新中国70周年科技贡献人物余式正

2022-08-03 16:31 编辑搜狐

为人类生存营造可持续发展的环境

无二噁英、无废气排放的立式负压垃圾干馏焚烧炉技术开创垃圾处理的新时代

新中国成立70周年,中华大地面貌焕然一新,取得了举世瞩目的成就。伴随着经济发展壮大,中国科技实力实现了历史性的跨越。中国科技创新事业走过不平凡的发展之路,是一代又一代科技工作者艰苦奋斗、不懈努力。习近平总书记强调我国科技发展的方向就是:创新、创新、再创新。他说:“历史的机遇往往稍纵即逝,我们正面对着推进科技创新的重要历史机遇,机不可失,失不再来,必须紧紧抓住”。又说:“我国广大科技工作者要敢于担当、勇于超越、找准方向、扭住不放,牢固树立敢为天下先的志向和信心,敢于走别人没有走过的路,在攻坚克难中追求卓越,勇于创造引领世界潮流的科技成果”。

中国科协中国未来研究会会员、中国未来研究会科技未来分会理事、九三学社冶金自动化支社社员、北京正仁科技有限公司董事长余式正技术创新60年、潜心研究十几年,发明了“无二噁英、无废气排放的立式负压垃圾干馏焚烧炉”专利技术(专利号ZL 201410393458.8),开创了第三代垃圾处理的新时代。

发明人简介:退休不忘为报国、白发无惧攀高峰

余式正 1937年生于广东省汕头市,1961年毕业于华中科技大学。原冶金部自动化研究院劳模、高级工程师,九三学社社员,现为中国管理科学研究院特聘研究员,中国未来研究会会员,科技未来分会理事,北京正仁科技有限公司董事长。余式正先生从1959年参加学校电力系革新大队开始,从事科研工作已经六十年了,60年来主要作出了以下的成果:

1、把不变性原理应用于热工程序控制受关注

1961年毕业分配到钢铁研究院工作第一年,开始承担一项温度程序控制的任务,写成的技术总结报告,以冶金部的名义与朝鲜科学院代表团作技术交流,引起朝鲜科学院代表团的关注,并前来请教、取经。

1964年,该项技术成功用于我国第一台“GY-1型膨胀议”的温度程序控制,1965年参加全国仪器仪表展览会后,“GY-1型膨胀议”的全套技术无偿转让给抚顺红旗仪器厂生产。并获得全国科学大会的嘉奖。在钢铁研究总院就有两位同志经余式正先生证明参加该课题工作,就获得晋升高级工程师职称,可见钢铁研究总院对该项目的认可。

2、用通/断控制构建人工智能调节器

热工控制可分为恒温控制和程序控制。过去一般都采用闭环控制,即调节器根据对象的温度与给定的温度之差进行控制。当一个调节系统出现外界扰动或者对象的特性发生变化时,调节器并不知道,需要等到对象的温度偏离给定温度以后才进行调节。这样对于惯性很大的热工对象来说,过渡过程很长,温度波动很大。余式正积累了五十年的经验,发现了用用通/断控制构建人工智能调节器,因为被控制的参数不断波动,如果用来控制导弹的飞行,则导弹随时都处于变轨工作状态,而且变轨智能控制,令敌人无法拦截。

3、研制X射线测厚仪超越日本东芝

1974年开始为上钢一厂研制我国第一台热轧X射线测厚仪。基本上采用日本东芝Tosgage306测厚仪的技术方案。1979年获冶金部重大科研成果二等奖。1982年应太钢五轧厂的聘请验收日本东芝公司的Tosgage306测厚仪。发现东芝测厚仪测量精度不合格。因为不是设备的缺陷、而是调试的问题,余式正先生认为做两次试验就调好了,所以没追究东芝的责任。事后东芝公司的专家泽田胜先生对开始他的傲慢态度表示道歉,对余先生的指导表示感谢,并透露,在日本三天三夜都测量精度都没有调好。证明我们的技术已经超越日本东芝公司。该产品还存在偏差指示误差太大等缺陷不得不放弃,而他们却把误差从±15%减到±3.5%。

相关技术报告发表在《冶金自动化》上,稿费40元还被扣留一半,直到《北京科技报》来电后才退了回来。

4、自筹资金完成冶金部科研课题被评为劳模

X射线测厚仪研制成功,1980年鞍钢要求研制两台冷轧测厚仪。计划上报冶金部。冶金部拨研究经费10万元,后来经费被挪用,课题组人员被拆散,有人公开声称,就是要你干不成。1983年课题组三个人决心自筹资金,苦战三年,改变面貌。他们利用外厂设备改造的资金加工两台测厚仪,一方面完成外协任务,一方面跑遍全国找用户、让用户试用,回收资金再投入。84年又加工4台,1985年加工20台,这是他们艰苦创业的辉煌时期。三年后1986年完成冶金部鉴定,实现了他们当初的誓言。根据用户财务部门提供证明,每年可增加经济效益200万元,超过冶金部一等奖150万元的标准。因被参加评奖的本单位人员篡改为20万元,故只获得冶金部三等奖。因自筹资金完成冶金部的科研课题,成绩突出加一级工资并被评为劳模,上报冶金部。

