚燒電廠由垃圾池、焚燒爐、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、煙氣處理裝置組成。首先固定配額的城市生活垃圾經(jīng)分類后送入垃圾焚燒電廠垃圾池，在垃圾池內(nèi)進(jìn)行預(yù)處理過程：將混合垃圾進(jìn)行5～7 d靜置，過濾掉多余水分，同時通入部分熱量加速堆肥過程，使垃圾升溫，再通入過量空氣，使垃圾進(jìn)一步脫水，經(jīng)過干燥穩(wěn)定處理的垃圾含水率提高垃圾熱值，增加其燃燒效率[10]。

將處理好的垃圾送入焚燒爐進(jìn)行充分焚燒，產(chǎn)生高參數(shù)的高壓蒸汽，高壓蒸汽通入抽氣式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，垃圾焚燒電廠熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組與傳統(tǒng)煤電熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組[11]相比，除燃料和鍋爐部分外的運(yùn)行特性是基本一致的[12]。

抽氣式汽輪機(jī)相比于背壓式和凝氣式汽輪機(jī)來說，調(diào)節(jié)更加靈活，可在合理范圍內(nèi)調(diào)節(jié)熱出力與電出力的關(guān)系：高壓蒸汽通入汽輪機(jī)高壓區(qū)，部分經(jīng)過汽輪機(jī)做功后直接供給外界熱負(fù)荷，余下部分蒸汽通入汽輪機(jī)低壓部分繼續(xù)做功，直到凝氣狀態(tài)。通過調(diào)節(jié)進(jìn)入汽輪機(jī)低壓部分蒸汽量來調(diào)節(jié)其產(chǎn)熱量與產(chǎn)電量。產(chǎn)出的電能直接接入電網(wǎng)，熱能直供熱負(fù)荷。

在垃圾焚燒的過程中，同時產(chǎn)生大量煙氣，其中包含二噁英、重金屬、顆粒物等各種有毒有害污染物，需通入煙氣處理系統(tǒng)處理后達(dá)到要求后進(jìn)行排放。煙氣處理裝置能耗較高，一般占其總發(fā)電量的25%[7]，但由于垃圾焚燒電廠主要定位功能是對城市垃圾的處理，此環(huán)節(jié)必不可少。

垃圾電廠結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 垃圾電廠結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of waste power plant

1.2 余熱回收裝置結(jié)構(gòu)及能效函數(shù)

現(xiàn)階段的余熱回收裝置基本成熟，但是用于垃圾焚燒電廠的煙氣余熱回收鮮見報道。垃圾經(jīng)焚燒后產(chǎn)生大量蒸汽與煙氣，其中蒸汽送入熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行產(chǎn)熱產(chǎn)電，而產(chǎn)生的煙氣會通入煙氣處理裝置在反應(yīng)塔內(nèi)與處理試劑發(fā)生反應(yīng)[13]，除去其有害成分，再經(jīng)過除塵裝置處理后達(dá)到排放要求，排放到大氣中。

我國的垃圾焚燒項(xiàng)目的煙氣處理裝置常采用“SNCR+半干法+干法+活性炭噴射+布袋除塵”的組合工藝進(jìn)行煙氣處理，不同于一般火電廠，為了防止煙氣的低溫腐蝕與濾袋糊袋等問題的出現(xiàn)，煙氣處理過程需要較高溫度，經(jīng)處理后排放的煙氣溫度會控制在150℃左右，且含水量較高，約為20%，其中包含大量顯熱與水蒸氣凝結(jié)潛熱。

這一部分熱能的直接排放會造成大量熱能未能有效利用。通過對電廠煙氣成分與排煙溫度等參數(shù)進(jìn)行余熱能量分析計(jì)算，以500 t/d焚燒爐產(chǎn)生的煙氣為例進(jìn)行計(jì)算，對其煙氣進(jìn)行降溫，約有15 MW左右的余熱量可被利用[14]。

