CE图_一种余热利用循环及工质选择的定量评价方法_席奂_李明佳_何雅玲_陶文铨

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γ-Al2O3

化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2024 年第 43 卷第 3 期γ-Al 2O 3/CuO-ACF 电吸附除盐的影响因素及反应动力学柴多生1，高峰2，吴友兵3，孙昕1，郝然1，杨宇2，焦翔飞1（1 西安建筑科技大学环境与市政工程学院，陕西西安 710055；2内蒙古自治区水利科学研究院，内蒙古呼和浩特 010011；3马鞍山市城乡规划设计院有限责任公司，安徽马鞍山 243011）摘要：开发脱盐率高、寿命长的电极材料是电容去离子（CDI ）水处理技术的研究热点之一。

通过一锅水热法将层状CuAl 双金属氧化物与活性碳纤维复合，成功制备了CDI 电极（γ-Al 2O 3/CuO-ACF ）。

采用SEM 、XRD 、FTIR 和CV 测试对样品的形貌、结构和电极性能进行了表征。

当初始NaCl 浓度为500mg/L 时，随着电压从0.8V 逐渐增加到1.6V ，两种电极的比吸附量、脱盐效率、电流效率和电耗均有所增加，γ-Al 2O 3/CuO-ACF 的四项参数依次比ACF 提高23.4%~55.3%、44.8%~82.0%、65.5%~90.0%和降低15.0%~21.4%。

当腐殖酸浓度为5~10mg/L 时，ACF 脱盐效率下降明显，而γ-Al 2O 3/CuO-ACF 脱盐效率仅在腐殖酸浓度10mg/L 时略有下降。

在15次循环后，NaCl 溶液体系的脱盐效率保留率为96%；但由于腐殖酸的存在，该值下降为92%。

两种电极的电吸附除盐过程遵循Langmuir 等温吸附方程，表示盐离子在电极表面为单分子层物理吸附。

与传统ACF 电极相比，γ-Al 2O 3/CuO-ACF 电极具有优异的可回收性、稳定性和增强的电化学特性。

关键词：层状CuAl 双金属氧化物；活性碳纤维；脱盐；电吸附中图分类号：X52 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2024）03-1637-11Reaction dynamics and influencing factors of capacitive deionizationdesalination using γ-Al 2O 3 / CuO-ACFCHAI Duosheng 1, GAO Feng 2, WU Youbing 3, SUN Xin 1, HAO Ran 1, YANG Yu 2, JIAO Xiangfei 1(1 School of Environmental and Municipal Engineering, Xi ’an University of Architecture and Technology, Xi ’an 710055，Shaanxi, China ；2 Inner Mongolia Hydraulic Research Institute, Hohhot 010011, Inner Mongolia, China; 3 Urban & RuralPlanning & Design Institute of Ma ’anshan, Ma ’anshan 243011, Anhui, China)Abstract: Developing electrode materials with a high desalination rate and long life is one of the research hotspots in the field of capacitive deionization (CDI) water treatment technology. CDI electrode (γ-Al 2O 3/ CuO-ACF) was successfully produced by combining laminated CuAl-mixed metal oxide with activated carbon fibers with a one-pot hydrothermal method. The surface morphology, structure and electrode properties of the samples were characterized by SEM, XRD, FTIR and CV. When the voltage increased from 0.8V to 1.6V under NaCl concentration of 500mg/L, the specific electroabsorption capacity, desalination efficiency, current efficiency and energy consumption increased for both electrodes, while those four parameters for γ-Al 2O 3/ CuO-ACF were 23.4%—55.3% higher, 44.8%—82.0% higher, 65.5%—90.0% higher and 15.0%—21.4% lower than those for ACF. Under NaCl concentration of 500mg/L and humic acid concentrations of 5—10mg/L, desalination efficiency for ACF was decreased, but that for γ-Al 2O 3/CuO-ACF was only研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-1600收稿日期：2023-09-11；修改稿日期：2023-11-20。

玻璃窑余热发电系统的优化设计

ｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｄ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ｇｌａｓｓｆｕｍａｃｅｐｏｗｅｒ，Ｗａｓｔｅｈｅａｔｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ，Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｎ，ｇＴｅｃｈｎｉｃａｌｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ
２３
全国性建材科技期刊—— 《玻璃》２０１４年
锅炉来蒸汽
第２期总第２６９期
此外，在除氧系统的结构上，我们将闪蒸器、除氧器、除氧水箱及附件等采用一体式设
计，与传统闪蒸器单独放置的方式相比有如下优
势：① 闪蒸器置于除氧水箱之上，方便了闪蒸后
Ｏ引言
玻璃熔窑烟气余热发电是一项资源综合利用
项目，是国家 “ 十一五 ” 十大重点节能工程之
一
锅炉给水中溶解的气体，电厂中普遍采用加热除氧的方法，其加热源主要是汽轮机的描汽，所以热力除氧系统是回热系统中的一个特殊的组成部分。它既具有回热可提高机组热经济性这一共性的一面，还具有保证除氧效果和给水泵安全运行
ｉＩ１ｈｅｔｐｒｏｊｅｃｔｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｆｏｒｈｔｅｄｅｓｉｎｇｏｆｗａｓｔｅｈｅａｔｐｏｗｅｒｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｙｓｔｍ１ｗａｓ

汽车尾气余热利用探索及其数值分析

2021.02科学技术创新汽车尾气余热利用探索及其数值分析蒙雅莹周宇*（六盘水师范学院物理与电气工程学院，贵州六盘水553004）摘要：近年来，随汽车工业的飞速发展和国民生活质量逐步提高，私家车、各种行业运输车辆数量的大幅增加，导致了大气环境污染的日趋严重，加剧了温室效应的产生。

研究表明，汽车排气系统中前排气管的温度高达600℃，尾气到达后排气管的温度还高达300℃，发动机有40%的能量会随着排气尾管的热量而排出，全面加强汽车尾气余热利用，成为当前研究的重点。

基于热交换原理，利用温差形成自循环水系统，本文提出将汽车排气管外壁的余热通过换热转化用于车内供暖，减少汽车尾气余热排放，实现部分替代汽车空调供热，此外，通过计算流体力学的方法对换热情况进行数值模拟，进一步对方案的可行性进行佐证。

关键词：汽车尾气；余热利用；热量交换，数值分析中图分类号:TK09文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2021)02-0185-021概述在现代文明中，汽车已经成为人类不可缺少的交通运输工具。

但是，在汽车产业高速发展、汽车产量和保有量不断增加的同时，汽车也带来了大气污染，即汽车尾气污染。

在中国大中型城市，汽车尾气排放已成为主要的大气污染源。

研究表明，在汽车发动机消耗燃料的过程中，汽车排放尾气温度一般在300~600℃左右，40%的能量都会随着尾气被排放到空气当中，图1所示为汽车排气系统各部分温度[1-4]。

可以看出，仅有约25%用于驱动发动机做功，其余大部分则以热量的形式散失掉，如果对汽车尾气余热加回收利用，势必可以式减少燃料的消耗，在降低驾驶成本的同时，还会给大气污染防治带来重要的积极作用。

图1汽车排气系统各部分温度及汽车燃料能量分配情况示意图为减少温室气体的排放和缓解大气污染，世界各地的研究人员尝试通过回收汽车尾气余热的方式减少化石燃料的使用，主要有以下几种技术：温差发电、朗肯循环、空调制冷等。

温差发电是一种应用Seebeck 效应将热电发生器两端温度差转换为电势差的技术，将其应用在汽车尾气余热回收中，可以把无用的热能转换为可用的电能，从而提高能量的使用效率。

中国余热回收利用专利分析

中国余热回收利用专利分析肖红卫;龚金梅;郭婷婷【期刊名称】《云南化工》【年(卷),期】2011(038)005【摘要】This paper focuses on the key technology in waster heat utilizing field in China by collecting chinese patent literatures from 1985 to 2010.Based on the literature organizing and analyzing,this paper draws out the developing path for specific technology in its field and forecasts its developing tendency,and proposes solutions and suggestions on patent protection and utilizing strategy.%针对我国余热利用领域关键技术,收集了1985年～2010年的中国专利文献,在此基础上,对相关专利文献归纳、分析的总结,抽取出该技术领域在特定时期内的发展轮廓,并给出该技术发展趋势预测等,并就专利的保护与利用策略提出对策和建议。

【总页数】7页(P34-40)【作者】肖红卫;龚金梅;郭婷婷【作者单位】云南省科学技术情报研究院,云南昆明650000;云南省科学技术情报研究院,云南昆明650000;云南省科学技术情报研究院,云南昆明650000【正文语种】中文【中图分类】TK018【相关文献】1.热油循环方法回收利用燃气透平机烟气余热——海上气田燃气透平机烟气余热的回收利用 [J], 欧光尧;陈炽彬;江陵2.烧结余热回收利用技术专利分析 [J], 王强;刘莹3.余热回收利用国外专利分析 [J], 肖红卫;龚金梅;刘消寒;歹颖丽;李佳芸瑞4.废钢回收利用技术专利分析 [J], 赵亚军; 郑玉荣; 张有余; 刘佳玲5.推进服务平台建设开展热资源共享上海余热利用促进服务中心、上海余热（能）回收利用产业联盟开展调研工作 [J], 钟磊;张洪(摄)因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

水合盐热化学反应器参数优化与供暖应用案例分析

第 12 卷第 12 期2023 年 12 月Vol.12 No.12Dec. 2023储能科学与技术Energy Storage Science and Technology水合盐热化学反应器参数优化与供暖应用案例分析葛继翔1，纪明希2，丁玉龙2，罗伊默1，王利明1（1湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082；2英国伯明翰大学储能中心，英国伯明翰B15 2TT）摘要：水合盐热化学储热技术具有储热密度高、长期储存几乎无热损失等优点，对可再生能源高效利用具有重要意义。

其中热化学反应器的设计和运行控制对水合盐热化学储热的性能十分关键，目前有关反应器的模拟通常采用多物理场仿真软件，无法开展动态工况下的长时间尺度研究。

因此，本工作建立了热化学反应器动态仿真模型，并对模型进行了验证；利用该模型，对入口空气温度、水蒸气分压力、流速和反应器尺寸等因素对出口参数的影响进行了敏感性分析。