5、自掏腰包完成国家科研任务的“编余”国家级功臣

1988年正当我们X射线测厚仪打开销路,准备形成系列,取代进口的时候,灾难突然降临。时任院长的于常友(已被判有期徒刑10年),在深圳注册了一家“通达”公司兼任董事长,因倒卖批文被查获,一方面让当事人出走九江;另一方面寻找“替罪羊”,因为当时实行承包制,他们课题组两个人1987年上交利润6万元“影响大”,遂借“治理整顿”之名非法查封他们的实验室,实验室里用他们的收入购买四把椅子都成了余先生的罪名,并把余先生编入“编余人员”!后因查无实据,又不认错,遂借89年《两院通告》之机,推给丰台检察院,据党委书记霍云海在冶金部透露,在检察院坐了2小时的冷板凳,捏造余先生拿3万元到丰台检察院“自首”的事实,在北京人民广播电台广播。1995年丰台检察院因捏造“自首”和广播等受到严厉批评,与北京市检察院一起登门赔礼道歉,余先生按政策规定退休。

余先生在“编余’期间除了为仪表车间开发温度调节仪以外,还自掏腰包开发成功YZ-88智能测温仪,无偿移交仪表车间生产并与冶金部鎢铼热电偶配套获冶金部科研成果一等奖,奖金150元,还获1990年国家级新产品称号。余先生成了空前绝后、独一无二的自掏腰包为国家研制新产品的“编余国家级科技成果研制功臣”!对此余先生并不介意,因为事业比什么都重要!

6、参加并指导电子部、冶金部军工办课题达到世界水平

珍宝岛事件以后,发现有线载波通信不被窃听最可靠,为此要求发展载波通信。载波通信的重要器件是滤波器,要求开发温度系数达到1×10-7的低膨胀合金,于是研制高精度合金的测试设备━━静电型特性测试仪的任务,就由冶金部军工办和电子部下达给了相关的单位:钢铁研究总院、上海刚研所、北京冶金所、陕西刚研所和南京有线电厂,余式正应邀参加并指导该项工作,利用业余时间为课题拟定技术方案,采用电场力激发试样作纵向振荡,解决技术问题的讨论,装置能够可靠测量到13纳米的震动信号,最后的调试和撰写整装置的研究报告,在鉴定会上被认为达到国际先进水平。单位放弃该项科研成果,余式正先生个人参于。

7、完成一项国家科委的星火计划任务

1992年应广西玉林市科技局邀请,完成一项国家科委下达的任务:分时计费电度表的任务。项目是余式正独自完成的。

8、开发我国第一套液压缸行程测量装置叫板国际名牌力士乐

1998年长江三峡工程需要测量液压缸的行程。当时国际上只有德国力士乐公司有此产品,被誉为“液压缸同步技术的革新”。我国没有产品,国外趁机大敲竹杠,人家要和液压缸的活塞杆一起卖,每吨30万元。为此首钢液压机械厂提供1000元研究经费要求合作研制。我们经过五次试验就成功了,参加在宜昌展出。这是我国的第一套液压缸行程测量装置,在技术报告会上听讲的人爆满。

现在我们又有新的改进:采用电容式传感器,全部数字电路智能运算,可以自动纠错,可以内插细分。

9、找到卫星失联的重大隐患避免卫星失联的重大损失

2000年我们承接一项人造卫星相关的任务时,发现卫星通信的标准频率有导致卫星失联的隐患。卫星通信所有信号全部来自标准频率,可见标准频率的重要性。为确保卫星通信万无一失,标准频率准备了两套:一套使用,称为“主频”,一套备用,称为“备频”,当主频发生故障的时候,备频自动投入。问题就出在这套切换装置产生自激振荡,使得输出的标准频率变成自激振荡的频率,导致卫星特性频率全部混乱,卫星失联。此前已经发生过卫星失联的故障,并没有找到真正的原因,如果不是及时发现,后来的卫星可能接二连三失联,后果不堪设想。

10、电容式智能传感器

静电型弹性测试仪研制成功以后,我们发现电容作为传感器具有许多应用。过去,电容式传感器需要交流电源,一般都接成桥式电路,电桥的平衡还受损耗角变化的影响,因此电容式传感器的应用不多。

我们把电容式传感器做成差动电容器的形式,并把差动电容器接成振荡器,于是,把传感器变成可用数字和智能处理的模式,根据余式正发现的公式进行运算,可以派生出各种变形、位移,长度、角度等等新产品。

11、供暖设施节能的最佳选择

2002年北京市为了迎接奥运会的召开,开始进行自采暖的煤改电试点。为此,我们发明了“空气对流型的节能电暖器”。采用金属薄带作发热体,被业内专家认为是电暖器加热方式的革命。在将来的煤改电中将是最好的选择。

12、开发许多定型智能仪器、仪表

⑴、X射线测厚仪用电离室,获核工业总公司科技进步三等奖;

⑵、高炉用的料位料速仪,产品销售宝钢,邯钢,莱钢,津西钢厂、营口中板厂三明钢厂和伊朗等

⑶、重油流量计,是在日本北辰公司的改进产品,可以用于控制;

⑷、XF-1型酸度计,带对数转换和我的自动补偿;

