在這里，新能源實(shí)現(xiàn)更為有效的開(kāi)發(fā)：波動(dòng)的太陽(yáng)能可以穩(wěn)定發(fā)電，綠色氫能能夠高效便捷低碳制取。
在這里，傳統(tǒng)化石能源得到更為清潔的利用：煤炭可實(shí)現(xiàn)分級(jí)清潔高效轉(zhuǎn)化，燃煤電廠和煤化工廠等排出的二氧化碳等還可以被微藻或特殊的化學(xué)制品高效“捕捉”、吸收。
在這里，就連生活垃圾、污泥、秸稈等，也可以搖身一變，成為可利用的清潔能源，如電能、熱能。
……
這里是能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。科研人員數(shù)年如一日，努力探尋實(shí)現(xiàn)能源清潔、低碳、高效、智能發(fā)展利用的有效路徑。
記者帶您走進(jìn)位于浙江大學(xué)的能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，探訪科研人員如何通過(guò)科技創(chuàng)新變“廢”為寶，實(shí)現(xiàn)固體廢物的能源化資源化利用。
垃圾里的西瓜皮、菜葉、紙張、塑料等都是“寶貝”，經(jīng)過(guò)處理成為電能，進(jìn)入千家萬(wàn)戶
杭州蕭山錦江綠色能源有限公司三面環(huán)水，綠樹(shù)成蔭……如果不是廠區(qū)門(mén)口顯示屏上的輪播信息，人們很難將其與垃圾焚燒發(fā)電廠聯(lián)系在一起。
在這里，垃圾的傳統(tǒng)概念被顛覆，西瓜皮、菜葉、紙張、塑料等都是“寶貝”。它們經(jīng)儲(chǔ)存降解、焚燒處理、能量轉(zhuǎn)換等諸多復(fù)雜的環(huán)節(jié)后，成為電能，進(jìn)入千家萬(wàn)戶。據(jù)了解，這一垃圾焚燒發(fā)電廠可實(shí)現(xiàn)日“吞”垃圾1700噸，年“吐”電能1.5億度。
如今，像這樣的垃圾清潔焚燒發(fā)電廠在我國(guó)并不鮮見(jiàn)。垃圾清潔焚燒處置也成為不少地方推進(jìn)“無(wú)廢城市”建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。
“焚燒發(fā)電目前被視為實(shí)現(xiàn)垃圾無(wú)害化、減量化和資源化處置的重要手段。”浙江大學(xué)黨委常委、副校長(zhǎng)，能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、固體廢物能源化清潔利用技術(shù)與裝備國(guó)家工程研究中心主任嚴(yán)建華告訴記者。
眾所周知，人類(lèi)在生產(chǎn)生活過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生垃圾。這個(gè)“垃圾”是一個(gè)廣義的概念，主要是指固體廢物，如生活垃圾、建筑垃圾、工業(yè)垃圾、危險(xiǎn)廢物、污泥，等等。可以說(shuō)，我們每個(gè)人都是垃圾的制造者。這些垃圾如果處置不當(dāng)，會(huì)給大氣、水、土壤等帶來(lái)嚴(yán)重污染。
一頭連著減污，一頭連著降碳。如何無(wú)害化、減量化和資源化處置這些固體廢物，是生態(tài)文明建設(shè)的重要內(nèi)容，也是能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的重要研究方向之一。
“垃圾是放錯(cuò)地方的資源。”這是致力于這一領(lǐng)域研究30余年的嚴(yán)建華常常說(shuō)的一句話。
據(jù)介紹，對(duì)于無(wú)法回收利用的垃圾而言，主要有兩種處理方式：填埋、焚燒。填埋的弊端顯而易見(jiàn)：隨著城鎮(zhèn)化不斷發(fā)展，垃圾填埋量不斷增加，“垃圾圍城”不可避免，而且填埋不當(dāng)還容易產(chǎn)生污染隱患和安全隱患。焚燒便成了重要的垃圾處置方式。
在能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室成員、浙江大學(xué)能源工程學(xué)院副院長(zhǎng)黃群星看來(lái)，2012年之后，我國(guó)的生活垃圾焚燒處理進(jìn)入了一個(gè)高速增長(zhǎng)期。