结果表明，空气流速对响应时间、稳定输出时间和放热功率的影响较大，水蒸气分压力对温升有较大影响但对总放热量几乎没有影响。

最后本工作以长沙某住宅建筑为例，在冬季典型日气象参数条件下开展了反应器放热供暖工况研究。

与无控制策略相比，采用合适的控制策略可将反应器放热功率与热负荷之间的偏差从69.21%降低到9.89%，从而提高放热功率与热负荷的匹配度。

本工作研究结果对热化学反应器的设计与控制策略的确定具有指导意义。

关键词：热化学储热；水合盐；动态数值模拟；控制策略doi： 10.19799/ki.2095-4239.2023.0686中图分类号：TK 02 文献标志码：A 文章编号：2095-4239（2023）12-3799-09 Parameter optimization of a thermochemical reactor using salt hydrates： A case study of heating applicationGE Jixiang1, JI Mingxi 2, DING Yulong2, LUO Yimo1, WANG Liming1 (1Faculty of Civil Engineering, Hunan University, Changsha 410082, Hunan, China; 2Birmingham Centre for EnergyStorage, University of Birmingham, Birmingham B15 2TT, UK)Abstract:Thermochemical energy storage with salt hydrates has the advantages of high heat-storage density and nearly zero heat loss in the long storage process; these are of great significance for the efficient utilization of renewable energy. The design and operation control of reactors are crucial for the performance of thermochemical heat storage of salt hydrates.However, multiphysical field-simulation software is widely used for modeling, which is not suitable for long-term research under dynamic conditions. Therefore, in this study, we establish a dynamic simulation model for thermochemical reactors. In addition, sensitivity analysis was conducted to determine the effects of factors such as inlet air temperature, water-vapor partial pressure, flow rate, and reactor size on the outlet parameters. The results show that the airflow rate significantly affected the response time, stable output time, and heat release power. In addition,收稿日期：2023-10-07；修改稿日期：2023-10-23。

工业水回用相关国际标准化研究进展

（1. Yixing Environmental Research Institute of Nanjing University; 2. School of the Environment, Nanjing University）
Abstract: With the aggravation of global environmental pollution and the shortage of water resources, more and more attention has been paid to wastewater reuse as a potential resource around world, as well, the research and application of water reuse has deepened. Standardization plays a crucial role in this field of industrial wastewater reuse where the International Organization for Standardization (ISO) with many countries as its members has made a lot of efforts to improve the technologies and regular the markets. The background, organization structure and standard development of ISO/TC 282 (Water Reuse) /SC 4 (Industrial Water Reuse) are introduced in the paper, which focuses on the research scope, current standard development and standardization significance of each project under SC 4. In addition, perspectives on the orientation of industrial water reuse international standard development are also made. Keywords: industrial water reuse, International Organization for Standardization (ISO), international standards, research progress

采用蚁群算法的中温余热有机朗肯循环性能参数优化

采用蚁群算法的中温余热有机朗肯循环性能参数优化赵英淳;何雅玲;席奂;梁兴壮【摘要】鉴于当前针对有机朗肯循环(ORC)和工质的研究大都选取特定循环和工质作为研究对象,缺乏对变工况下工质与系统匹配问题的系统研究,使用蚁群优化算法,以基本有机朗肯循环(BORC)、内回热有机朗肯循环(IHORC)为研究对象,计算比较了不同ORC系统在最佳工况下的系统性能,总结了不同临界温度的工质与不同热源工况的相互匹配关系.结果表明:在相同热源温度下,与BORC系统相比,IHORC系统具有较高的(火用)效率;根据BORC系统性能参数随热源温度的变化规律,总结出了所考查的工质各自对应的原则可用温度区间;当热源温度接近该区间上限值时,系统获取的热量(火用)增加,净输出功增加,工质的热力学性能得到了充分发挥;采用临界温度较高的工质时,冷凝器可能真空运行引起运行不稳定,系统经济性下降;按照工质可用温度上限与热源温度尽量相近的标准,可确定与不同热源温度区间相匹配的最佳工质.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2013(047)011【总页数】6页(P29-34)【关键词】有机朗肯循环;中温余热;匹配关系;蚁群算法;(火用)效率【作者】赵英淳;何雅玲;席奂;梁兴壮【作者单位】西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,710049,西安;西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,710049,西安;西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,710049,西安;西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TK11能源利用率低是导致中国工业总能耗逐年增加、单位GDP能耗长期以来高居不下的重要原因之一。

工业过程所排出的废热往往被直接排放到环境中，不仅造成了环境污染，而且造成了能源的浪费。

有机朗肯循环（ORC）作为一种低品位热能的有效回收途径，逐渐成为很多领域关注的热点。

目前对ORC系统的研究主要集中在循环系统改进、工质选择、参数优化等方面［1－7］。

陶瓷热障涂层和热循环试验研究

陶瓷热障涂层和热循环试验研究Study of Ceram ic T herm al B arrier Coating and T herm al Cycling T est陈孟成　吴凤筠　沈文雁　高阳　李建平(北京航空材料研究院)Chen M engcheng　W u Fengyun　Shen W enyen　Gao Yang　L i J ianp in(In stitu te of A eronau ticalM aterials,B eijing) [摘要]　对利用电子束物理气相沉积(EB2PVD)制备的Y2O3稳定Zr O2陶瓷层(YSZ)热循环试验进行了初步研究。

试样在高温条件下经受了冷热循环试验。

通过扫描电镜和X2衍射等方法揭示了TBC涂层在热循环试验前后涂层形貌和相结构的变化。

[关键词]　陶瓷　热障涂层　热循环 [Abstract]　In th is p ap er,the ther m al cycling test has been perfo r m ed on the TBC coatings w h ich m ade of Y2O3stab ilized Zr O2by electron beam physical vapou r depo siti on(EB2 PVD)1T he sam p les are sub jected to ther m al cycling test under the h igh tem peratu re1T he resu lts reveal the m o rpho logy and phase tran sfo r m ati on by m ean s of SE M and XRD1 Keywords　ceram ic　ther m al barrier coating　ther m al cycling 热障涂层(TBC s)主要以M C r A lY作为底涂层, Y2O3部分稳定的Zr O2涂层作为面涂层。

化学回热循环中工质热力性质的处理方法

化学回热循环中工质热力性质的处理方法王绍忠;刘国库;杨仁【摘要】采用VC和Matlab混合编程的方法,编制了CRGT循环中工质（水-水蒸气和空气-湿燃气）的热力性质计算程序。

空气和干燃气的热力性质采用理想气体掺混模型,水和蒸汽的热力性质采用IAPWS-IF97标准模型,湿燃气的热力性质采用改进的工程计算方法进行处理。

计算结果表明：该方法计算精度高、计算速度快。

%The calculation program for the working fluid thermodynamic properties（including water-water steam and air-wet gas） in CRGT was built with the hybrid programming method of MATLAB and VC.Ideal gas mixing model was adopt to simulate air and dry-gas property,IAPWS-IF97 standard model was adopt to calculate water and steam property.The property of wet-gas was calculated by advanced engineering method on the basis of the above models.The result shows that this method has an extremely high calculation speed and accuracy.【期刊名称】《航空发动机》【年(卷),期】2011(037)003【总页数】4页(P38-40,62)【关键词】CRGT;湿燃气;热力性质;混合编程【作者】王绍忠;刘国库;杨仁【作者单位】海军驻沈阳地区发动机专业军事代表室,沈阳110043 ;海军驻沈阳地区发动机专业军事代表室,沈阳110043 ;哈尔滨工程大学动力与核能工程学院,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TP311.10 引言现阶段，能源危机和环境污染问题日趋严重。

一种相变储热的性能强化及经济性评价方法[发明专利]

专利名称：一种相变储热的性能强化及经济性评价方法专利类型：发明专利
发明人：何雅玲,徐阳,李明佳,刘占斌,陶文铨
申请号：CN201710508577.7
申请日：20170628
公开号：CN107368952A
公开日：
20171121
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种相变储热的性能强化及经济性评价方法，该方法在确定了某个相变器的储热量、储热时间、材料单价与质量等相关参数后，综合考虑相变材料以及添加材料的成本，给出了单位材料成本下的储热速率，表征了材料成本的利用率，并通过无量纲化处理后，获得单位材料成本下的储热速率强化程度，可用于定量比较不同的储热器形式与强化方式的优劣，得到经济效益最高的相变储热性能强化方案，能够在材料筛选、结构改进、强化方式的优化等方面提供定量依据和切实指导，为相变储热系统的设计提供重要借鉴。

申请人：西安交通大学
地址：710049 陕西省西安市碑林区咸宁西路28号
国籍：CN
代理机构：西安智大知识产权代理事务所
代理人：张震国
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余热回收换热器经济最优化设计

ａｅｒｎｅｏｔｅｉ，ｙｅｓｅｉ，ｎｅｙｅｃｎｙｅａａｏｗｓｅｃｅｃａｇｒｆｅｄｓｔｌｔｎａｄｎｒｆｉｌｔｎｏａｔｈａｒｏｒｅｈｅｓｒｅｃｔｈｅｎｇｐｅｃｏｅｇｆｅｉｃｖｕｉｆｅｔｅｖｙｘｎ．
ＭｌＰｌＣ・３０Ｚ＝・ｌＱ・０＂Ｈ６（）４
２资金现值系数、．４热价、单位面积换热器成本和单位面积换热器耗电功率的计算２４１现值系数Ｐ１Ｐ２Ｐ３．．】、、【５
Ｐ昔ｄＰ（）．）ｉ（１＝；Ｉ．（＃１＝［昔］ｄｏ击１，）
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Ｎ丁，【：
ｔ — ｔｈｃ
Ｌ
ｆ）１
ＬｍＪｑｃ
式中：’ ｔ为热流体进入换热器的温度， ℃；
ｔ’为冷流体进入换热器的温度。
， Байду номын сангаас℃：
（’ 为热流体或冷流体在换热器中的实际温ｔｔ一度差值中的大者， ℃；
关键词：换热器；余热回收；净收益；最优化
中图分类号：Ｔ３Ｕ８１文献标志码：Ａ文章编号：１７ —２７２１）１０２ —５６３７３（０２０ —０５０
ＥｏｎｍｉｔｍｉａｉｓｇｎｏａｃｎｅｏｒａｔａｃｅｙｃｏｃＯｐｉｚｔｏｎＤｅｉｆＨｅｔＥｘｈａｇｒｆｓｅＨｅｔＲｅｏｖｒＷ
一
（）２
般而言，换热器的效能、传热单元数和热容之