13、独创”拨叉机构”实现不同心轴的同步连接

余式正先生在开发高炉用的料位料速仪的时候,发现大多数情况下,传感器与设备连接存在着连接轴不同心的问题。不仅宝钢、首钢无法解决,连钢铁设计总院也没有解决。当时在津西钢铁厂,有钢铁设计总院设计的高炉的α、β、γ的出轴与测量的传感器不同心,无法正常使用。厂里发李厂长要求余先生帮忙,余先生按拨叉机构设计图纸交给加工,传感器就正常工作。现在拨叉机构作为不同心轴的同步连接已经得到普遍应用,以后应该进入机械设计课本。

14、无二噁英、无废气排放的立式负压垃圾干馏焚烧炉

下面将具体介绍垃圾干馏焚烧炉及其应用。余式正先生表示,60年来自己全力投入科研工作,取得一些技术积累,还可以申报许多专利,诚心把它们贡献给国家,企望能够对国家、人们有所裨益。

二、开创垃圾焚烧技术的新时代

━━不产生二噁英和无废气排放的立式负压垃圾干馏焚烧炉

发明专利201410393458.8

摘要:垃圾焚烧不可避免会产生二噁英。二噁英号称天下第一毒,令人皆趋避之。于是,垃圾处理厂选点困难,又花很多钱处理二噁英,使政府不胜重负,垃圾日积月累,酿成垃圾危机。破解垃圾危机迫在眉睫,可是路在何方?

习总书记给我们指明了方向,那就是:创新、创新、再创新。他说:“我国广大科技工作者要敢于担当、勇于超越、找准方向、扭住不放,牢固树立敢为天下先的志向和信心,敢于走别人没有走过的路,在攻坚克难中追求卓越,勇于创造引领世界潮流的科技成果”。

我们从2005年开始,把干馏技术用于垃圾焚烧,经过十几年的努力,实现了

垃圾焚烧不产生二噁英和无废气排放,不产生渗滤液和臭气的彻底无害化;“变废为宝”的真正减量化;发电量倍增、收益丰厚的充分资源化,使垃圾处理成本节省70%,投资节省80%,占地面积节省90%,经济效益显著。

(一)、垃圾焚烧技术的发展历程

哪里有人居住哪里就有垃圾,垃圾日积月累,形成垃圾围城、酿成垃圾危机。充分挖掘和利用蕴藏在垃圾中的资源,称得上21世纪人类重要的效率革命。

自从1870年第一座垃圾焚烧炉问世至今,垃圾焚烧经历过第一代焚烧炉和第二代焚烧炉的技术变革:第一代垃圾焚烧炉以炉排炉为代表,它的特点是垃圾在炉排上直接焚烧。设计上干燥段缺少加热热源(图1),导致垃圾燃烧不充分,特别是垃圾直接焚烧不可避免会产生二噁英。

第

二代垃圾焚烧以流化床垃圾焚烧炉为代

表,它的特点是采用垃圾热解-气化燃烧方式,

除了克服炉排炉垃圾焚烧不充分的缺陷以外,

还

缺少加

热热源

对二噁英有显著的抑制作用,故曾经被认为

是垃圾焚烧技术的发展方向。我国清华大学、

浙江大学都是从研发垃圾焚烧炉开始的。图1 炉排炉设计上的缺陷

炉排炉通过经验积累,在结构上增加了二燃室,引入热解-气化技术,使垃圾热解产生的燃气在二燃室燃烧,产生的高温辐射热,提供垃圾预热、干燥所需的热量,从而克服初期的炉排炉垃圾烧不透的缺陷;且因大部分垃圾热解不直接焚烧,就有效抑制二噁英的产生,流化床垃圾焚烧炉因需要添加助燃剂而失去优势,新型炉排炉又成为垃圾焚烧的主流。

(二)、垃圾焚烧不产生二噁英的理论创新

研

图2 二噁英的分子式

究发现:二噁英是由一个或两个氧原子结

合

两个被氯取代的苯环所组成。它的分子式如图

氧原子

所示,可见它的生成必须具备两个必要条件:

有氯和苯环存在,并且发生氧化反应。原生垃圾

不能没有氯和苯环存在,焚烧是氧化反应,正好满足二噁英产生的条件,理论可

以证明垃圾焚烧不可避免会产生二噁英。

进一步研究发现,二噁英的生成分为三个阶段:初始生成阶段、生成后高温分解和尾部复合阶段;因为二噁英的生成十分复杂,要在初始阶段消灭二噁英似乎是不可能的!因此只好在二噁英生成以后进行治理。推出3T+E、布袋除尘、活性炭吸附等措施,利用高温分解和急冷防止复合,但仍不能完全消灭二噁英。

我们从另一角度看:虽然垃圾焚烧生成二噁英的过程非常复杂、无法控制,但可以控制垃圾焚烧时不具备产生二噁英的任一必要条件就不会产生二噁英。

于是,我们把垃圾焚烧过程分为两个阶段:原生垃圾有氯和苯环存在,我们

就让垃圾干馏-分解。所谓“干馏”,就是固体有机物在隔绝空气条件下加热分解的化学反应过程,例如木材干馏生成木炭。干馏生成可燃气体(干馏煤气),焦油蒸汽和碳化物固体残渣。因为隔绝空气、没有氧,不发生氧化反应就不产生二噁英;然后再烧干馏产生的燃气或者碳化物残渣,苯环已经分解、氯也随着燃气跑了,燃烧燃气或者碳化物当然也不会产生二噁英!既无需高温分解、也不存在尾部的复合。垃圾焚烧不产生二噁英是可以实现的!

