随着我国社会经济的高速发展,固体废弃物（简称“固废”）的处置问题也日益严峻。可燃固废在我国固废中占有很高比例,具有极大的资源化、能源化利用价值。作为非化石燃料,可燃固废未来势必在我国能源系统中发挥更大作用,有助于减少化石能源消耗和实现“2030碳达峰、2060碳中和”的宏伟目标。热等离子气化技术被认为是一种具有发展前景的固废处置方式,等离子炬提供的高密度能量使得固废彻底热解为简单的原子,避免了二噁英、呋喃等有毒物质的产生。受制于技术门槛和投资成本等因素,等离子气化技术一直难以得到大面积推广,尤其是在发展中国家。为拓展可燃固废热转化产物的利用潜力,本文根据固废种类和不同应用场景,创新性地提出了一类基于等离子气化的固废高效资源化利用系统:固废等离子气化与燃煤电站协同发电系统、基于医疗垃圾等离子气化的SOFC-GT-SCO2热电联产系统、基于医疗垃圾等离子气化的SOFC-GT-CCS热电联产系统。本文通过Aspen Plus和EBSILON Professional软件对创新系统进行仿真建模,深入探讨了燃煤电站、等离子气化炉和高温固体燃料电池的能源转化特性,通过与相关文献的验证分析,结果证明模型精度良好。根据模型仿真结果,对系统的热力学性能与经济可行性进行深入分析,探究参数变化对系统性能的影响,具体内容如下:（1）在固废等离子气化与燃煤电站协同发电系统中,市政垃圾在等离子气化炉中转化为高品质合成气,经过初步冷却后直接送入燃煤锅炉中燃烧,利用高效的燃煤发电机组来提升固废的能量转化效率。同时,高温合成气冷却所释放出的热量用于加热给水回热系统中的锅炉给水,以节省汽轮机高压缸中高品质抽汽。以某垃圾处理量4 kg/s的等离子气化炉和某660 MW燃煤发电机组为研究对象,在保证燃煤量不变的前提下,集成系统的净发电功率提升了16.12 MW,垃圾侧的净发电效率高达35.16%。该项目动态回收周期为4.51年,生命周期净现值为26873.13万元。敏感性分析结果表明,垃圾含水量和ER对系统各项性能参数有较大影响。（2）基于医疗垃圾等离子气化的SOFC-GT-SCO2热电联产系统,由等离子气化模块、高温固体氧化物燃料电池-燃气轮机子系统、超临界二氧化碳循环和余热利用子系统组成。等离子气化模块将医疗垃圾转化为合成气,气化产物经过净化冷却后作为燃料送入SOFC-GT系统,S-CO2循环和余热利用子系统对各品级余热进行合理分配利用。在保持燃料不变的条件下,创新系统的净发电功率高达14.02 MW,净发电效率为59.30%,热电联产效率达到87.81%。等离子气化炉、燃料电池和燃烧室是系统（火用）损失的主要来源,占系统总（火用）损的62.45%。该项目的动态回收周期仅为3.77年,生命周期内净现值为70830.93万元。根据敏感性分析结果,燃料利用率和SOFC运行温度对系统性能有较大影响,而SOFC电流密度影响相对较小。当燃料利用率为0.8时,创新系统达到最佳运行工况。（3）基于医疗垃圾等离子气化的SOFC-GT-CCS热电联产系统,根据碳排放需求,分为常规方案和零碳方案。零碳方案在常规方案的基础上增加了碳捕集子系统,相应地余热利用系统中增加了部分换热设备。以300 kg/h等离子气化炉为研究对象,常规方案的净发电效率和热电联产效率分别为52.06%和84.34%,零碳方案的净发电效率降低了 3.22%,热电联产效率下降了 3.22%。等离子气化炉和换热器组是创新系统2种方案最主要的（火用）损来源,约占系统总（火用）损的50%以上。根据经济性分析结果,全生命周期内创新系统常规方案和零碳方案的净现值分别为5737.59万元和4832.46万元,动态回收周期分别为4.62年和5.46年。综合上述新型固废资源化利用系统的分析研究,基于“集成互补、梯级利用”的三种方案均显著提升了固废资源化利用的能量转化效率,降低了固废处理项目的投资成本,减轻了项目的环保负担,为固废的高效化、清洁化和资源化利用提供了新思路。考虑到固废类型和实际工程需求,可参考这三种系统进行设计优化和投资建设。