對于煙氣的物理顯熱與氣化潛熱，在煙氣出口加裝帶有直接接觸式的冷凝換熱器的洗滌塔可以很好地回收煙氣中的余熱。

直接接觸式冷凝換熱器是使用液體介質(zhì)水在煙氣中直接霧化噴淋與高溫氣體直接混合換熱，中間液體水在吸收煙氣中顯熱的同時，使煙氣降溫到露點(diǎn)以下，煙氣中的水蒸氣凝結(jié)放出隱熱，從而將氣體中的熱量交換到水中，經(jīng)過此過程，氣體從150℃降溫至35℃左右，其能效利用率大幅提升，而其塔底的冷凝水余溫也達(dá)到35℃，其中包含了煙氣余熱中的大部分顯熱與潛熱，將其作為余熱水通入壓縮式熱泵，提取其中的熱能，用于加熱熱負(fù)荷的回水，使其溫度提升，進(jìn)而達(dá)到供熱目的。在圖1虛線位置，普通熱電聯(lián)產(chǎn)垃圾焚燒電廠模型基礎(chǔ)上加裝圖2所示整套余熱回收裝置。

圖2 余熱回收裝置結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of waste heat recovery device

余熱回收裝置能效函數(shù)為

式中：Q1為回收裝置余熱量；λ1為冷凝塔能效利用率；QY為煙氣中所含能量。

1.3 壓縮式熱泵結(jié)構(gòu)及能效函數(shù)

余熱回收裝置回收的余熱水溫度僅為35℃，很難達(dá)到60℃的供熱要求，而熱泵能利用高品質(zhì)的驅(qū)動源從低溫?zé)嵩粗形崃哭D(zhuǎn)移到高溫?zé)嵩矗瑢?shí)現(xiàn)熱量從低溫狀態(tài)轉(zhuǎn)移至高溫狀態(tài)，從而使得回收的熱能得到更好的利用

根據(jù)驅(qū)動源的不同可將熱泵分為以電能或機(jī)械能為驅(qū)動能源的壓縮式熱泵和以熱能為驅(qū)動能源的吸收式電泵。為了能使余熱回收裝置回收的熱量更好地解耦熱電關(guān)系，使能效進(jìn)一步提高，本文采用壓縮式熱泵作為轉(zhuǎn)移余熱水熱量裝置將35℃低溫余熱水中的熱量，通過消耗電功率做功，轉(zhuǎn)移至到高溫供暖水源中，將50℃供暖回水加熱至適合供暖溫度60℃。

壓縮式熱泵消耗少量的電能來轉(zhuǎn)移并傳遞熱量[15]，如圖3所示，在蒸發(fā)器內(nèi)，循環(huán)工質(zhì)液體與低溫?zé)嵩催M(jìn)行換熱，工質(zhì)液體吸收余熱后變?yōu)檎羝麪顟B(tài)，通入壓縮機(jī)后消耗電能進(jìn)行壓縮過程，蒸汽經(jīng)壓縮后變?yōu)楦邷馗邏旱倪^熱蒸汽，過熱蒸汽進(jìn)入冷凝器釋放出熱量加熱熱網(wǎng)回水，而釋放完能量的過熱蒸汽降溫成為高壓工質(zhì)液體，通入節(jié)流閥進(jìn)行降壓，變?yōu)榈蜏氐蛪汗べ|(zhì)液體再次循環(huán)通入蒸發(fā)器，完成循環(huán)過程。

壓縮式熱泵能效函數(shù)為

式中：PP為壓縮式熱泵消耗的電功率；COP為壓縮式熱泵性能系數(shù)；Q2為熱泵出口熱量。

圖3 壓縮式熱泵工作原理Fig.3 Working principle for compression heat pump

根據(jù)壓縮式熱泵設(shè)備原理，隨著余熱水源的進(jìn)水溫度的提高，余熱水源與工質(zhì)液體之間的溫差會增大，其換熱效率會進(jìn)一步提高，增加余熱水內(nèi)余熱提取效率。