我

图2 垃圾干馏模型

们从2005年开始就把干馏技术用于垃圾焚烧。图2是第一代垃圾高温干馏焚烧炉垃圾干馏的模型,图3是干馏的实拍照片。

可燃气体燃烧可燃气体燃烧

碳化物碳化物

图3 第一代垃圾干馏焚烧炉实拍照片

我们第一代垃圾焚烧炉适逢引进的炉排炉垃圾水分大、垃圾烧不透,业界惊呼“进口设备水土不服”。为此,有人设计了拨火装置,但效果不佳。我们反其道而行之,垃圾摞在一起烧不透,但在外界高温的烘烤下分解,生成可燃气体在外部猛烈燃烧,既把垃圾干燥,又抑制了二噁英的产生,获得意想不到的积极效果,因为没有完全隔绝空气,二噁英的排放实测值为0.7 ng/m3左右,也达到当时1 ng/m3的国家排放标准。

第二代垃圾干馏焚烧炉借鉴两段式煤气发生炉的工艺和结构,结果初步实

现了预设的目标,产生的燃气用于烧砖,烧砖后排放的废气二噁英含量三次实测

平

均值为0.028ng/m3(图4)。二噁英排放远低于日本和欧盟0.1ng/m3的国家排放标准。这就是我们垃圾焚烧不产生二噁英的理论理论根据和理论创新!

图4 烧砖后二噁英排放实测结果

(三)、不产生二噁英、干馏焚烧炉的结构创新

根据垃圾焚烧不产生二噁英的理论要求垃圾先干馏、后焚烧碳化物残渣。工

业

上有一种两段式煤气发生炉,就是这种生产工艺。我们第二代垃圾干馏焚烧炉就借鉴这种结构和生产工艺。虽然在杜绝二噁英产生方面获得预定的效果,但仍存在一些其他的问题。图4是改进后的第三代垃圾干馏焚烧炉的结构图:

图4 干馏焚烧炉的结构

炉子自上而下分成干燥段、干馏段、还原段、燃烧段和灰渣段。垃圾从进料喉入炉以后,在干燥段进行干燥,然后下降到干馏段进行干馏-分解,干馏后的碳化物残渣下降到燃烧段接触空气燃烧,碳化物燃烧产生的高温把尚未燃烧的碳化物加热到高温状态成为还原剂、燃烧产生的CO2经过时就被还原成熱煤气CO,通过中心及周围的燃气室上升,为垃圾干燥和干馏提供热量。

干燥段的原生垃圾受到上升的熱煤气加热以后,垃圾中的水分蒸发成水蒸汽,就把夹杂在垃圾缝隙中的空气排走并取而代之;再下降到接近干馏段的时候,垃圾干馏产生的干馏煤气又取代了水蒸汽,使原生垃圾到达干馏段时已失去水分、垃圾缝隙充满干馏煤气处于还原气氛,没有氧气存在,保证原生垃圾确实在没有氧的状态下进行干馏、分解。不发生氧化反应,就避免了二噁英的产生。垃圾干馏和垃圾热解的差异,就在于干馏是在没有氧的条件下分解,而热解则是在有氧的条件下分解,有氧就会发生氧化反应、必然会产生二噁英。

(四)、开创垃圾焚烧不产生二噁英的新时代

1、垃圾干馏焚烧突破不产生二噁英的世界难题

过去的垃圾焚烧炉,无论是炉排炉或者流化床垃圾焚烧炉,都不能完全杜绝二噁英的产生。俄罗斯工程院外籍院士、华南理工大学教授刘焕彬认为:垃圾焚烧是必由之路。他说:“建设满足健康与环保的要求的现代化处理厂,让周围居民接受,是当前最大的难点。”

2011年国务院批转16部委《关于进一步加强城市生活垃圾处理工作的意见》要求:“提高创新能力。加大对生活垃圾处理技术研发的支持力度……重点突破清洁焚烧、二英控制、飞灰无害化处置、填埋气收集利用、渗沥液处理、臭气控制、非正规生活垃圾堆放点治理等关键性技术,鼓励地方采用低碳技术处理生活垃圾。重点支持生活垃圾生物质燃气利用成套技术装备和大型生活垃圾焚烧设备研发,努力实现生活垃圾处理装备自主化。开展城市生活垃圾处理技术应用示范工程和资源化利用产业基地建设,带动市场需求,促进先进适用技术推广应用和装备自主化。”

二噁英号称天下第一毒,它的毒性是氰化钾的300倍,砒霜的900倍,所以垃圾焚烧继续受群众反对。我们的垃圾干馏焚烧技术突破了垃圾焚烧不可避免会产生二噁英的世界难题,超额完成国家任务,具有划时代的意义。开创了垃圾焚烧技术的新时代━━把垃圾焚烧推进到第三代垃圾焚烧技术。

