环境卫生工程 ›› 2026, Vol. 34 ›› Issue (4): 67-77,85.doi: 10.19841/j.cnki.hjwsgc.2026.04.009

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基于商业源可燃固废气化多联产系统的工艺优化和生命周期评价

郭佳鑫,廖艳芬,唐玉婷   

  1. 华南理工大学 电力学院 广东省能源高效清洁利用重点实验室
  • 出版日期:2026-08-25 发布日期:2026-08-25

Process Optimization and LCA of a Commercial Combustible Waste Gasification Poly-generation System

Guo Jiaxin, Liao Yanfen, Tang Yuting   

  1. Guangdong Key Laboratory of Efficient and Clean Utilization of Energy, School of Electric Power, South China University of Technology
  • Online:2026-08-25 Published:2026-08-25

摘要: 为提高可燃固废的资源化利用效率并探寻氢能的高效低碳生产路径,针对商业源可燃固废气化多联产系统(Commercial Waste Gasification Poly-generation,CWGP)构建了能量-[用]  -环境(3E)综合评估模型,对其技术性能与环境影响进行评价。通过灵敏度分析确定了系统的全局最优运行参数为气化温度950 ℃、蒸气/垃圾为0.5以及当量比为0.30,在此工况下CO和H2总收率为488.7 kmol/h,系统总热效率为64.13%。系统总[用]  效率为58.69%,其中气化反应单元(GSF)由于高温化学反应的强不可逆性成为全流程最大的[用]  损环节(56.09%)。生命周期评估结果表明,处理1 t固废可产氢89.7 kg,碳捕集率高达91.1%,全生命周期全球变暖(GW)潜值为413.14 kg。归一化分析进一步识别出生态毒性为系统主要环境负荷,其根源在于205.1 kWh/t的外部电力消耗,该项贡献了除GW外绝大部分指标的环境负荷。综上所述,提升工艺热效率以降低辅助功耗,并引入可再生能源供电,是协同削减该系统碳足迹与环境毒性、实现工艺绿色化转型的核心路径。

关键词: 商业源可燃固废, 多联产系统, 制氢, 工艺优化, 生命周期评价

Abstract: To improve the resource utilization efficiency of combustible solid waste and explore efficient low-carbon production paths for hydrogen energy, an integrated energy-exergy-environment (3E) assessment model was constructed for a commercial combustible waste gasification poly-generation (CWGP) system to evaluate its technical performance and environmental impacts. Through sensitivity analysis, the global optimal operating parameters were determined as follows: a gasification temperature of 950 ℃, a steam-to-waste ratio of 0.5, and an equivalence ratio of 0.30. Under these conditions, the total yield of CO and H2 was 488.7 kmol/h, and the total thermal efficiency of the system reached 64.13%. The overall exergy efficiency was 58.69%, with the gasification reaction unit (GSF) being the largest source of exergy destruction (56.09%) due to the strong irreversibility of high-temperature chemical reactions. Life cycle assessment (LCA) results showed that treating 1 ton of solid waste yielded 89.7 kg of hydrogen with a carbon capture rate as high as 91.1%, and a total life cycle global warming (GW) potential of 413.14 kg. Normalization analysis further identified ecotoxicity as the primary environmental load of the system, stemming from the external electricity consumption of 205.1 kWh/t, which contributed to the majority of environmental indicators besides GW. In conclusion, enhancing process thermal efficiency to reduce auxiliary power consumption and introducing renewable energy supply are the core paths for synergistically reducing the carbon footprint and environmental toxicity of the poly-generation system, thereby achieving a green transition of the process.

Key words: commercial combustible waste, poly-generation system, hydrogen production, process optimization, life cycle assessment

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