如圖4所示，從余熱水溫度對COP的影響[16]便可看出常溫水源與吸收廢氣中的余熱冷凝水作為低溫?zé)嵩吹膮^(qū)別，相對于常溫水源來說，其COP提升約為30%，且余熱水的能量來源為煙氣處理過程中的煙氣，進(jìn)而論證出此模型的高效率。

圖4 COP與進(jìn)水側(cè)余熱水溫度關(guān)系Fig.4 Relationship between COP and residual hot water temperature on the inlet side

2 利用煙氣余熱的熱電聯(lián)產(chǎn)日前優(yōu)化調(diào)度模型

2.1 整體運(yùn)行效益最大化目標(biāo)函數(shù)

垃圾焚燒電廠調(diào)度中心預(yù)測日前電價與日前熱負(fù)荷信息，在滿足供熱負(fù)荷的情況下制定以垃圾電廠的整體運(yùn)行收益最大化為目標(biāo)的垃圾燃燒計(jì)劃與產(chǎn)電產(chǎn)熱計(jì)劃，其目標(biāo)函數(shù)為

式中：f為垃圾焚燒電廠預(yù)計(jì)凈整體運(yùn)行收益；Iw為售電收益；Qw為售熱收益；Cop為余熱回收及壓縮式熱泵設(shè)備運(yùn)行成本；Ces為環(huán)境補(bǔ)償；Psell.t為垃圾焚燒電廠t時刻入網(wǎng)電量，是受垃圾焚燒電廠發(fā)電量、壓縮式熱泵耗電量與煙氣處理裝置耗電量所共同決定的決策變量；Kd.t為垃圾焚燒電廠調(diào)度中心預(yù)測日前t時刻電價；QFH.t為t時刻日前預(yù)測熱負(fù)荷；Kq為單位熱價；Kop為余熱回收及壓縮式熱泵設(shè)備運(yùn)行成本系數(shù)，設(shè)備的功率運(yùn)行成本系數(shù)包括人員管理、機(jī)組啟停、技術(shù)成本等，可用熱泵消耗功率運(yùn)行成本定量描述；Pp.t為t時刻壓縮式熱泵消耗電功率；Kes為環(huán)境補(bǔ)償系數(shù)，由政府政策所制定；T總為日垃圾燃燒配額。

2.2 含余熱回收裝置及壓縮式熱泵的垃圾焚燒電廠約束條件

因?yàn)槔贌姀S燃料的特殊性，不同于傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)火電廠，不需考慮其燃料成本，政府根據(jù)熱電聯(lián)機(jī)組裝機(jī)容量，每日的垃圾配額固定，單位噸垃圾所產(chǎn)生的煙氣量與蒸汽的量相對固定，所以設(shè)每日所產(chǎn)生的蒸汽總量與煙氣的總量固定，即

式中：Qz總為每日蒸汽總量；Qy總為每日煙氣總量；Tt為t時刻燃燒垃圾的噸數(shù)；T總為每日燃燒垃圾總量；Qz、Qy分別為燃燒單位噸垃圾所產(chǎn)生的煙氣能量和蒸汽能量。

電功率平衡約束表述為各個時段垃圾焚燒電廠電總出力等于電網(wǎng)接受的出力，其表達(dá)式為

式中：PG.t為t時刻熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組汽輪機(jī)電出力；PP.t為t時刻壓縮式熱泵消耗電功率；λ2為煙氣回收裝置消耗電能系數(shù)。

熱量平衡約束為

式中：Qsell.t為t時刻入熱網(wǎng)熱量：QFH.t為t時刻供熱負(fù)荷量：QG.t為t時刻熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組產(chǎn)熱量：Q2.t為壓縮式電泵t時刻產(chǎn)熱量。

余熱回收裝置與壓縮式電泵t時刻產(chǎn)熱量數(shù)學(xué)模型為

因?yàn)橛酂峄厥昭b置回收余熱量與垃圾焚燒量有關(guān)，故熱泵產(chǎn)出能量存在上限，所以需添加約束：

由于抽氣式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在抽氣階段可以通過控制調(diào)節(jié)進(jìn)入汽輪機(jī)低壓部分的蒸汽量，進(jìn)而較為靈活地調(diào)節(jié)其發(fā)電量與產(chǎn)熱量，其熱電關(guān)系可由抽氣量與總進(jìn)氣量來描述[17]：