2、突破垃圾焚烧排放大量废气的难题

过去每吨垃圾焚烧产生4000-7000立方米的废气飘洒空间,似乎天经地义!其实并不符合真正的减量化,真正的减量化是通过垃圾处理,把不能再用的废弃物消灭掉!当然,物质不灭,所谓消灭垃圾就是把垃圾“转化”成为有用的资源━━变废为宝,然后把资源利用起来,垃圾就消灭了才是真正的减量化。

第三代垃圾焚烧炉把生成燃气收集利用、在垃圾焚烧工序不往外排放,同时把不能再用而被丢弃的垃圾变成有用的燃气,变废为宝,实现真正的减量化。也具有划时代的意义,开创了垃圾焚烧不排放废气的新时代。

3、突破了垃圾焚烧产生渗滤液和臭气的难题

过去垃圾焚烧炉就怕灭火,所以需要储存7-30天的垃圾。垃圾腐烂产生大量的渗滤液和难闻的臭气。第三代垃圾焚烧炉采用立式结构,炉内储存大量垃圾,可以封炉,只要垃圾处理设备的处理能力大于产生的垃圾,就可以实现垃圾日产日清,垃圾处理完后封炉走人,无需建造巨大的垃圾坑,不产生渗滤液和臭气,无需渗滤液和臭气处理。没有垃圾腐烂产生的恶臭,不袭扰附近居民,不仅大大节省投资、降低处理成本,又可以获得附件居民的支持,有划时代的意义。

4、突破了投资贵、成本贵、维修贵的难题

第三代垃圾焚烧技术不产生二噁英,所以无需把废气烧到850℃以上,无需

飞灰处理,无需布袋除尘和活性炭吸附;不产生渗滤液,无需渗滤液和臭气处理;过去垃圾焚烧只能采用余热锅炉和蒸汽轮机发电,需要余热锅炉-蒸汽轮机发电,现在采用燃气轮机,无需余热锅炉,大大节省投资。初步核算,投资可节省80%,处理成本节省70%,占地面积节省90%;

过去垃圾焚烧发电采用蒸汽轮机,效率不超过20%,而第三代垃圾焚烧发电采用燃气轮机,利用IGCC发电,效率可达45%,发电量成倍增加。如果过去每吨垃圾可以发电250KWH,那么第三代垃圾焚烧炉就可以发电560KWH。

过去垃圾的热值大于1500大卡/公斤,现在城市垃圾热值大幅提高,通过垃圾源头分类只让可燃垃圾入炉,热值可以提高到2000大卡/公斤,发电量将超过700 KWH。按没有政府补贴发电每度0.5元计算,收入350元,而按初步核算,垃圾焚烧的处理成本每吨约60元,足够支付垃圾的处理费,垃圾处理可望告别公益事业,垃圾的资源化利用是当今的重要效率革命,具有划时代的意义。

5、获得群众支持、产生的社会效益非以往可比

首先,不产生二噁英,不对人体有所毒害,群众放心,支持垃圾干馏焚烧;

其次,没有废气排放不污染空气,不污染环境,不影响全球气候,绿色环保;

第三,没有渗滤液、没有恶臭,不影响群众生活,能够得到群众的支持;

第四,体积小、占地面积减少90%,可以单元组合,规模随意,可实现大型化,也可小型化,可以建设在小区或者中转站,用地不受限制。

第五、垃圾分类后续处理的最佳选择。中

国人民大学倡导垃圾分类,如果把垃圾分成四类:可燃垃圾、可回收垃圾、有害垃圾和其它垃圾。可燃垃圾采用干馏焚烧处理,金属和包装箱可回收,有害垃圾和其它少量不可燃垃圾填埋处理。

6、第三代垃圾焚烧炉的报价

表1是我们的设备报价。大致按日处理每吨50万元计算,比国内报价低些。如上海崇明县日处理500吨的垃圾焚烧厂,报价3.6亿元,政府补贴210元/吨。

表1 干馏焚烧炉全套的设备报价

日处理量(吨)

100

200

300

400

500

600

700

800

1000

报价(亿元)

0.7

1.2

1.6

2.5

3.5

五、垃圾分类的反思与后续处理的最佳方案

1、垃圾分类的提出

2009年国际二噁英大会在北京召开。二噁英的毒害引起人们重视。理论证明,

垃圾焚烧不可避免会产生二噁英,于是理所当然希望采用其它处理方法避开垃圾焚烧。所以在国内引起一场垃圾烧还是不烧的争论。主烧派认为,“虽然垃圾焚烧不是最好的方法,但是目前还找不到更好的替代办法”。

环科院赵章元先生的反烧派提出垃圾综合利用的主张。2005年中国人民大学国家发展与战略研究院发布《北京市城市生活垃圾焚烧社会成本评估报告》和《我国城市生活垃圾管理状况评估研究报告》(下简称《报告》),认为生活垃圾焚烧社会成本巨大,不仅需要高额的公共财政补贴,由此付出的健康损失也很高昂。建议“将垃圾源头分类,┅┅用法律的权威性和确定性保障垃圾分类的有效实施”以后,垃圾分类在全国展开了。