CE图:一种余热利用循环及工质选择的定量评价方法

CE图：一种余热利用循环及工质选择的定量评价方法席奂;李明佳;何雅玲;陶文铨【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2013(047)009【摘要】鉴于当前余热利用循环的系统优劣性评价和工质筛选缺乏定量的方法和评价准则,以帕累托最优解为基本思想,以多目标函数遗传算法为实现手段,在综合考虑年度经济收益及能量利用效率的基础上,提出了余热利用评价(炯)效率-年度现金流量双效图(以下简称CE图),给出了CE图的制作方法,分析说明了CE图中各特殊点的意义.以两种常见的余热利用循环系统——基本有机朗肯循环和内回热有机朗肯循环为例,采用30种常见有机工质,在100～300℃之间的不同余热温度下解释说明了所提出的CE图如何用来评价余热利用循环系统的优劣性,以及如何用来进行工质的筛选.对不同系统、不同工质CE图的对比方法进行了阐述,并且对CE图在余热利用领域的进一步开发利用进行了展望.【总页数】8页(P8-15)【作者】席奂;李明佳;何雅玲;陶文铨【作者单位】西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,710049,西安;西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,710049,西安;西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,710049,西安;西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室,710049,西安【正文语种】中文【中图分类】TK11【相关文献】1.一种新的切换方式在某电厂循环水余热利用项目中的探索应用 [J], 周崇波;任怀民2.一种新的切换方式在某电厂循环水余热利用中的应用 [J], 周崇波;任怀民3.涡轮增压柴油机余热利用的有机郎肯循环烃类高温工质热力学分析 [J], 王明涛;方筝;刘启一4.一种新型空调循环冷却水余热利用系统 [J], 梅玉龙;杨福华5.低温余热利用有机朗肯循环系统工质选择研究 [J], 陈瑜;倪卫洁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

区域供冷供热系统可再生能源利用率计算方法探讨

区域供冷供热系统可再生能源利用率计算方法探讨**科技部中荷国际科技合作项目“智慧节能工业园关键平台技术与协同驱动”（编号：2015DFG62270）重庆大学张华玲☆徐文慧摘要区域供冷供热系统通过与可再生能源的综合、协同应用.可有效降低区域内的能源消耗与污染物排放。

区域供冷供热工程中常以可再生能源利用率为控制或评价指标，但目前可再生能源利用率的具体算法尚不明确。

分析了目前评价可再生能源利用水平的2类计算方法一热量折算法和炯折算法，并对其计算边界、计算公式进行了明确界定与定量描述。

给出了可再生能源利用率的推荐计算方法，该方法规避了区域供冷供热系统中能源品位与属性的差异。

以某江水源热泵项目为例进行了计算说明。

关键词区域供冷供热系统可再生能源热量折算法炯折算法评价方法Discussion on calculation methods of renewable energyutilization rate in district cooling and heating systemsBy Zhong Huoling^ and Xu WenhuiAbstract lhe district cooling and heating system can effectively reduce energy consumption andpollutant emissions in the region through comprehensive and synergistic application of renewable energy. The renewable energy utilization rate is often used as the control or evaluation index in district cooling and heating projects, but the specific algorithm of renewable energy utilization rate is not clear yet. Analyses current two kinds of calculation methods for evaluating the utilization level of renewable energy in energy systems heat conversion method and exergy conversion method, then clearly defines and quantitatively describes the calculation boundaries and formulas. Recommends the calculation method of renewable energy utilization rate, which avoids the difference of energy grade and attribute in the district cooling and heating system. Gives a calculation example of a river-water-source heat pump project.Keywords district cooling and heating system, renewable energy, heat conversion method, exergy conversion method, evaluation method★ Chongqing University, Chongqing, China0引言随着能源和环境问题的日益突出，可再生能源受到世界各国的重视.可再生能源互补的区域供冷供热项目在我国也逐渐增多，可再生能源利用率作为评价其利用水平的重要指标，目前尚无权威、公认的计算方法,导致评价区域供冷供热项目中可再生能源利用水平缺乏横向比较的依据。

挑战杯”全国课外学术科技作品竞赛往届命题参考选题

附件三“挑战杯”全国课外学术科技作品竞赛往届命题参考选题第八届全国“挑战杯”竞赛哲学社会科学类学术论文和社会调查报告的参考题目考一、哲学“三个代表”重要思想与唯物史观的发展新时期贯彻党的群众观点和群众工作路线典型调查社会转型期人们思想观念嬗变的调查与分析在发展市场经济中加强社会主义道德建设的典型调查网络社会中人们交往关系的变化与伦理道德的新课题研究经济全球化背景下中国发展先进文化问题研究封建迷信在一些地方泛滥的表现及其原因的调查与分析当代青年个性化发展的调查与哲学思考二、经济社会主义市场经济发展经验和存在问题研究国有企业收入分配制度改革调查研究人才市场、技术市场发展调查各类企业建立现代企业制度的典型调查积极利用外资优化外商投资结构调查我国社会保障制度的发展完善研究金融风险防范与我国金融业改革研究农村税费改革调研假日经济发展调查人力资源开发与企业经营发展研究城镇化的调查和分析三、法律依法治国，建设社会主义法治国家研究中国公民法律意识和权利意识调查国家赔偿制度的完善问题经济全球化背景下的法律问题研究消费者利益的法律保护公司法有关问题研究新型犯罪的研究中国环境保护问题的法律对策中国反垄断法的理论与实践四、社会学当代中国农村家庭结构与功能变迁调查目前职业的社会声望研究单位制度和社会归属感研究社会诚信度现状及其影响调查新社会阶层的调查研究公民的环境生态意识及其测量研究人口老龄化问题研究农村社会的权威及其变迁研究社会公益捐赠行为调查分析新移民的文化认同与文化适应研究五、教育邓小平教育理论的伟大实践现代科技发展与教育发展和改革研究高等教育执行经济、科技、教育三结合方针的调查学生创新精神和实践能力培养的调查研究我国远程教育发展研究新时期教育与生产劳动相结合的模式与经验调查加强和改进高校德育工作调查从学生角度看高校教师队伍建设高校后勤社会化调查分析民办教育发展典型调查六、管理电子商务在某一行业的应用调查分析大型零售企业物流系统发展调查中国银行组织再造实践研究我国私营企业二次创业问题调查WTO之后纺织品公司战略调整调查分析企业、组织、政府信息化建设的调查企业在创新中发展典型调查非法传销活动的调查与分析非营利组织的法制化、规范化研究反腐倡廉的典型调查和案例分析政府绩效评估研究城市化进程中的政府作用和行政改革研究第九届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛哲学社会科学类参赛作品参考选题为引导参赛作品能够更好地贯彻理论联系实际的原则，积极研究我国改革开放和现代化建设的重大理论和实践问题，特请有关专家拟定了这份参考题总目。

CE图_一种余热利用循环及工质选择的定量评价方法_席奂_李明佳_何雅玲_陶文铨

第47卷第9期西安交通大学学报 V ol.47 No.9 2013年9月 JOURNAL OF XI’AN JIAOTONG UNIVERSITY Sep. 2013DOI:CE图—一种余热利用循环及工质选择的定量评价方法席奂，李明佳，何雅玲，陶文铨（西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室，710049，西安）摘要：鉴于当前余热利用循环的系统优劣性评价和工质筛选缺乏合理的、定量的方法和评价准则，以帕累托最优解为基本思想，以多目标函数遗传算法为实现手段，在综合考虑年度经济收益及能量利用效率的基础上，提出了余热利用评价火用效率-年度现金流量双效图（以下简称CE图），给出了CE图的制作方法，分析说明了CE图中各特殊点的意义。

以两种常见的余热利用循环系统——基本有机朗肯循环和内回热有机朗肯循环为例，采用30种常见有机工质为例，在100~300℃之间的不同余热温度下解释说明了所提出的CE图如何用来评价余热利用循环系统的优劣性，以及如何用来进行工质的筛选。

对不同系统、不同工质CE图的对比方法进行了阐述，并且对CE图在余热利用领域的进一步开发利用进行了展望。

关键词：余热利用评价图；评价方法和评价准则；有机朗肯循环；有机工质中图分类号：TK11 文献标志码：A 文章编号：0253-987X(2013)09-0000-00CE Diagram：a Quantitative Evaluation Criterion for Waste Heat Recovery Power System and Working Fluids and Its ApplicationsXI Huan, LI Mingjia, HE Yaling, TAO Wenquan(Key Laboratory of Thermo-Fluid Science and Engineering of MOE, Xi’an Jiaotong University, Xi’an 710049, China)Abstract:On the basis of the concept of Pareto optimum solution to the multi-object function and the comprehensive considerations of both annual cash-flow and energy utilization efficiency, a double- efficiency diagram of annual cash flow-exergy efficiency (CE) was proposed by the implementation of the multi-objectives genetic algorithm. For the CE diagram, the graphing method was described, and the meaning of endpoints was analyzed. Under 6 different heat-source temperatures ranging between 100 to 300 o C, 30 chlorine-absent working fluids were employed and tested. Typical ORC systems (i.e. basic organicexamples. As a novel method for working fluids selection and thermodynamic system comparison, case studies were then given by segmenting the CE diagrams into different parts. In addition, an outlook for the further applications of CE in the utilization of waste heat was presented.The proposed quantitative method would be applicable to any closed loop waste heat recovery thermodynamic system and working fluids.Keywords: performance evaluation diagram for waste heat recovery; evaluation method and criterion; organic Rankine cycle; organic working fluid工业余热的高效综合利用是实现我国节能减排战略目标的重要途径，也是当前能源领域的热点问题。