式中：k1、k2、k3為常數(shù)；Din.t為t時刻總進(jìn)氣量；DC.t為t時刻供熱抽出蒸汽的量。

為了簡化模型，假定蒸汽比焓與內(nèi)效率不隨流量而變化，蒸汽量與其蒸汽所含能量之間呈線性關(guān)系，于是可推出抽氣式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱電關(guān)系，其熱電關(guān)系可以采用抽出蒸汽中所含能量與總進(jìn)氣中所含能量來描述，即

將式（14）、（15）代入式（13）可推出

式中：k4、k5為常數(shù)；QC.t、Qin.t為t時刻供熱抽出蒸汽中所含能量與總進(jìn)氣中所含能量；λQ為產(chǎn)熱效率。

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組電出力約束為

式中，PG.max、PG.min分別為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組最大、最小電出力。

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組電出力爬坡約束為

式中，Pup、Pdown分別為抽氣式熱電機(jī)組最大上、下電爬坡出力。

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組供熱量約束為

式中，QGmax為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組最大供熱量。

汽輪機(jī)熱爬坡約束為

式中，Qup、Qdown分別為抽氣式熱電機(jī)組上、下熱爬坡量。

2.3 日前優(yōu)化調(diào)度策略

根據(jù)國家相關(guān)政策[18]，電網(wǎng)企業(yè)（含電力調(diào)度機(jī)構(gòu)）根據(jù)國家確定的上網(wǎng)標(biāo)桿電價和保障性收購利用小時數(shù)，結(jié)合市場競爭機(jī)制，通過落實(shí)優(yōu)先發(fā)電制度，在確保供電安全的前提下，全額收購規(guī)劃范圍內(nèi)的可再生能源發(fā)電項(xiàng)目上網(wǎng)電量。

根據(jù)政府制定的垃圾的配額量，垃圾焚燒電廠的發(fā)電范圍已經(jīng)確定了上限，所以可以說垃圾焚燒電廠的上網(wǎng)電量對于其他火電廠而言具有優(yōu)先上網(wǎng)權(quán)。而考慮到市場競爭機(jī)制和分時電價的大趨勢，本文對于垃圾焚燒電廠上網(wǎng)的標(biāo)桿電價采用分時電價的方式上網(wǎng)，更能體現(xiàn)該模型的靈活性，也能最大化垃圾焚燒電廠的效益。

圖5為垃圾焚燒電廠日前優(yōu)化調(diào)度示意，其具體策略如下：

圖5 日前優(yōu)化調(diào)度示意Fig.5 Schematic of day-ahead optimal dispatching

（1）垃圾焚燒電廠調(diào)度中心根據(jù)歷史熱負(fù)荷數(shù)據(jù)，預(yù)測出次日每小時熱負(fù)荷數(shù)據(jù)，對于工業(yè)用熱的熱負(fù)荷來說，一般是固定的曲線，對于居民取暖用熱的熱負(fù)荷，可通過溫度進(jìn)行預(yù)測；

（2）垃圾焚燒電廠調(diào)度中心根據(jù)歷史電價數(shù)據(jù)，預(yù)測次日每小時電價數(shù)據(jù)；

（3）垃圾焚燒電廠調(diào)度中心將預(yù)測得到的熱負(fù)荷數(shù)據(jù)與次日電價等信息代入該模型，在滿足熱負(fù)荷需求與垃圾焚燒電廠各環(huán)節(jié)約束的前提條件下，以次日售電收益最大化為目標(biāo)，安排垃圾焚燒電廠的垃圾焚燒計(jì)劃從而確立電廠的整體電出力方案，并向電網(wǎng)調(diào)度上報；