2、澄清一些基本概念

《报告》首席专家宋国君教授认为,当前的垃圾围城是垃圾管理问题。声称:垃圾管理的目标是所谓“四化“:即无害化、减量化、资源化和无害化前提下的低成本化。称:“无害化包含两层含义,一是垃圾处理设备应当具备无害化处理的能力;二是达标排放”;又称:“无害化。城市生活垃圾无害化处理能力(用城区无害化处理率表达)”,称减量化为“减少垃圾的产生量或者清运量”,又称:“减量化是在无害化目标基础上更高的要求,生活垃圾减量可以减少进入填埋场或焚烧厂的垃圾量,节约处置成本”;称资源化为:“资源化指生活垃圾经源头分类后,可回收物(如纸类、橡胶、塑料、金属、玻璃等)进入回收系统被再生利用,即经修复、翻新、再制造后变成更有价值的产品进入市场”,资源化目标是提高回收率,最终达到回收的边际成本与边际收益相等。

以上基本概念解释不清也欠准确,故需先澄清一下相关的基本概念。

⑴、垃圾的管理哪里有人居住,哪里就有垃圾。垃圾不断产生,如不进行有效管理就会污染环境,影响大家的生活。于是,关于垃圾就产生许多管理工作,最少包含两个内容:一是垃圾的收集、清运;另一是垃圾的处理。这些工作需要有人来做?就需建立一套相关的行政管理系统。

日

本1900年就制定首部垃圾处理的《污物扫除法》,自此奠定了由政府主导的垃圾焚烧模式。建立起一套完善的行政管理系统。如东京由焚烧厂、居民代表、区政府三方组成“运营协议会”和“建设协议会”,负责监督焚烧厂的运转安全、排放是否超,公布环境调查报告。焚烧厂每年会举办三场面向居民的交流会等。

图5 意大利那不勒斯垃圾危机

⑵、垃圾管理的目标图5是意大利那不勒斯的垃圾危机。由于垃圾管理

失控,环卫工人罢工,垃圾遍地,城市混乱不堪。最后只

好出动军队清理垃圾。可见垃圾管理的目标不在于垃圾处理的“三化”或者“四化”。而在于城市的文明建设、生活环境的改善和人民生活的幸福,所以垃圾管理的目标应该是把一个城市建设成为绿色、文明、环保而且美丽的城市,让城市居民生活美满、幸福。

⑶、垃圾的处理所谓垃圾就是不能再用而被丢弃的废弃物。垃圾日积月累,占用土地、形成垃圾围城;发生腐烂变质,污染环境,酿成垃圾危机。所以垃圾处理就是把占地和污染的原生垃圾消灭,解除垃圾围城、破解垃圾危机!

当然,物质不灭。消灭原生垃圾就是用适当的技术方法把原生垃圾“转化”成有使用价值的资源,变废为宝,在确保处理过程中不产生二次污染的条件下通过资源利用获取最大的经济效益。

垃圾分类仅仅是垃圾处理中的一个环节,垃圾还没有到达处理阶段、还没有被消灭。因此垃圾分类以后还需后续处理,才能实现消灭垃圾的目标:无害化、减量化和资源化。无害化就是消灭原生垃圾,不让其继续占用土地、污染环境,而且不产生二次污染;减量化就是把原生垃圾转化成有使用价值的资源,并把资源使用掉、原生垃圾减没了;所谓资源化就是通过资源利用获取最大的经济效益。

3、垃圾分类的反思

⑴、垃圾的实质是不能再用而被丢弃的废弃物

因为过去穷、人工费不值钱,所以被丢弃的可回收物修复、翻新还可以获得更高的价值再利用。现在时代变了,一是产品的更新换代来得太快,新产品出来以后就淘汰老产品,老产品即使能用也没人要了;二是人们的生活提高了,换个新产品没有压力;三是没人收。过去啤酒瓶、废电池有人收购,现在都没人要了。修复、翻新获得高价值的时代已不复返了!据说国外汽车、电视坏了宁可丢了换新的,也不去“修复、翻新”,国内丢弃沙发也屡见不鲜,因为无法修复或不值得翻新;第四是重视安全问题。过去曾经有人收集用过的餐盒,再制造成餐盒给顾客盛饭,现在顾客知道能接受吗?

⑵、事实是分类越多成本越高

因为垃圾的成分纷繁复杂,什么都觉得应该再生利用。但是,每增加一种利

用就多一种分类、多一种处理技术、多一种处理设备、多一种处理工艺、多一套管理和操作人员,多占用相应的场地,使处理成本激增。

《报告》寄希望于可回收物(如纸类、橡胶、塑料、金属、玻璃等)经修复、翻新、再制造后变成更有价值的产品进入市场,实际很难实现。例如纸类只有包装箱可用,塑料只有矿泉水瓶可用,金属只有铁磁材料便于回收。严酷的事实表明,原来想要变成更有价值的产品,结果却是分类越多,成本越高,事与愿违。

⑶、垃圾分选难题目前仍难以突破

按《报告》提出:“生活垃圾通过源头(家庭、办公室等)分类(厨余、可回收物、其他垃圾),可回收物进入回收再利用系统;厨余进行饲料、堆肥等再利用;其他垃圾由卫生填埋场或焚烧厂进行无害化处置”,即使垃圾从源头分成以上厨余、可回收物、其他垃圾四类就可以吗?不是的!厨余垃圾还要分成饲料和堆肥等;可回收物也要分成纸类、橡胶、塑料、金属、玻璃等;加上其它垃圾,就是至少要分选出八类垃圾。八种垃圾如何分选至今仍是难题,难以突破。