“挑战杯”历届优秀作品名称

附件三：第十一届全国“挑战杯”竞赛特等奖、一等奖获奖作品名单1.《计算机代数系统maTHμ》清华大学特等奖2.《“识别-扰动”淀粉样蛋白聚集的杂合小肽合成与作用初探》清华大学特等奖3.《火力发电厂节能增效评价及管理优化系统》清华大学一等奖4.《量子系统局域可分辨性研究》清华大学一等奖5.《基于倾转动力系统的可自由起降验证机》北京航空航天大学特等奖6.《人民币指数期货期权定价研究》北京航空航天大学特等奖7.《基于头面部动作检测的算法研究与控制软件--一款助残软件的实现》北京航空航天大学一等奖8.《一类一维混沌映射的拓扑条件》北京航空航天大学一等奖9.《告别徊徨:待业大学生群体生存状态研究--基于上海的实证调查》华东师范大学特等奖10.《FPGA位流解析及逆向工程》华东师范大学一等奖11.《基于生态气候适宜度的农用地集约利用评价研究》华东师范大学一等奖12.《断裂与重塑：“村改居”后城郊新市民群体的身份认同研究--基于上海郊区的调查》华东师范大学一等奖13.《大学生“村官”机制建设：基于1260个乡村实证调查研究》浙江工商大学特等奖14.《面向纺织行业的协同商务智能与物流优化平台》浙江工商大学一等奖15.《日语句酷》浙江工商大学一等奖16.《人民币“区域货币锚”效应研究--基于一个博弈模型的分析》浙江工商大学一等奖17.《小型倾转旋翼飞行器》南京航空航天大学特等奖18.《“超影”微型涡轮喷气发动机》南京航空航天大学一等奖19.《数字水墙》南京航空航天大学一等奖20.《丝织物原位纳米生态染色与功能整理》苏州大学特等奖21.《“蝇眼”不再神秘--制作微透镜阵列的新方法》苏州大学一等奖22.《跨越两性界线--当代大学生性别角色发展现状、成因与引领研究》苏州大学一等奖23.《正负电子对撞机上ttZ产生过程的单圈QCD和电弱修正》中国科学技术大学特等奖24.《一种新型的钯催化乙二酸酯酸钾脱羧偶联反应》中国科学技术大学特等奖25.《稀土光磁功能配合物研究》南开大学特等奖26.《金融危机下应届本科毕业生就业问题报告-基于天津市14所高校的调查》南开大学一等奖27.《发展与参与：解构城市新贫困社群福利供给的困局--基于湖南省长沙市新贫困社群的调研报告》南开大学一等奖28.《金融海啸背景下农民工就业问题及对策研究--基于28个省区市的调查分析》华南理工大学特等奖29.《视线跟踪人机交互技术及残疾人辅助系统》华南理工大学一等奖30.《电工胶带用耐高温无卤阻燃丙烯酸酯共聚乳液的制备及其产业化》华南理工大学一等奖31.《基于荧光蛋白标签的“夹心法”重组蛋白生产分离纯化系统》复旦大学特等奖32.《决定经常账户合意水平的系统动态学观点--基于中国的理论模型构建与实证检验》复旦大学一等奖33.《纳米多孔二氧化硅气凝胶高效隔热复合材料》国防科学技术大学特等奖34.《纸质人像照片及票据加密技术》国防科学技术大学一等奖35.《基于增强现实的广场庆典互动式创意设计系统》北京理工大学一等奖36.《基于火箭发射的折叠式无人机》北京理工大学一等奖37.《新型多用途反恐防暴机器人》北京理工大学一等奖38.《小额贷款公司制度研究--以苍南联信小额贷款股份有限公司为例》中国人民大学特等奖39.《城市化进程中，农转非居民“上楼致贫”现象探析--基于重庆市四典型社区的实证》中国人民大学一等奖40.《创建可消化纤维素的转基因家蚕》江苏大学一等奖41.《高效节水变量喷洒喷灌机组研究开发》江苏大学一等奖42.《中小型农田水利设施长效保障机制研究--基于粮食核心生产区（河南）的调查》河南工业大特等奖43.《我国马铃薯Y病毒高致病性新株系的发现及其分子特征研究》河南工业大学一等奖44.《广东省荔枝专业合作社发展状况调查报告--基于16家荔枝专业合作社的实证分析》华南农业大学特等奖45.《超表达MfCOR1提高转基因烟草抗寒性和生物量》华南农业大学一等奖46.《水稻抗纹枯病主效QTL-qSB-9的位置、效应及作用方式》扬州大学特等奖47.《奶牛O157: H7大肠杆菌的快速检测与分子流行病学研究》扬州大学一等奖48.《盲人自主学习系统》华中科技大学一等奖49.《含盐有毒有机化工废水新型高效处理技术及装置》南京工业大学一等奖50.《连续本体法PMMA树脂聚合工艺》长春工业大学特等奖51.《高强度冲焊桥壳钢板应用技术开发》长春工业大学一等奖52.《智能扣合式骨外固定监测系统》解放军第三军医大学特等奖53.《MIF在心肌慢性缺氧适应中的作用及可能机制研究》解放军第三军医大学一等奖54.《走进“傻根”们的心世界--关于江苏省苏南、苏北新生代农村进城务工青年价值观研究》南京师范大学特等奖55.《RF MEMS滤波器的集成化设计与制造》北京大学一等奖56.《功能化有机一维微/纳米结构的制备及应用》北京大学一等奖57.《病源微生物稻瘟菌激发子几丁质酶与受体甘露糖凝集素互作研究》福建农业大学一等奖58.《不同化感潜力水稻响应稗草胁迫的机理分析》福建农业大学一等奖59.《广屁步甲的化学防御系统与防御行为》河北大学一等奖60.《基于巴彦县“参与式预算”模式的实证研究》河北大学一等奖61.《嵌入式多模态人机交互智能轮椅》南昌大学一等奖62.《大学生村官政策实施效用及管理对策反馈动态复杂性分析》南昌大学一等奖63.《基于支持向量回归方法的建模与优化》重庆大学一等奖64.《“壳-心”纳米纤维与多因子时空控释在组织修复中的研究》重庆大学一等奖65.《改进型高效率温差电空调》华东理工大学一等奖66.《基于循环经济理论的城市固体废弃物回收利用研究》华东理工大学一等奖67.《一维无序系统中相对论性粒子的非局域化及其在冷原子中的实现》华南师范大学一等奖68.《小型智能化红枣分级分选机》宁夏大学一等奖69.《多功能海上溢油事故处理船》上海交通大学一等奖70.《我国高新技术企业自主创新能力的调查与测度--以“武汉??中国光谷”高新技术企业为例》中国地质大学一等奖71.《AFCI电弧故障断路器》浙江大学一等奖72.《水射流抽气式清洗机器人》浙江大学一等奖73.《多孔纳米晶体ZnFe2O4的制备及其超顺磁性能》华中师范大学一等奖74.《新疆边境农牧团场扶贫效果调查报告》石河子大学一等奖75.《丘陵地区农村土地流转：现状、问题及对策研究--基于对四川省射洪县的调查》东北师范大学特等奖76.《c-Jun调控神经元凋亡的分子机制》中山大学特等奖77.《一种新型航空发动机包容环》东华大学一等奖78.《关节式柔性坐标测量机》合肥工业大学一等奖79.《面向自升式海洋钻井平台的行星传动齿轮-齿条爬升与锁紧系统》武汉理工大学一等奖80.《相控阵雷达模拟器研制》西北工业大学一等奖81.《用于射频识别系统的新型小型化分形微带天线》厦门大学一等奖82.《旧城新补丁——基于“补丁”概念的绍兴蕺山历史街区保护与更新研究》浙江工业大学一等奖83.《“期货+订单”促生猪生产走出困境》湖南师范大学一等奖84.《孔内动探与标贯仪的研制》长安大学一等奖85.《旅游工程项目选择与管理——泰安宝龙酒店项目实证研究》天津大学一等奖86.《一种新型烟气液相脱汞吸收剂的研发》华北电力大学（保定）一等奖87.《微纳米级原位压痕/刻划测试技术与系统》吉林大学一等奖88.《中国古代染整技艺的初步系统研究与重现》西南大学一等奖89.《广域电网故障行波定位系统》长沙理工大学特等奖90.《技术措施保护绩效的实证分析——兼议《著作权法》第二次修改中的技术措施保护问题》中南财经政法大学一等奖91.《大学生信用卡市场调查分析及产品创新设计--以武汉地区大学生信用卡市场为例》中南财经政法大学一等奖92.《中国农村幼儿教育危机与对策的探究》四川大学一等奖93.《小型低品位热源型热泵机组》安徽工业大学一等奖94.《500MSPS手持式示波表》电子科技大学一等奖95.《具有光、磁功能性质的配合物的合成、结构和性质》广州大学一等奖96.《新阶段三种扶贫模式在河南实践的调查研究--以信阳、驻马店、周口三市为例》河南科技大学一等奖97.《用于“动中通”的自主稳定跟踪系统》南京理工大学一等奖98.《生物磁分离分析用高磁响应超顺磁微球--基于PICA方法》西安交通大学一等奖99.《同源重组是甲型流感病毒进化的重要动力》山东师范大学特等奖100.《ISA100工业无线协议栈的研发及应用》重庆邮电大学一等奖101.《食品安全中食物过敏原的基础研究及相关试剂盒的研制》深圳大学一等奖102.《MRP14诱导THP-1细胞干扰素诱导蛋白10表达的信号机制研究》南方医科大学一等奖103.《数字候选基因法及其在挖掘猪新候选基因中的应用》华中农业大学一等奖104.《城市化进程中的失地农民安置模式探索--基于长沙市失地农民安置经验的思考》湖南商学院特等奖105.《农户借贷行为与二元金融联动影响关系的实证研究--基于中国东部、中部、西部千社万户的调查》上海财经大学一等奖106.《后置三角摆架式长冲程抽油机》长江大学一等奖107.《拉铆钉多参数实时在线视觉检测系统》西南科技大学一等奖108.《“推拉理论”视角下农村剩余劳动力“双向转移”的制约因素及突破思路--基于河南省许昌县的调查》中南民族大学一等奖109.《现代农业背景下农民生产技能培训需求意愿及制约因素分析--基于宁波511个种养农户的调查》浙江万里学院特等奖110.《新型采油化学助剂的合成与性能评价--乙烯基吡咯烷酮与丙烯酰胺共聚物的合成与评价》中国石油大学（华东）一等奖111.