（4）電網(wǎng)調(diào)度確認(rèn)其出力方案并批準(zhǔn)其上網(wǎng)。

3 算例分析

3.1 算例仿真情景設(shè)定

設(shè)定垃圾焚燒電廠兩種運(yùn)行模式：①不加裝余熱回收裝置及壓縮式熱泵的普通熱電聯(lián)產(chǎn)垃圾焚燒電廠；②加裝余熱回收裝置及壓縮式熱泵的熱電聯(lián)產(chǎn)垃圾焚燒電廠。

采用的算例參數(shù)為：以某地區(qū)典型垃圾焚燒電廠為例，加裝含壓縮式電泵的余熱回收裝置，其中垃圾焚燒電廠每日燃燒垃圾總量為500 t，裝設(shè)一臺處理量500 t/d的垃圾焚燒爐，20 MW抽氣式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組最大電出力為20 MW，最小電出力為5 MW，其最大熱出力為20 MW，煙氣回收裝置耗電系數(shù)取0.2，抽氣式熱電機(jī)組上、下電爬坡出力約束均取2 MW/h，抽氣式熱電機(jī)組上、下熱爬坡出力約束均取5 MW/h，壓縮式熱泵的COP取負(fù)荷工程實(shí)際情況約2.7，冷凝塔效率取0.8，單位熱價取108元/（MW·h），環(huán)境補(bǔ)償系數(shù)取80元/t，調(diào)度周期為24 h，時間尺度為1 h，其典型日前預(yù)測電價如圖6所示。

圖6 典型日前預(yù)測電價Fig.6 Typical day-ahead forecasted price

其典型日前預(yù)測熱負(fù)荷如圖7所示。

圖7 典型日前預(yù)測熱負(fù)荷Fig.7 Typical day-ahead forecasted heat load

3.2 算例仿真結(jié)果

為了驗(yàn)證此模型的合理性與有效性，在Matlab環(huán)境下進(jìn)行算例仿真，以優(yōu)化調(diào)度策略為基礎(chǔ)，利用Yalmip工具包，得到了兩種模式下的日前優(yōu)化調(diào)度結(jié)果，并將兩者進(jìn)行對比分析。其結(jié)果如圖8～圖11所示。

圖8 兩種模式下入網(wǎng)電量Fig.8 On-grid power in two modes

圖9 兩種模式下熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱出力Fig.9 Thermal output from CHP unit in two modes

圖10 壓縮式熱泵出力曲線Fig.10 Output curve of compression heat pump

3.2.1 運(yùn)行特性分析

結(jié)合圖8～圖11可知，在01：00—04：00時段，電價處于低谷期，熱負(fù)荷處于高峰遞增的階段，此時售電電收益處于低谷，在模式2中，壓縮式熱泵啟動，利用低溫?zé)嵩磁c少量熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組電出力做功產(chǎn)生熱量，與熱出力達(dá)到平衡高峰時期熱負(fù)荷，降低電價低谷的入網(wǎng)電量，降低了其熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組入網(wǎng)電量的下限。與模式1相比，以更少的垃圾燃燒量平衡了高峰期的熱負(fù)荷，使更多的垃圾能在電價高峰期燃燒產(chǎn)電，造成更大的收益。

圖11 兩種模式下垃圾燃燒計(jì)劃Fig.11 Waste combustion plan in two modes

在04：00—06：00時段，熱負(fù)荷遞減而電價保持穩(wěn)定低谷，此時模式1與模式2的垃圾燃燒量保持同樣的遞減趨勢。由于垃圾燃燒量減少，導(dǎo)致煙氣量的下降與所需平衡熱負(fù)荷的減少的共同作用下，壓縮式熱泵出力減少。

在06：00—09：00時段，熱負(fù)荷遞減，電價迎來第一次攀升，此時由于模式2所添加的壓縮式電泵對熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的解耦，在滿足相同熱負(fù)荷的前提之下，模式2的運(yùn)行方式在06：00點(diǎn)便靈活地響應(yīng)了電價的刺激，以最大爬坡功率增發(fā)電量，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)收益最大，而模式1的運(yùn)行方式直至09：00點(diǎn)才滿足熱負(fù)荷并響應(yīng)電價。