《2020年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示，2020年全國(guó)城市生活垃圾焚燒廠共有463座，焚燒處理能力超56萬(wàn)噸/日。當(dāng)年我國(guó)垃圾焚燒處理率由2006年的14%提高至約60%，成為主流的垃圾處理方式。而根據(jù)國(guó)家發(fā)展改革委、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《“十四五”城鎮(zhèn)生活垃圾分類(lèi)和處理設(shè)施發(fā)展規(guī)劃》，到2025年底，全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾焚燒處理能力將達(dá)到80萬(wàn)噸/日左右，城市生活垃圾焚燒處理能力占比65%左右。
當(dāng)前，我國(guó)一些城市已經(jīng)實(shí)現(xiàn)生活垃圾“零填埋”，垃圾處理進(jìn)入“焚燒時(shí)代”。如浙江，自2021年起，除應(yīng)急處置外，全省49個(gè)垃圾填埋場(chǎng)全面終止作業(yè)，成為我國(guó)首個(gè)實(shí)現(xiàn)生活垃圾總量“零增長(zhǎng)”、處理“零填埋”的省份。
“現(xiàn)在的垃圾焚燒發(fā)電廠，早已經(jīng)不是人們傳統(tǒng)印象里臭氣熏天的模樣，得益于現(xiàn)代技術(shù)創(chuàng)新，有的儼然是一個(gè)現(xiàn)代化的智能工廠，有的則成為群眾競(jìng)相打卡的環(huán)保公園。”能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室池涌教授說(shuō)，垃圾焚燒之后不僅實(shí)現(xiàn)了廢物減量，而且焚燒產(chǎn)物還可以實(shí)現(xiàn)無(wú)害化能源化資源化利用。
突破了生活垃圾循環(huán)流化床焚燒、二噁英全過(guò)程控制及檢測(cè)、飛灰重金屬解毒等關(guān)鍵技術(shù)
浙江大學(xué)玉泉校區(qū)圖書(shū)館的北面，就是能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。
環(huán)形的辦公樓中間，矗立著諸多造型各異的“大家伙”——一臺(tái)臺(tái)大型實(shí)驗(yàn)臺(tái)架。遠(yuǎn)遠(yuǎn)望去，如同一個(gè)大車(chē)間。
有用來(lái)燃燒煤粉的，有用來(lái)脫硫、去污的，還有專(zhuān)門(mén)用來(lái)焚燒垃圾的……正是在這些“大家伙”的幫助下，實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了各項(xiàng)能源清潔利用的研究，探索出一條高效、清潔利用能源的環(huán)保之路。
“在這個(gè)實(shí)驗(yàn)室，我們可以實(shí)現(xiàn)生活垃圾、危險(xiǎn)廢物、污泥等不同固體廢物的焚燒發(fā)電全過(guò)程試驗(yàn)。”黃群星告訴記者，在浙江大學(xué)玉泉校區(qū)西北方向30多公里處的青山湖能源研究基地，也有不少大型實(shí)驗(yàn)臺(tái)架和先進(jìn)分析測(cè)試儀器，“那里的生活垃圾焚燒發(fā)電試驗(yàn)平臺(tái)更大，占地面積約有一個(gè)籃球場(chǎng)大小，可以實(shí)現(xiàn)每天12噸的生活垃圾清潔焚燒。”
那么，既然是清潔焚燒，焚燒產(chǎn)生的廢氣、廢水、廢渣去哪兒了，會(huì)不會(huì)造成二次污染？令人聞之色變的燃燒產(chǎn)物——二噁英如何處理？
“這正是我們研究團(tuán)隊(duì)攻克的重點(diǎn)和難點(diǎn)。”面對(duì)記者的疑問(wèn)，嚴(yán)建華解釋道，垃圾焚燒處理并不難，難的是要實(shí)現(xiàn)環(huán)保達(dá)標(biāo)、提高焚燒和發(fā)電效率。