《白松根特异启动子PmPsPR10-800驱动TaNHX2基因提高水稻耐盐性研究》杭州师范大学一等奖《湖北省农村水体污染现状及治理对策研究》湖北大学一等奖第十届“挑战杯”特等奖、一等奖获奖名单华中科技大学多通道超声波无损检测系统特等奖南京航空航天大学超高速开关磁阻电机特等奖江苏大学通用型分体式耐高温微型压力传感器研制及产业化特等奖华南理工大学沟槽式微热管毛细芯高速旋压犁削复合成形技术特等奖上海交通大学便携式宽带综合业务数字卫星通信地球站特等奖中国地质大学（武汉）古、中生代之交重大地质转折期有孔虫的灭绝过程特等奖天津中医药大学现代针灸铜人--经穴学学习及针刺安全性训练系统特等奖复旦大学“绿色环保”的DNA提取试剂盒制备方法——无创伤便捷的痕量及稀有DNA样品的新型硅胶提取法特等奖江苏大学家蚕重大病毒BmNPV orf35 基因的缺失和拯救特等奖中山大学《中国南海赤魟尾刺中新型肿瘤抑制基因Ipl 的研究》特等奖解放军第三军医大学运用压电石英晶体传感器阵列快速定量尿液中4种微量蛋白的应用研究特等奖天津理工大学废旧锂离子电池再资源化工艺及装置研发特等奖复旦大学金属布线的桌面加工技术特等奖北京大学新型OLED蓝光材料的探索——新型稠环芳烃合成方法的开拓特等奖南开大学渤海产业投资基金与中国转型期金融创新特等奖西安交通大学毛乌素沙地南缘风沙滩区生态调查与研究特等奖东南大学基于六县市调研的我国农户融资现状比较与改革研究特等奖同济大学新农村人居环境建设“村民掌中宝”特等奖湖南师范大学湖南煤矿工人心理安全感的影响因素及提升策略特等奖华东师范大学让生命不再留守——自尊和心理控制源对留守儿童社会适应性影特等奖响的研究北京大学诉讼之外的选择——大学生权利救济的进路分析特等奖东北大学辽宁省高等教育顾客（学生）满意度指数模型研究及调查报告特等奖特等奖广州大学城市治安综合治理的路径选择——广州火车站地区治安综合治理的经验及其启示北京航空航天大学具有超机动竖直悬停性能的可自由起降飞行器一等奖北京航空航天大学胸鳍推进式水下机器人一等奖南京航空航天大学“御精灵”—垂直起降高速微型飞行器一等奖华中科技大学新型电动越障爬楼轮椅一等奖东北大学基于图形化编辑平台的炼钢-连铸动态智能调度系统一等奖哈尔滨工程大学多功能助行机器人一等奖合肥工业大学超声强化光催化-无机膜分离集成反应器一等奖南京航空航天大学微细电解线切割加工方法及系统一等奖北京工业大学组合定位数据采集系统一等奖长春理工大学便携式大口径多功能反射式天文望远镜一等奖华东理工大学易拉罐金属分离回收机一等奖中国计量学院全自动鸡胚疫苗注射机一等奖中国科学技术大学基于PXI总线的高精度时间间隔测量仪一等奖合肥工业大学大直径高准确度在线测量系统一等奖北京理工大学汽车正视显示系统一等奖河海大学综合多业务矿井安全监测终端一等奖南京航空航天大学宽带无线自组织网络一等奖一等奖西安理工大学基于视频监控技术与虚拟现实技术融合的城市智能交通信息处理系统东北大学中国象棋计算机博弈软件——“棋天大圣”一等奖南京邮电大学弦外之音”-新型音频信息隐形系统的研究及实现一等奖北京邮电大学基于USB 标准设备和无线传输技术的遥控无线视频转换终端一等奖中国矿业大学智能型联合救灾机器人一等奖东南大学矿井救援监测系统一等奖四川大学裸眼三维自由立体显示器一等奖北京师范大学利用Statefinder方法检验ModifiedPolytropic Cardassian宇宙一等奖中国科学技术大学土星千米波辐射源及磁层内磁力线弯曲一等奖中山大学小口径望远镜的小行星巡天技术一等奖一等奖哈尔滨医科大学HIV-1融合抑制多肽mNHRHPPs/mNHRnHPPs及基于mNHRHPPs的小分子融合抑制药物高通量筛选平台江南大学21 世纪超级食品粘合剂—谷氨酰胺转胺酶的工业化生产一等奖解放军第三军医大一种供者型造血嵌合体及其制备方法一等奖学东南大学多自由度力觉辅助远程康复训练机器人一等奖上海交通大学组织工程气管一等奖河北大学部分鞘翅目昆虫触角感器显微特征比较形态学与进化研究一等奖辽宁大学分子动力学方法对Cystatin蛋白的研究一等奖东北师范大学中国松嫩草原三种重要耐盐碱牧草--短芒野大麦、芦苇和羊草天然一等奖种群的遗传多样性和分子生态学研究扬州大学稳定携带H5亚型禽流感病毒DNA疫苗减毒沙门氏菌的构建及其一等奖免疫原性福建农林大学氮素胁迫下水稻化感抑草能力增强的机理分析一等奖山东师范大学新城疫病毒广西分离株Guangxi9是来自疫苗的天然重组株一等奖河南科技大学烟青虫人工饲料的研制及受精卵冷藏的研究一等奖吉首大学张家界植物游一等奖北京理工大学充气式外太空超大口径太阳能聚光集能系统一等奖天津大学高品质DSD酸及其钠盐的制备方法一等奖南开大学介孔二氧化硅纳米球和空心球的制备方法一等奖天津科技大学高效自流式家庭生活污水净化槽的开发一等奖上海师范大学稀土纳米多波段转光粉及转光农膜一等奖南京工业大学高纯度二氧化氯制备先进技术一等奖华侨大学利用菲涅尔透镜进行太阳能聚光发电系统装置的研发一等奖湖南大学陶瓷新法制浆系统的设计与应用一等奖天津大学原位合成碳纳米管增强铝基复合材料的制备与性能研究一等奖天津工业大学多氧钼酸盐催化过氧化氢氧化苯甲醇制备苯甲醛一等奖东北师范大学从一种新的思路合成首例由纯无机物构筑的三维手性多酸化合物一等奖湖南大学碳纳米管泡沫体及其复合材料一等奖湖南农业大学微生物与蜈蚣草互作对砷污染土壤修复作用的研究一等奖清华大学首都大学生对于“八荣八耻”价值观认知和评价的调查报告一等奖中国人民大学我国应该推迟退休年龄吗？——最优退休年龄的福利分析一等奖南昌大学农业产业化组织载体的缺失与构建——江西省信丰县果业协会调一等奖研报告湖南商学院常宁水口山矿产资源枯竭后产业转型战略研究一等奖西南财经大学在“公交优先”原则下构建我国城市公交评价体系一等奖一等奖华中师范大学中国农户收入增长与就业决策：一个新的动态解释——基于湖北农户调查的实证研究北京科技大学京杭大运河现状、保护及申遗政策调查报告一等奖南开大学农民工返乡创业与新农村建设：阜阳模式研究一等奖山西大学新农村建设中的宗教现象透视一等奖一等奖东南大学立足地区实际，协调城乡发展，统筹区域平衡——基于江苏省昆山、海门、铜山三地社会主义新农村建设的调查研究一等奖厦门大学低价中标与廉政建设——《厦门市建设工程经评审最低投标价中标》政策腐败治理效果评估山东大学城市农民工就业歧视探究——一个过程的视角一等奖河南工业大学谁来领跑新农村？——新农村视角下大学生村官及政策考量一等奖武汉大学多元文化背景下的滇藏边境聚落可持续发展调查研究一等奖桂林工学院中国民间组织的生存发展状况研究——以C市“反扒同盟”为例一等奖一等奖西南民族大学城市化进程下“黑车”现状调查分析——关于四川省双流县寺圣社区“黑车”市场的调查报告中南大学一项坚持以人为本、落实科学发展观的民心工程——新型农村合一等奖作医疗制度在偏远地区实施情况的调查一等奖云南大学村民自治视野下边远地区农村白族妇女的政治参与研究——以云南省大理白族自治州云龙县诺邓村为例南京师范大学外来务工人员子女受教育权保障研究—来自苏南地区的调研报告一等奖河北工程大学“感恩父母点亮亲情”——关于大学生感恩亲情缺失的调查报告一等奖一等奖四川大学我国大学毕业生创业失败的原因调查与对策研究——基于四川大学最近十年的实例分析一等奖华东师范大学走向成长，走向和谐——我国东中西部普通高中学生成长需要研究华东理工大学和谐共治理念下地方行业协会的职能扩展——对上海203家行业一等奖协会的实证研究一等奖苏州大学为流动人口孕产妇撑起生命保护伞――苏州市流动人口分娩定点限价政策调查报告河南中医学院中药安全性现状调查与对策研究一等奖一等奖中南大学“长株潭”地区农村五保户养老现状的调查与研究报告-----公共服务和政府责任的视角第九届“挑战杯”特等奖、一等奖获奖名单学校作品名称第一作者获奖等级北京大学专业市场主导下的地方产业集群研究刘增特等奖北京大学当代大学生价值观新动向沈旭一等奖北京大学对微波和光诱导的Staudinger反应的立体化学过程研究梁勇一等奖北京大学字幕自动加配解决方案及其系统实现黄松芳一等奖清华大学FlyFire电子系统设计平台王晓峰一等奖中国人民大学自费攻读硕士研究生的成本收益分析赵瑜特等奖中国人民大学言与心的解读段希一等奖北京航空航天大学高临场感大屏幕立体视觉成像系统刁为民一等奖北京航空航天大学折叠投放微小型无人驾驶验证机冷佳桢一等奖北京航空航天大学全变掠翼布局验证机俞彬彬二等奖北京理工大学低可探测性单兵无人侦察机杨铭一等奖北京理工大学新体制干涉成像光谱仪崔德琪一等奖中国政法大学法律离中国的农民有多远？王国骞特等奖首都师范大学利用基因重组大肠杆菌技术制取燃料乙醇李学凤一等奖天津大学用于钢液终脱氧与合金化的微碳铝铁合金及其制备方法代腾飞一等奖天津大学DSD酸生产废水的处理及资源化工艺李国柱一等奖南开大学智能化仿生催化材料赵燕楠一等奖南开大学基于自旋系统的量子信息传输石弢一等奖河北大学纳米中孔整体分离介质的制备、表征及其应用李煦一等奖华北电力大学国家助学贷款及偿还机制的问题与对策研究王玉璋二等奖华北电力大学介观电路量子效应的研究邹国平三等奖华北电力大学基于NIC的无功补偿装置曹玲玲三等奖华北电力大学基于DSP的发电机转子匝间短路故障的气隙线圈探测法朱曙光三等奖山西大学谁动了民主的奶酪魏娟玲特等奖山西大学一种检测尿液中无机磷的方法及其试剂盒阴彩霞一等奖内蒙古大学蒙古族聚居地区的纠纷解决机制研究萨其荣桂一等奖内蒙古大学内蒙古白云塔拉民族文化定位及景观规划基于城市草原文化，生态经济和谐发展的研究邬改利一等奖大连理工大学关于意见传播的社会物理学模型孙琪一等奖大连理工大学棱镜分光红外比色测温系统郭文楠特等奖东北大学基于映射式决策系统的新型足球机器人姜长安一等奖沈阳大学复合光合细菌大棚简易富集培养技术及其应用廉大海一等奖吉林大学FolinB近红外分光光度法测定维生素Ｃ张大海一等奖东北师范大学单一铁源合成普鲁士蓝纳米立方体吴兴隆特等奖北华大学吊臂式高压输电线检测机器人焦宏章一等奖复旦大学对禁毒教育与宣传及吸毒者感觉寻求状况的研究马燚娜特等奖复旦大学腐败的经济学分析钟宁桦一等奖复旦大学世界上最小的电源—纳米电池赵强一等奖复旦大学资源植物马齿苋延缓衰老作用及其机制研究凌晨一等奖复旦大学面向移动平台的全光视频压缩、传输与绘制技术毛燕东一等奖上海交通大学基于A 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生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用

