背景与现状

    能源是非常广泛的一个范畴。当前社会，无论是全球气候变暖还是发展可再生能源的话题，都是人类在积极探索如何实现地球的可持续发展。当前我们大量采用的是不可持续的矿物能源，如煤、天然气、石油等。如何开发可再生能源，即可持续发展能源，是当前备受关注的热点问题。今天我报告的主题——废弃物实际上就是是典型的可持续发展能源。因为在人类的生活过程当中、在社会活动当中产生了大量的、各种各样的废气物。除了大量的工业废弃物还有生活垃圾、农业废弃物等等。

    据统计，中国约有600多个城市，一年会产生1.5亿多吨生活垃圾。这些垃圾到哪里去了呢？目前主要是从城市转移到城郊。农村的废弃物也是一个大问题，我国每年农作物秸秆中，大约50%直接在柴灶上燃烧，还有40%左右秸秆被就地随意燃烧，不但造成了资源的极大浪费，而且焚烧秸秆的烟雾也对大气环境造成了严重污染。此外，污水处理设施的建设一直存在“重水轻泥”的思想，污泥大多进行简单的堆放或填埋，对环境造成二次污染，也侵占大量土地。

   中国的很多城市是垃圾包围着城市，这是一个可怕的景象。这样无序的排放会产生大量的污染，造成土壤、水、大气的污染，而开放式燃烧产生大量的二恶英污染物，对人类的健康有很大的影响。而要解决这些问题就需要现代清洁燃烧技术，当前中央政府非常重视这一问题。在垃圾以及废弃物的无害化、能源化利用过程当中，其实有很多交叉学科的问题，这其中也有一些没有完全解决的问题需要我们思考。

    我1991年从加拿大回来，开始投身废弃物燃烧的研究工作，开始关注我们国内的废弃物燃烧发展。当时中国还没有自己的垃圾发电厂，唯一的垃圾发电厂位于深圳，是引进德国的技术，设备价格昂贵且不适于中国国情，难于推广。原因在于国外的垃圾处理水平较高，其可燃物也高。而中国的垃圾纷繁复杂，且地域差异大。

    现在经过大家的努力，目前中国的垃圾约有10%是可用于燃烧发电。从能源的角度来讲，相当于200多万吨的标煤。所以，在解决垃圾环境问题的同时进行能源化利用，对于解决当前全球的清洁污染问题是非常积极有益的。

    基于这一考虑，尽管过去几年发展得比较慢，但是从2005年开始，我们垃圾能源化的进程大大的提高。2011年3月份，温总理专门主持国务院常务会议，推动垃圾燃烧发电的问题。

    我们挑战在哪里？我觉得非常困惑的一点，一方面从管理专家的角度来讲，希望垃圾分类处理，但是就中国当前现状还很难做到。所以，面对如此复杂的中国垃圾国外的设备在中国大部分都水土不服，不能完全适应我们的需求。

    城市生活垃圾异重流化床焚烧技术及推广

   为什么选用流化床焚烧中国垃圾？因为其具有如下特点：（1）燃烧适应性强，适用于低热值、高水分、热值波动大的燃料焚烧；（2）炉内混合强烈，炉膛内温度场均匀，有利于控制污染物排放；（3）炉内燃烧强度和传热强度高，单位面积处理量大，投资省；（4）焚烧炉构造简单，炉内没有现在运动部分，使用寿命长；（5）启停方便、操作方面、运行稳定；（6）我国采用流化床技术处理低热值燃料技术方面在国际上处于领先的低位。
                 
                   

    目前为止，以浙大的循环流化床为主导的技术应用在国内很多地方，占据国内最大的市场占有率，超过1/3的垃圾处理是采用的这一流化床的技术。而且事实证明它是非常好的。
             
    浙江大学自1990年初开始这一技术的研发及应用，开发了异重循环流化床垃圾焚烧技术，研究了新型流化床中颗粒扩散模型，提出了新型流化床布风方式；缓解了过热器高温腐蚀问题，蒸汽温度可达450℃以上，提高了发电效果；通过控制燃烧温度降低了CL向HCL的转化，高浓度的飞灰吹扫，非常规的过热器布置方式。研制了单台垃圾处理量为150、200、250、300、350、400、500吨/天的各种焚烧锅炉，单台实际处理量可达600吨/天。系统地研究和初步探明了中国生活垃圾焚烧过程中多种污染物生成与控制规律，使污染物排放优于国际标准。研发了完整的生活垃循环流化床焚烧发电集成技术体系及装备。

    当前，已投运垃圾焚烧发电厂24座，焚烧锅炉61台，垃圾处理量达22050吨/天，发电机组477兆瓦。

    新一代尽零排放可燃固体废弃物高效能源化技术

   这一技术解决了中国的问题，解决了这么难烧的废弃物实现低污染的排放问题，排放标准实际上已达到欧盟的标准。但是我们还是想把目标定得高一点，比如说定到0.01，这个概念是排放气体扩散以后，它的本体的浓度对大气没有明显的影响。
         
                   
 
    2011年，浙江大学牵头承担了国家重点基础研究发展计划（973）项目——可燃固体废弃物能源化高效清洁利用机理研究。我们组织了10家单位，把能源、环境划分为不同的背景，在这个课题里做了很好的系统的整合。如果我们把原来做的循环流化床技术作为第一代技术的话，希望经过几年的工作我们能引进新的技术，包括气化、燃烧等方案，针对不同的废弃物进行分解。有一些我们可分类收集里面的高分子废料，来代替紧缺的石油资源，有一些可以气化来代替气化产物，就是所谓的热转化产物的高质化。提高整体的能源化利用水平，我们想把这个工作进一步做得细一点。
          
                     

    我们希望在未来废弃物的利用过程当中，实现全过程的控制。从源头控物开始，垃圾进来我们要给它配物，针对不同的垃圾组分加一点添加物，有的是催化剂。中间的控制过程当中也可以实现高效的转化。对于未完全转化的成分在尾部实现控制，用一些催化方剂、活性炭技术、等离子技术等进一步转化。

   （以上内容根据严建华教授于2011中国自动化大会上所做报告整理）

   严建华

    博士、教授、博士生导师。现为教育部“长江学者奖励计划”特聘教授、浙江大学副教务长、研究生院常务副院长，兼任浙江大学能源工程设计院院长、能源工程系主任、浙江省科协常委、浙江大学热能工程研究所“废弃物资源化清洁利用”研究室主任、能源清洁利用国家重点实验室学术委员。任中国工程热物理学会理事、中国电机工程学会洁净发电专委会副主任委员、浙江省节能协会副理事长、浙江省资源综合利用协会副理事长等职。入选国家百千万人才工程、原国家教委跨世纪人才、获国务院政府特殊津贴和浙江省有突出贡献的中青年专家称号。    

    摘自《自动化博览》2012年第一期