在09：00—13：00時段，電價遞增至高峰而熱負(fù)荷保持低谷，模式1模式2同時響應(yīng)日前電價刺激，安排遞增的垃圾燃燒計(jì)劃使得機(jī)組以滿爬坡功率增發(fā)發(fā)電量。同時由于垃圾燃燒的增多，可用的煙氣余熱量也遞增，壓縮式熱泵出力開始遞增，在12：00時，由于電價達(dá)到高峰階段，受到運(yùn)行成本的約束，壓縮式熱泵稍降低其出力，直至13：00電價達(dá)到峰值后，壓縮式熱泵開始持續(xù)增加出力至高峰。

在13：00—17：00時段，電價維持高峰階段，熱負(fù)荷也遞增，因?yàn)闊嶝?fù)荷的增加與垃圾總量的限制，模式1于15：00開始減少其電出力來滿足其熱平衡，而模式2由于余熱回收裝置及壓縮式熱泵作用延長了電價高峰時期的高電出力，于16：00才開始減小電出力，而15：00—16：00時段所需平衡的熱負(fù)荷，由壓縮式熱泵以滿足煙氣余熱量約束的最大功率運(yùn)行提供。值得注意的是，即使目標(biāo)函數(shù)是以電收益最大化為目標(biāo)求解的，在電價最高峰時期，該運(yùn)行模式也使壓縮式熱泵以滿功率運(yùn)行消耗電出力來平衡熱負(fù)荷，證明其效率之高。

在17：00—24：00時段，電價逐漸遞減，而熱負(fù)荷增至高峰，模式1因?yàn)槠錂C(jī)組的約束，于20：00開始增加垃圾燃燒量來平衡熱負(fù)荷，而模式2因?yàn)闊岜玫纳倭砍隽?，將此時間推延至23：00。

3.2.2 經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)典型日數(shù)據(jù)求出兩種模式下的整體運(yùn)行收益如表1所示。

表1 兩種模式下整體運(yùn)行收益Tab.1 Overall operating income in two modes

其相同熱負(fù)荷下的整體運(yùn)行收益提升約6.4%。余熱回收裝置成本與壓縮式熱泵投資成本約為437萬元，在不考慮經(jīng)濟(jì)增長因素的情況下，每年的供暖周期設(shè)為100 d，預(yù)計(jì)年化率為23.35%。而設(shè)備的使用壽命一般情況大于10 a，從經(jīng)濟(jì)性的角度，驗(yàn)證了該模型的合理性。

3.2.3 能效性分析

為了更好地對比兩種模式下能源利用效率，引入能效增長率指標(biāo)，即

式中：λ總為全廠能效；Δλ為能效增長率；λ1、λ2分別為模式1、模式2下的全廠熱效率；k垃圾為單位噸垃圾的熱值；Psell總、QFH總分別為總的入網(wǎng)電量與總的熱負(fù)荷。

經(jīng)計(jì)算可知模式2相比于模式1其能效增長5.565%。

4 結(jié)論

（1）通過考慮熱電聯(lián)產(chǎn)垃圾焚燒電廠運(yùn)行時段特性，增加余熱回收裝置與壓縮式熱泵可高效回收煙氣中的余熱，提高了垃圾焚燒電廠整體能源利用效率。

（2）垃圾焚燒電廠不僅可承擔(dān)垃圾處理和能源利用的功能，也可通過政策和市場的培育，在電市場和熱市場上獲取經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而激勵其參與節(jié)能和電力市場競爭。

（3）余熱回收及壓縮式熱泵裝置模型因其在電功率調(diào)節(jié)和電熱轉(zhuǎn)換中的平移特性，可較好地實(shí)現(xiàn)熱電解耦。這種解耦方法和模型可為其他電廠提供參考。

（4）為實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)垃圾焚燒電廠在投資、運(yùn)行等方面的綜合經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)進(jìn)一步考慮余熱回收及壓縮式熱泵配置的全壽命周期管理。