浙江理工大学学报,第51卷,第2期,2024年3月J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t yD O I :10.3969/j.i s s n .1673-3851(n ).2024.02.013收稿日期:2023 09 22 网络出版日期:2023-12-13基金项目:浙江省自然科学基金项目(L Y 21E 080029)作者简介:俞金灵(1999 ),女,浙江诸暨人,硕士研究生,主要从事固体废弃物碳排放方面研究㊂通信作者:徐辉,E -m a i l :x u h u i @z s t u .e d u .c n生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用俞金灵1,彭明清1,徐辉1,刘文莉2(1.浙江理工大学建筑工程学院,杭州310018;2.台州学院建筑工程学院,浙江台州318000) 摘要:采用碳排放因子法建立了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,核算了单位质量填埋垃圾在保持原状㊁开采-材料再回收和开采-能源回收三种场景的碳排放量,分析了开采再利用场景下碳减排主要驱动因素与碳减排量的影响规律,探究了填埋场开采再利用相对于保持原状的碳减排潜力㊂结果表明:开采-材料再回收场景的碳排放量少于开采-能源回收场景;开采-材料再回收场景的碳减排量随塑料回收率的提高而增大,开采-能源回收场景的碳减排量随垃圾衍生燃料热处理量的增加而增大;简易填埋场在开采-材料再回收场景的碳减排潜力最大,达-495k g C O 2e q /t ㊂该研究可为我国垃圾填埋场开采再利用的碳减排潜力评估提供一定的参考依据㊂关键词:城市生活垃圾;单位质量填埋垃圾;填埋场开采再利用;材料和能源回收;碳排放模型;碳减排量中图分类号:X 705文献标志码:A 文章编号:1673-3851(2024)03-0245-10引文格式:俞金灵,彭明清,徐辉,等.生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用[J ].浙江理工大学学报(自然科学),2024,51(2):245-254.R e f e r e n c e F o r m a t :Y U J i n l i n g ,P E N G M i n g q i n g,X U H u i ,e t a l .A c a r b o n e m i s s i o n m o d e l f o r d o m e s t i c w a s t e l a n d f i l l m i n i n g a n d r e u s e a n d i t s a p p l i c a t i o n s [J ].J o u r n a l o f Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y,2024,51(2):245-254.A c a r b o n e m i s s i o n m o d e l f o r d o m e s t i c w a s t e l a n d f i l lm i n i n g a n d r e u s e a n d i t s a p pl i c a t i o n s Y U J i n l i n g 1,P E N G M i n g q i n g 1,X U H u i 1,L I U W e n l i 2(1.S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ,Z h e j i a n g S c i -T e c h U n i v e r s i t y ,H a n gz h o u 310018,C h i n a ;2.S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d A r c h i t e c t u r e ,T a i z h o u U n i v e r s i t y,T a i z h o u 318000,C h i n a) A b s t r a c t :A c a r b o n e m i s s i o n m o d e l f o r t h e f u l l l i f e c y c l e o f d o m e s t i c w a s t e l a n d f i l l s w a s c o n s t r u c t e d b yu s i n gt h e c a r b o n e m i s s i o n f a c t o r m e t h o d .T h e c a r b o n e m i s s i o n s o f u n i t m a s s w a s t e w e r e c a l c u l a t e d u n d e r t h r e e s c e n a r i o s :'k e e p d o -n o t h i n g 's c e n a r i o ,'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o a n d 'w a s t e t o e n e r g y's c e n a r i o .T h i s m o d e l e x p l o r e d t h e p r i m a r y f a c t o r s d r i v i n g ca rb o n e m i s s i o n r e d uc t i o n a nd t he i nf l u e n c e o f c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n i n m i n i ng a n d r e u s e s c e n a r i o s ,a n d i n v e s t i ga t e d t h e p o t e n t i a l f o r c a rb o n e m i s s i o n r e d uc t i o n t h r o u g h l a nd f i l l m i n i n g a n d re u s e a s c o m p a r e d t o t h e p r e s e r v a t i o n of t h e l a n d f i l l i n 'k e e p do -n o t h i n g's c e n a r i o .T h e a b o v e r e s u l t s s h o w t h a t t h e c a r b o n e m i s s i o n o f t h e 'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o i s l e s s t h a n t h e 'w a s t e t o e n e r g y's c e n a r i o ;t h e c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n i n t h e 'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o i n c r e a s e s w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e p l a s t i c r e c o v e r yr a t e ,a n d t h e c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n i n t h e 'w a s t e t o e n e r g y's c e n a r i o i n c r e a s e s w i t h t h e i n c r e a s e o f t h e h e a t t r e a t m e n t a m o u n t o f r e f u s e d e r i v e d f u e l ;t h e c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n p o t e n t i a l i n t h e 'w a s t e t o m a t e r i a l 's c e n a r i o o f t h e s i m p l e l a n d f i l l i s t h e b e s t ,u p to -495k g C O 2e q /t .T h e s e c o n c l u s i o n s c a n p r o v i d e c e r t a i n r ef e r e n c e f o r t h e a s s e s s m e n t o f c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n p o t e n t i a l o f l a n d f i l l m i n i ng an d r e u s e i n C h i n a .K e y w o r d s:m u n i c i p a l s o l i d w a s t e;p e r u n i t m a s s o f l a n d f i l l w a s t e;l a n d f i l l m i n i n g a n d r e u s e;m a t e r i a l a n d e n e r g y r e c o v e r y;c a r b o n e m i s s i o n m o d e l;c a r b o n e m i s s i o n r e d u c t i o n0引言我国城市生活垃圾(M u n i c i p a l s o l i d w a s t e, M S W)的处置方式以填埋为主[1]㊂截至2020年,在役生活垃圾填埋场数量约6900座,填埋垃圾存量超80亿t[2]㊂城市生活垃圾填埋产生的温室气体是垃圾处理领域碳排放的主要来源[3-4]㊂垃圾填埋场开采再利用是指从填埋场挖掘矿化垃圾并进行资源回收和生态修复[5],具有降碳减排的潜力㊂碳排放模型是用于评估填埋场开采再利用相对于持续填埋情况下的碳减排潜力的重要方式,可定量计算碳排放量并优选填埋场开采再利用路径[6]㊂因此,构建垃圾填埋场开采再利用碳排放模型并以此进行碳减排核算具有重要的科学意义和工程价值㊂垃圾填埋场开采再利用作为一种将填埋资源重新引入材料循环并减少环境负担的技术措施,以往研究主要集中于填埋垃圾的资源化利用技术[7-8]㊂随着人们对温室效应和气候变化的日益关注,研究者们逐渐关注垃圾填埋场开采再利用产生的碳减排潜力㊂C a p p u c c i等[9]构建了填埋场矿化塑料回收再利用的碳排放模型,对塑料再利用全生命周期的碳排放进行了核算,发现原材料生产塑料的碳排放量是矿化塑料回收再利用的4.5倍㊂H u a n g等[10]基于生命周期评价(L i f e c y c l e a s s e s s m e n t,L C A),构建了填埋垃圾可燃材料制备垃圾衍生燃料(R e f u s e d e r i v e d f u e l,R D F)的碳排放模型,发现填埋垃圾仅采用能源回收是增加碳排放的过程㊂以上研究均局限于单一材料回收利用的碳排放量核算,如塑料再生利用㊁可燃材料热处理等,未对填埋场内全部矿化垃圾的回收处置展开碳排放研究㊂J o n e s 等[11]首次提出了强化填埋垃圾开采路径的理念,强调通过优化材料和能源的回收路径来实现填埋场开采再利用项目的最大碳减排㊂S a n k a r等[12]采用L C A构建了填埋场材料和能源回收再利用的碳排放模型,核算发现,在生活填埋垃圾场中的1t垃圾,通过金属回收和可燃材料焚烧发电,可实现0.6 t C O2e q的碳减排㊂D a n t h u r e b a n d a r a等[13]构建了适用于比利时丹顿垃圾填埋场开采再利用项目的碳排放模型,核算了建筑材料二次利用和可燃材料热处理的碳减排量,研究表明填埋场开采再利用存在碳减排潜力㊂以上研究者通过建立垃圾填埋场开采再利用的碳排放模型,核算了垃圾填埋场可回收材料和可燃材料综合利用的碳减排潜力㊂但目前在相关研究中,选择的材料和能源综合利用的方式仍较为单一,塑料和纸张一般归为可燃材料用于能源回收,缺乏对材料与能源多路径利用技术下的碳排放研究㊂本文采用碳排放因子法构建了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,通过该模型核算填埋场单位填埋垃圾在保持原状场景('K