4、垃圾源头分类是已被市场淘汰的产品

产品在市场上销售,一般为了对消费者负责,都需要制定相关的标准:企业

标准、行业标准、国家标准和国际标准。例如手机5G的标准,许多就是华为制定的。《报告》中却只介绍了垃圾填埋和垃圾焚烧的国家标准标准(如表1),并没有垃圾综合利用和垃圾源头分类的标准,说明当前仍存在技术问题没有克服。

表

1 《报告》中生活垃圾卫生填埋与焚烧相关国家标准与行业标准

首席专家宋国君强调:“源头分类是垃圾减量的核心手段以及到目前为止唯一正确的手段”。并且“源头分类没有不可克服的技术、资金和居民的素质问题”。

显然,《报告》既没有评估第三代垃圾焚烧新技术,也没有评估城市生活垃圾源头分类的社会成本,没有比较如何鉴别?更何来的“唯一正确”?

其实,源头分类只是垃圾综合利用的翻版,早已被淘汰而淡出市场。没有标准说明产品没有定型并已被淘汰,根本就没有进入市场的资格。

我们看过两个案例(图6、图7)。一个是河南永城豫东垃圾处理厂,另一个是浙江安吉的垃圾处理厂,前者投资了4000万元,还要求再投资6000万元,结果只好关门大吉;后者是湖州的垃圾综合利用处理厂,后来只好改为垃圾焚烧厂。

图6 永城豫东垃圾处理厂图7 湖州垃圾综合利用处理厂

5、垃圾分类的技术创新与后续处理

⑴、垃圾分选方法的创新━━“热分选法”

显然,降低垃圾处理成本垃圾分类要越少越好,提高资源利用效益要越广越好。为此,我们把第三代垃圾焚烧新技术作为垃圾分类的后续处理。垃圾分类极

其简单,只分为有机物和无机物;源头分类不让无机物入炉,入炉垃圾几乎占100%都是有机物或可燃物,利用有机物中蕴藏着巨大的热力资源,入炉就变成燃气,可以发电、可以人工合成。可称之为“热分选法”,垃圾分选难题迎刃而解。

因为第三代垃圾焚烧炉不产生二噁英、没有属于危废的飞灰,无废气排放、不产生渗滤液和臭气,垃圾焚烧的成本已经降低到60元,资源化利用的收益好几百元,应该是垃圾分类最佳后续处理方法,创新颠覆以往的认知,何乐而不为!

⑵、技术创新符合习总书记的号召

习总书记号召我们:“坚定不移创新创新再创新”,他说:“我国广大科技工作者要敢于担当、勇于超越、找准方向、扭住不放,牢固树立敢为天下先的志向和信心,敢于走别人没有走过的路,在攻坚克难中追求卓越,勇于创造引领世界潮流的科技成果”。

我们瑾遵习总书记的号召,对垃圾焚烧技术进行创新,颠覆了首席专家的认知:因为不产生二噁英,实现彻底的无害化,无需二噁英处置费和健康损失费;高效利用垃圾中的热力资源,解决分类太多分选困难的问题,处置成本最低,实现消灭垃圾的真正的减量化;所谓“修复、翻新、再制造”能用的是极少数,利用绝大多数垃圾的热力资源才是“物尽其用”收益最高,实现充分的资源化。应该是垃圾源头分类的最佳搭配和补充:使国家推广垃圾分类的政策有连续性。

(六)、垃圾干馏焚烧炉的扩展应用

1、适合于含有塑料危废的处理

本发明不限于处理生活垃圾。因为不产生二噁英,所以特别适合于含有塑料的

固废处理,包括废塑料、医疗垃圾等固废处理。我国每年进口大量洋垃圾,经过

提前纸浆以后大量的废渣堆积如山,其中主要都是塑料就和适合采用干馏焚烧炉。

医疗垃圾也有大量的塑料,热值也相当高,过去采用回转炉处理,不能完全消灭二恶英。也适合采用干馏焚烧炉,据说每吨处理费3000元,是有厚利的生意。

2、突破燃煤清洁、高效利用技术瓶颈促进碳达峰

2015年12月召开的巴黎大会上终于达成了《巴黎气候协定》。协定规定各个国家自己确定目标,叫国家自主决定贡献。于是,各国纷纷确定碳达峰和碳中和的目标。2021年的气候大会上,我国承诺到2030年实现碳达峰,2060年实现碳中和。于是美国准备发展风能发电,我国准备大力发展光伏发电,实现碳达峰和碳中和。干馏技术应该在新能源发明做出贡献。

众所周知,我国是全球制造业大国,也是能耗的第一大国,实现碳达峰和碳中和,需要付出极大的努力,更应当认真考虑,采取哪些措施实现碳达峰和碳中和。显然,我国煤碳资源丰富,实现碳达峰和碳中和在短时间内不可能完全不用燃煤资源。关键在大力植树造林,大力发展生物质新能源,因为生物质能源能够实现CO2的零增长。同时实现燃煤的清洁、高效应用,即煤制气。