e e p d o-n o t h i n g's c e n a r i o,K D N S)㊁开采-材料再回收(W a s t e t o m a t e r i a l,W t M)场景和开采-能源回收(W a s t e t o e n e r g y,W t E)场景的碳排放量,以分析生活垃圾填埋场开采再利用场景(L a n d f i l l m i n i n g a n d r e u s e s c e n a r i o,L M R S)主要碳减排影响因素与其碳减排量的影响关系,得到填埋场相对于K D N S场景,采用W t M场景和W t E场景的碳减排量㊂本文建立的碳排放模型可用于核算生活垃圾填埋场低碳化利用技术路径的碳排放量,研究结论可为我国生活垃圾填埋场开采再利用的碳减排路径优选和碳减排潜力评估提供初步参考依据㊂1全生命周期碳排放模型1.1垃圾填埋场场景设立与技术流程概述垃圾填埋场场景设立与技术流程如图1所示㊂根据本文的研究目标和技术实用性,设立了垃圾填埋场K D N S场景和L M R S场景,K D N S场景和L M R S场景皆以填埋垃圾稳定化完成为开始节点㊂1.1.1 K D N S场景生活垃圾填埋场K D N S场景中,填埋垃圾中的有机质通过厌氧食物链的协同作用持续产生C H4㊁C O2等填埋气和渗滤液,填埋气回收发电或排放至大自然,渗滤液采用无害化处理后排放㊂K D N S场景用于评估生活垃圾填埋场L M R S场景的碳减排潜力㊂1.1.2L M R S场景生活垃圾填埋场L M R S场景主要包括渗滤液处理㊁垃圾挖掘粗筛和细筛回收㊁材料加工处理㊁R D F生产与热处理㊁危废物质处置㊁土地回填等过程㊂填埋场垃圾组分主要取决于填埋场类型㊁储存时间㊁降解程度和地理来源[14],按利用途径分为3大类:建筑组分㊁可燃组分和细粒组分[15]㊂卫生填642浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷图1 垃圾填埋场场景设立与技术流程图埋场(S a n i t a r y l a n d f i l l ,S a L )和简易填埋场(S i m pl e l a n d f i l l ,S i L )矿化垃圾组分占比见表1㊂根据纸张和塑料的最终处置方式,L M R S 场景细分为W t M场景和W t E 场景㊂W t M 场景以材料再回收为主,塑料和纸张加工处理为再生塑料和再生纸张,联合国政府间气候变化专门委员会(I n t e r go v e r n m e n t a l P a n e l o n C l i m a t e C h a n ge ,I P C C )的第四次评估报告[16](A R 4)指出塑料和纸张的回收利用率缺省值为80%~90%㊂W t E 场景以能源回收为主,塑料和纸张用于生产R D F ㊂表1 生活垃圾填埋场矿化垃圾组分占比组分S a L 组分占比/%S i L 组分占比/%易腐垃圾52.5148.03灰土砖石20.6427.01金属1.111.09玻璃2.802.87纸类2.232.23织物2.872.35塑料9.248.01竹木3.024.60混合垃圾4.613.09有害物质0.300.071.2 碳排放模型构建生命周期碳排放核算(L i f e c yc l e c a r b o n a c c o u n t i n g,L C C A )是量化碳排放变化趋势㊁研究碳排放影响因素和设计减排路径的基础㊂全生命周期碳排放模型包括碳排放核算范围和核算方法㊂通过相关文献调研确定K D N S 场景和L M R S 场景各阶段碳排放源范围,并绘制碳排放系统边界图㊂本文构建的碳排放模型采用‘2006年I P C C 国家温室气体清单指南“[17]推荐的碳排放因子法来计算K D N S 场景和L M R S 场景全生命周期各阶段的碳排放量㊂1.2.1 K D N S 场景碳排放模型构建垃圾填埋场K D N S 场景的碳排放系统边界如图2所示㊂S a L 配备较完善的顶部覆盖系统和填埋气收集利用系统[18],一部分填埋气收集发电,减少传统燃料的使用,另一部分泄漏至大气中㊂S i L 一般情况下不配备填埋气收集系统,导致填埋气直接向大气排放㊂此外,S a L 相较S i L 具备更完善的渗滤液处理设备,能最大限度地减少渗滤液的排放㊂由于生活垃圾填埋场达到稳定化后方可开挖,因此K D N S 场景计算填埋垃圾达到稳定化后保持填埋产生的碳排放量㊂即K D N S 场景的总碳排放量等于填埋气排空㊁渗滤液处理和填埋气发电3个阶段的碳排放之和㊂a )填埋气排空碳排放㊂填埋气中的C H 4是生活垃圾填埋场最主要的碳排放来源㊂I P C C 在2019R e fi n e m e n t t o t h e 2006I P C C G u i d e l i n e s f o r N a t i o n a l G r e e n h o u s e G a s I n v e n t o r i e s [19]推荐使用一级衰减动力学模型(F i r s t -o r d e r k i n e t i c ,F O D )估742第2期俞金灵等:生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用图2 垃圾填埋场K D N S 场景的碳排放系统边界算垃圾填埋场C H 4排放量㊂因此本文结合F O D 模型和甲烷全球变暖潜势建立生活垃圾填埋场填埋气排空的碳排放量计算公式,参数取值来源于中国环境规划研究院㊁C a i 等[2]㊂填埋气排空碳排放量可用式(1)计算:C C H 4=ð4i =1H ˑf i ˑD i ˑD f ˑe-(t -1)ˑk iˑF ˑ1612ˑ(1-R )ˑ(1-O )ˑEF g (1)其中:C C H 4为填埋垃圾填埋气排空碳排放量,t C O 2e q ;t 为垃圾填埋时间,年;H 为C H 4的修正因子;f i 为不同垃圾成分比例,%;i 为不同种类垃圾,i =1表示厨余垃圾,i =2表示纸张,i =3表示织物,i =4表示竹木;D i 为i 类垃圾可降解有机碳比例,%;D f 为分解的D i 比例,%;k i 为C H 4产生速率常数;F 为填埋气体中C H 4比例,50%;R 为C H 4收集率,%;O 为C H 4氧化系数;E F g 为甲烷全球变暖潜势值,28t C O 2e q /t ㊂b)渗滤液处理碳排放㊂渗滤液的排放和处理过程会产生温室气体㊂渗滤液处理碳排放计算公式为C l =T l ˑE F f ,其中:C l 为渗滤液处理排放的碳排放量,t C O 2e q ;T l 为垃圾渗滤液产量,t ;E Ff 为渗滤液处理的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂c)填埋气发电碳排放㊂填埋气发电可替代传统燃料的使用,从而间接产生碳减排㊂通过能源热值转换公式得到单位质量填埋气的发电量,再使用碳排放因子法计算得到填埋气发电基于传统能源发电的碳减排量㊂填埋气发电的碳排放量可用式(2)计算:C r =T C H 4ˑR ˑJ C H 4ˑK ˑ1000ρ㊃a ˑ(E F e 1-E F e 2)(2)其中:C r 为填埋垃圾收集的甲烷发电的碳减排量,t C O 2e q ;T C H 4为填埋垃圾甲烷产量,t ;J C H 4为甲烷热值,M J /m 3;K 为甲烷发电效率,%;ρ为甲烷密度,0.72k g/m 3;a 为能源转换系数,3.6M J /MW h ;E F e 1为甲烷发电的碳排放因子,t C O 2e q /MW h ;E F e 2为燃煤发电的碳排放因子,t C O 2e q /MW h ㊂1.2.2 L M R S 场景碳排放模型构建垃圾填埋场L M R S 场景的碳排放系统边界如图3所示㊂垃圾填埋场通过挖掘筛分将填埋垃圾回收处理成再生产品与R D F ,再生产品生产可减少原材料的开采㊂R D F 热处理可替代传统燃料的使用,本文根据我国热处理厂建设现状和实际需求,将R D F 产品以3ʒ2ʒ5的质量比投放至气化发电厂㊁垃圾焚烧厂和水泥厂㊂L M R S 场景的总碳排放量等于设备运行㊁物料运输㊁材料再利用㊁能源回收和土壤堆肥5个阶段的碳排放之和㊂a )设备运行碳排放㊂设备运行过程中消耗柴油和电力,产生碳排放㊂设备运行主要包括填埋场渗滤液处理㊁挖掘粗筛㊁细筛回收㊁危废物质处置㊁土地回填㊁R D F 生产过程㊂设备运行的碳排放量可用式(3)计算:C m =T m ˑ(y ˑE F e 3+h ˑE F d )(3)其中:C m 为设备处理物料产生的碳排放量,t C O 2e q ;T m 为物料处理量,t ;y 为设备处理物料的耗电量,MW h ;E F e 3为中国国家电网电能碳排放因子,t C O 2e q /MW h ;h 为设备处理单位质量物料的柴油耗量,t ;E F d 为柴油使用的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂b )物料运输碳排放㊂物料运送过程中柴油消耗产生C O 2排放㊂由于物料运输为单程运输,故在运输过程中,需考虑运输车辆空载对碳排放的影响,空载时的环境负荷是满载时的0.67倍[21]㊂本文忽略由材料状态(如土体松散状态)变化引起的物料质量改变㊂物料运输的碳排放量可用式(4)计算:C h =T h ˑL h ˑE F h1000ˑk(4)其中:C h 为物料运输导致的碳排放量,t C O 2e q ;T h 为物料运输质量,t ;L h 为物料运输距离,k m ;E F h为柴油货运每千米每吨物料的碳排放因子,k g C O 2e q /(t ㊃k m );k 为空载返回系数,1.67㊂842浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷图3 垃圾填埋场L M R S 场景的碳排放系统边界c)材料再利用碳排放㊂矿化垃圾经筛分处理后可生产再生产品,减少原材料的开采,从而减少碳排放㊂材料再利用的碳排放量可用式(5)计算:C r =T r ˑ(E F m -E F n )(5)其中:C r 为二次材料利用产生的碳排放量,t C O 2e q ;T r 为二次材料质量,t ;E F m 为二次材料再利用的碳排放因子,t C O 2e q /t ;E F n 为原材料初次开采的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂d )能源回收碳排放㊂填埋垃圾中的高热值可燃物为R D F 原料,R D F 热处理产生的能源可减少传统燃料的使用,从而减少碳排放㊂R D F 气化和焚烧发电路径的碳排放量计算公式为C s 1=-T s ˑE F e 2+T r ˑE F r ,其中:C s 1为R D F 发电产生的碳排放量,t C O 2e q ;T s 为R D F 投入质量,t ;T r 为底物处理量,t ;E F r 为底物处理的碳排放因子,t C O 2e q /t ㊂R D F 在水泥窑路径的碳排放量计算公式为C s 2=-T s ˑE F e 2ˑJ R D F /J c ,其中C s 2为R D F 产热产生的碳排放量,t C O 2e q ;J R D F为R D F 热值,20M J /m 3;J c 为煤炭热值,25M J /m3㊂e)土壤堆肥碳排放㊂研究表明土壤类材料堆肥时通过微生物作用,可将有机废弃物转化为稳定的腐殖质,同时固定有机碳[13]㊂土壤堆肥的碳排放量计算公式为C n =-T n ˑE F p ,其中:C n 为土壤堆肥产生的碳排放量,t C O 2e q ;T n 为土壤堆肥的质量,t ;E F p 为单位质量土壤堆肥的固碳因子,t C O 2e q /t ㊂2 垃圾填埋场场景的碳排放核算及其碳减排分析2.1 垃圾填埋场碳排放核算过程根据相关文献和统计资料绘制碳排放因子表,如表2所示㊂将碳排放因子和其他参数值代入生活垃圾填埋场K D N S 场景和L M R S 场景生命周期碳排放模型,对单位质量填埋垃圾在K D N S 场景㊁W t M 场景和W t E 场景各个阶段以及整个生命周期的碳排放进行计算,并根据计算结果分析W t M 场景和W t E 场景的主要碳排放和碳减排路径,探究其主要碳减排驱动因素与碳减排量的影响规律,最终确定单位质量填埋垃圾基于K D N S 场景时,其在W t M 场景和W t E 场景的碳减排量㊂2.2 垃圾填埋场碳排放量分析本节讨论了我国单位质量填埋垃圾在K D N S 场景㊁W t M 场景和W t E 场景的总碳排放量㊁主要碳排放和碳减排路径㊂总碳排放量是正值表示该场景为碳排放过程,总碳排放量是负值表示该场景为碳减排过程㊂单位质量M S W 在K D N S 场景的碳排放量如图4(a )所示㊂S i L 和S a L 单位质量填埋垃圾在K D N S 场景的总碳排放量分别为185k g C O 2e q /t 和105k g C O 2e q /t ,表明生活垃圾填埋场在K D N S 场景会增加碳排放㊂单位质量M S W 在W t M 场景942第2期俞金灵等:生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用表2 碳排放因子汇总表因子符号符号含义因子单位因子值E F f 单位质量渗滤液处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.11[22]E F e 1甲烷发电1MW h 的碳排放因子t C O 2e q /MW h 0.39[23]E F e 2燃煤发电1MW h 的碳排放因子t C O 2e q /MW h 0.92[23]E F e 3国家电网发电1MW h 的碳排放因子均值t C O 2e q /MW h 0.58[24-25]E F d 单位质量柴油使用的碳排放因子t C O 2e q /t 3.15[26]E F h 单位质量物料通过重型货车货运1k m 的碳排放因子k g C O 2e q /(t ㊃k m )0.05[27]E F m 1单位质量玻璃二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.35[28]E F m 2单位质量金属二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.72~1.53[29-30]E F m 3单位质量塑料二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.56[10]E F m 4单位质量砂石二次回收处理的碳排放因子k g C O 2e q /t 2.50[10]E F m 5单位质量纸张二次回收处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.66[13]E F n 1单位质量玻璃原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 0.66[28]E F n 2单位质量金属原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 2.81~15.80[29-30]E F n 3单位质量塑料原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 3.24[31]E F n 4单位质量砂石原材料开采生产的碳排放因子k g C O 2e q /t 7.76[10]E F n 5单位质量纸张原材料开采生产的碳排放因子t C O 2e q /t 1.82[32]E F r 1单位质量热处理残渣生产水泥的碳排放因子t C O 2e q /t -0.75[33]E F r 2单位质量底灰无害化处理的碳排放因子t C O 2e q /t 0.04[34]E F p单位质量腐殖土堆肥的固碳量t C O 2e q /t -0.05[13]图4 单位质量M S W 在不同场景的碳排放量和W t E 场景的碳排放量如图4(b )所示㊂S i L 和S a L 单位质量填埋垃圾在W t M 场景的总碳排放量分别为-310k g C O 2e q /t 和-354k g C O 2e q /t ,其在W t E 场景的总碳排放量分别为-194k g C O 2e q /t 和-220k g C O 2e q /t ,表明垃圾填埋场在W t M 场景和W t E 场景均可实现碳减排,其中W t M 场景的碳减排潜力是W t E 场景的1.6倍㊂单位质量M S W 在填埋场L M R S 场景的碳排放路径的碳排放量如表3所示㊂从表3可以发现:L M R S 场景的碳排放路径的碳排放量与W t M 场景或W t E 场景的选择影响关系较小,其碳排放量主要取决于填埋场类型㊂S i L 单位质量垃圾在L M R S 场景的碳排放总量高于S a L ,前者是后者的1.2倍;S i L 的主要碳排放为大宗设备的运输,S a L 的主要碳排放为垃圾细筛回收过程㊂单位质量M S W 在填埋场L M R S 场景的碳减排路径的碳减排量如表4所示㊂从表4可以发现:L M R S 场景的碳减排路径的碳减排量与填埋场类型影响关系较小,其碳减排量主要取决于W t M 场景或W t E 场景的选择㊂W t M 场景主要的碳减排方式为塑料再生利用,其碳减排量在碳减排总量中的占比为50%;W t E 场景主要的碳减排方式为R D F 在水泥窑与煤混燃,其碳减排量在碳减排总量中的占比为46%㊂52浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷表3单位质量M S W在填埋场L M R S场景的碳排放路径的碳排放量k g C O2e q/t场景填埋场设备运行物料运输挖掘粗筛细筛回收土地回填渗滤液处理R D F生产粗筛ң细筛危废ң处理材料ң加工可燃材料ң热处理设备ң场地W t M W t E S i L4.054.570.265.570.700.540.011.330.6021.01 S a L4.054.600.252.230.590270.021.180.513.15 S i L4.054.570.265.571.730.540.010.951.4921.01 S a L4.054.600.252.231.740270.020.761.503.15表4单位质量M S W在填埋场L M R S场景的碳减排路径的碳减排量k g C O2e q/t场景填埋场材料再利用能源回收再生金属再生塑料再生玻璃再生砂石再生纸张气化发电焚烧发电水泥窑助燃土壤堆肥W t M W t E S i L-79.09-171.77-7.12-1.14-19.27-5.35-2.83-43.32-18.91 S a L-80.64-198.16-7.12-0.87-19.24-4.54-2.40-36.77-20.68 S i L-79.090.00-7.12-1.140.00-13.23-7.00-107.23-18.91 S a L-80.640.00-7.12-0.870.00-13.27-7.00-108.34-20.682.3L M R S场景碳减排影响因素分析从垃圾填埋场碳排放量的分析可知,W t M场景和W t E场景的最大碳减排影响因素分别为塑料再生和R D F热处理,因此本文对塑料利用率㊁R D F热值㊁R D F利用率等影响因素进行分析㊂S i L和S a L 中再生塑料㊁R D F热处理的碳减排量占总碳排放量的比例相近,故本文以S a L作为研究对象,其碳排放量随碳减排影响因素的变化规律同样适用于S i L㊂单位质量M S W采用W t M场景时碳排放量随塑料回收率的变化关系如图5所示,其中R1表示再生塑料碳减排量占W t M场景总碳排放量的比例㊂在S a L中,当塑料利用率从80%提高至90%, W t M场景的再生塑料碳减排量在总碳排放量中的占比将从55%变化至71%;当塑料利用率从80%降低至70%,再生塑料碳减排量在总碳排放量中的占比将从55%变化至34%㊂这表明生活垃圾填埋场在W t M场景时,其碳减排量随塑料利用率增大而增大㊂单位质量M S W采用W t E场景时碳排放量随R D F热值的变化关系如图6(a)所示㊂R2表示R D F水泥窑热处理产生的碳减排量占W t E场景总排放量的比例㊂当R D F热值从20M J提高至25M J,R D F水泥窑热处理的碳减排量在W t E场景总碳排放量中的占比从50%变化至78%;当R D F热值从20M J降低至15M J,R D F水泥窑热处理的碳减排量在总碳排放量中的占比从50%变化至18%㊂结果表明提高R D F的热值增大了R D F在水泥窑产热的碳减排量㊂单位质量M S W 采用W t E场景时碳排放量随R D F利用率的变化图5单位质量M S W采用W t M场景碳排放量随塑料回收率的变化关系曲线关系如图6(b)所示㊂R3表示再生能源回收的碳减排量占W t E场景总碳排放量的比例㊂当R D F 利用率从80%提高至90%,R D F热处理产生的碳减排量在W t E场景总碳排放量中的占比从55%变化至71%;当R D F利用率从80%降低至70%,R D F热处理产生的碳减排量在总碳排放量中的占比从55%变化至38%㊂这表明R D F热处理技术产生的碳减排量随R D F利用率的增加而增大㊂2.4L M R S场景的碳减排量分析本文采用W t M场景和W t E场景的碳减排量,核算了我国生活垃圾填埋场相对于K D N S场景㊂单位质量M S W采用W t M场景或W t E场景的碳减排量如图7所示,图中计算公式用于核算W t M场景和W t E场景的碳减排量,其中:C为垃圾填埋场在W t M场景或W t E场景的碳减排量,P为填埋垃152第2期俞金灵等:生活垃圾填埋场开采再利用碳排放模型及其应用图6 单位质量M S W 采用W t E 场景碳排放量随R D F 的变化关系曲线图7 单位质量M S W 采用W t M 场景或W t E 场景的碳减排量圾采用K D N S 场景的量在填埋垃圾总量的比例,1-P 为填埋垃圾采用W t M 场景或W t E 场景的量在填埋垃圾总量的比例,C E 为填埋垃圾在W t M 场景或W t E 场景的总碳排放量,C K 为填埋垃圾K D N S 场景的总碳排放量㊂由图7可知,当填埋场单位质量垃圾全部采用W t M 场景时,其碳减排量达到最大,为-459~-495k g C O 2e q /t ㊂垃圾填埋场碳中和表现为其在W t M 场景或W t E 场景的碳减排恰好抵消其在K D N S 场景的碳排放,即填埋垃圾采用W t M 场景的量占填埋垃圾总量中的比例为19%~27%,或其采用W t E 场景的量占填埋垃圾总量中的比例为24%~33%,此时垃圾填埋场处于碳中和状态㊂3 结论本文采用碳排放因子法构建了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,通过该模型核算和对比了单位质量生活填埋垃圾在K D N S 场景㊁W t M 场景和W t E 场景的碳排放量,分析了W t M 场景和W t E 场景碳排放的主要驱动因素与碳排放量的变化规律,评估了单位质量生活填埋垃圾在W t M 场景和W t E 场景的碳减排潜力㊂所得主要结论如下:a )生活垃圾填埋场单位质量垃圾采用W t M 场景的碳排放量低于W t E 场景,前者的碳减排潜力是后者的1.6倍㊂b )提高塑料回收率将显著提升W t M 场景的碳减排总量,提高R D F 热处理量(R D F 热值和利用率)有助于增加W t E 场景的碳减排总量,其中R D F 热值变化对W t E 场景的碳减排影响大于R D F 利用率变化对其碳减排影响㊂c )在填埋场K D N S 场景基准下,W t M 场景或W t E 场景将直接影响生活垃圾填埋场L M R S 场景的总碳减排量,另外垃圾填埋场类型也会影响总碳减排量㊂仅从碳减排潜力考虑,S i L 单位质量垃圾在W t M 场景的碳减排潜力最佳㊂d)减少垃圾填埋场生命周期碳排放的有效措施包括:加快垃圾稳定化,提前开展垃圾填埋场的开采;提高垃圾填埋场甲烷收集利用率,减少填埋气泄漏;提高垃圾再生利用技术和R D F热处理技术,降低处理过程中二氧化碳等温室气体排放㊂本文构建了生活垃圾填埋场开采再利用的全生命周期碳排放模型,可用于定量核算填埋场材料与能源多路径利用技术下的碳排放量㊂本文可为填埋场开采再利用路径的优选提供思路,也可为我国生活垃圾填埋场开采再利用的碳减排潜力评估提供参考㊂252浙江理工大学学报(自然科学)2024年第51卷参考文献:[1]肖电坤.垃圾填埋场好氧降解稳定化模型及其应用[D].杭州:浙江大学,2023:3.[2]国家统计局.2020年城乡建设统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2021:53-60.[3]郭含文,徐海云,聂小琴,等.我国城乡生活垃圾处理温室气体排放清单研究[J].环境工程,2023,41(S2): 286-290.[4]仲璐,胡洋,王璐.城市生活垃圾的温室气体排放计算及减排思考[J].环境卫生工程,2019,27(5):45-48.[5]H o g l a n d W.R e m e d i a t i o n o f a n o l d l a n d s f i l l s i t e:S o i la n a l y s i s,l e a c h a t e q u a l i t y a n d g a s p r o d u c t i o n[J].E n v i r o n m e n t a l S c i e n c e a n d P o l l u t i o n R e s e a r c 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