当前煤制气有煤制天然气,气流床制气,两段式煤气焚烧炉制气等几种方法。

2013年曾经推广过煤制天然气,结果,被证明是高耗水、高排放、高污染、高能

耗、高成本的技术。过去我国还引进过气流床制气技术,用于IGCC发电,但发现技术不太成熟,竞争不过超超临界发电。

据此,我们把希望寄托于两段式煤气发生炉。但两段式煤气发生炉不能大型化。最大直径不超过5米,根本无法满足IGCC发电和煤化工的需要。并且,我们借鉴两段式煤气发生炉的结构用于垃圾干馏焚烧炉,发现两段式煤气发生炉的结构存在不少缺陷,例如克服了大型化等技术关键,反过来可以促进两段式煤气发生炉的更新换代,实现大型化和燃煤的清洁高效利用。

3、突破技术瓶颈引领世界生物质新能源技术新潮流

⑴、从新能源的开发到实现碳中和

工业革命机器取代人力,能源成为了国家的经济命脉。为了争夺对世界能源资源的控制权,引发了两次世界大战。二战后爆发以争夺中东石油控制权的石油战争。油价飙升直接导致了2008年的经济危机,是一场全球的噩梦。

几次石油危机伴随着腥风血雨的战争,能源问题引起各国的重视,日本从第一次石油危机吸取教训,进行了大规模的产业调整,增加了节能设备的利用,提升核电发电量,在第二次石油危机中保持了33.5%的增长率,日本的经验引起各国的关注,纷纷掀起研发、利用新能源的浪潮。

于是,美国利用玉米制造乙醇作为汽车的动力,巴西利用甘蔗生产乙醇替代

了国内50%的汽油。瑞典发展沼气代替石油,声称,到2020年将成为世界上第一

个不依赖石油的国家。

2015年12月召开的巴黎大会上终于达成了《巴黎气候协定》。协定规定各个国家自己确定目标,叫国家自主决定贡献。于是,各国纷纷确定碳达峰和碳中和的目标。新能源又获得联合国应对气候变化的有力支持。

2021年的大会上,我国承诺到2030年实现碳达峰,2060年实现碳中和。这就是碳达峰和碳中和的由来。如何实现碳达峰和碳中和?有人准备大力发展光伏发电和风能发电等等。

众所周知,我国是全球制造业大国,也是能耗的第一大国,实现碳达峰和碳中和,需要付出极大的努力,更应当认真考虑,如何实现碳中和。

⑵、替代化石燃料的新能源必具的条件

首先,需要研究我们要发展的、有望替代化石燃料的新能源究竟需要具备什么条件,总结起来需要具备以下的四个条件:

A、资源极大丰富。一方面人们对于能源的需求与日俱增;另一方面

能源不可再生,总有资源枯竭的时候。作为化石能源的替代产品,资源不够

丰富就不能完成替代化石能源的使命;

B、生产工艺简单、生产成本低廉。如果生产工艺复杂、生产成本过高就失去实用价值,不能吸引人们采用。所以生产成本必须低于化石能源;

C、必须能够大规模生产。否则就不能满足日益高涨的能源需求;

D、可再生、可持续,没有污染和实现全球温室气体的零增长。因为生物质来自植物吸收CO2,燃烧以后又回归CO2,即温室气体零增长。更多的植树造林,吸收、消耗CO2可以冲抵燃烧气体燃料产生的温升气体,实现碳中和。

据此我国更适宜发展非粮生物质新能源,具有良好的发展前景。

⑶、突破技术瓶颈引领世界生物质新能源的技术新潮流

当前,把生物质转换成能源有如下的几种技术:

A、生产燃料乙醇: 资源不足,生产燃料乙醇容易引起与人畜争食。

成分

含量/%

甲烷

50-75

二氧化碳

25-50

硫化氢

0.001-4%

氨

0.001-0.1%

硅氧烷

微量-0.01%

氮气和氧

微量-10%

、生物质制沼气: 以瑞典、德国等欧盟国家采用表2 沼气的成分

生物质制沼气的办法,制定了《可再生能源电力指令》、

(RES-E),德国出台《可再生能源法》和《生物质条例》。

生物质发电得到迅速发展。

但是生物质制沼气生产规模小,生产周期长,占地

面积大、有废渣、废液。特别难以容忍的是沼气中含有

25-50%的CO2(表2),碳本来就是燃料,没有就变成温室气体是资源的极大浪费!

C、非粮生物质热解气化我国采用生物质热解气化发电技术,即部分生物质燃烧提供生物质热解的热量,热解产生的燃气用来发电,留下碳化物残渣就称为“生物炭”。据认为:“未来谁掌握了热解技术,谁就拥有了先导权与话语权”。

D、非粮生物质干馏气化本发明干馏与热解的差别,就在于我们是在隔绝空气的状态下把生物质干馏分解,然后燃烧干馏后的碳化物残渣,提供全部生物质干馏的热量,同时把燃烧产生的CO2还原为CO,生物质全部变成燃气,所以产气量倍增,经济效益倍增;还突破大型化技术难题。我们掌握的生物质干馏气化技术比热解气化热气更先进、效益更高,必将引领生物质新能源制气技术的新潮流。

附表日本和其它国家垃圾焚烧设施二噁英排放标准

国家或地区

排放标准(ngTEQ/m3)

对象

换算基准

日本

新建: 0.1

旧有:(1997.11.30前)1.0

德国

0.1

新建(1991以后)旧有(1996达到)

O2=11%