對(duì)此，實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)圍繞固體廢物先進(jìn)高效熱處置、熱能高效利用、煙氣高效凈化、二噁英解毒和重金屬穩(wěn)定化、飛灰和爐渣安全處置等方面，開(kāi)展了技術(shù)、工藝、裝備的研發(fā)和工程化應(yīng)用，突破了生活垃圾循環(huán)流化床焚燒、污泥脫水干化焚燒、危險(xiǎn)廢物回轉(zhuǎn)式多段熱解焚燒、二噁英全過(guò)程控制及檢測(cè)、飛灰重金屬解毒等關(guān)鍵技術(shù)。其中，生活垃圾、污泥和危險(xiǎn)廢物焚燒技術(shù)先后榮獲國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。
記者了解到，垃圾的組分復(fù)雜，不同組分間熱化學(xué)特性、水分含量等差異很大，這給高效清潔穩(wěn)定焚燒提出了巨大挑戰(zhàn)。因此，垃圾的清潔焚燒不是簡(jiǎn)單地一燒了之，而是有一套嚴(yán)格細(xì)致的工藝流程。
以生活垃圾清潔焚燒為例。在焚燒前，生活垃圾需經(jīng)堆放預(yù)處理降低含水率，或進(jìn)行破碎等處置，然后被抓取傳送至焚燒爐內(nèi)焚燒，焚燒過(guò)程中產(chǎn)生的高溫?zé)煔猓梢酝ㄟ^(guò)傳熱將水變?yōu)楦邷亍⒏邏赫羝?qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。與此同時(shí)，垃圾焚燒還會(huì)產(chǎn)生一些污染物，比如一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫等常規(guī)氣體污染物，汞、鎘、鉛等重金屬，多環(huán)芳烴、二噁英等特殊有機(jī)污染物，還有爐渣、飛灰等，“不同組分的焚燒物，生成的污染物不同”。
“爐渣可用于制磚，有害煙氣、飛灰等則需經(jīng)尾部?jī)艋b置和粉塵過(guò)濾系統(tǒng)處置達(dá)標(biāo)才可排放。”據(jù)嚴(yán)建華介紹，他們提出了“源頭減量、過(guò)程阻滯、脫除降解、監(jiān)測(cè)反饋”全過(guò)程控制二噁英等污染物生成和排放的全新理念。
研究驗(yàn)證，垃圾焚燒后的煙氣在850℃以上的高溫環(huán)境中停留兩秒，二噁英就會(huì)分解。“而要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，需根據(jù)垃圾的熱值設(shè)計(jì)爐型、保障工況穩(wěn)定，分解率可超99%。另外，垃圾充分燃燒后，還會(huì)采用一些吸附或催化降解技術(shù)來(lái)去除低溫下再生的二噁英等污染物，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處置。”能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室陸勝勇教授介紹，目前這些技術(shù)已經(jīng)比較成熟。
人工智能、大數(shù)據(jù)，讓垃圾焚燒發(fā)電更加綠色高效
雖然正值暑期，浙江大學(xué)能源工程學(xué)院博士研究生何俊捷并沒(méi)有離校。
7月28日一早，他就到了實(shí)驗(yàn)室(玉泉校區(qū))。記者聯(lián)系到他時(shí)，他正借助熱重分析儀、質(zhì)譜儀等設(shè)備，研究炭黑顆粒的生成機(jī)理。
據(jù)介紹，隨著垃圾分類(lèi)的不斷推進(jìn)，對(duì)垃圾焚燒設(shè)備和技術(shù)、控制條件、污染物凈化處置系統(tǒng)等也提出了更加精細(xì)化的要求。
“我們需要根據(jù)不同固廢的特性，對(duì)設(shè)備和技術(shù)作出相應(yīng)的調(diào)整優(yōu)化，才能更有效地減排增效。”何俊捷告訴記者，借助人工智能、大數(shù)據(jù)等手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)給料系統(tǒng)、爐排運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)和煙氣凈化系統(tǒng)全流程的智能診斷控制，將會(huì)大大提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和垃圾發(fā)電的噸發(fā)電量，讓垃圾焚燒發(fā)電更加綠色高效。
對(duì)爐內(nèi)火焰溫度場(chǎng)、垃圾組分、料層厚度進(jìn)行在線實(shí)時(shí)測(cè)量，對(duì)爐內(nèi)燃燒狀態(tài)進(jìn)行智能識(shí)別，對(duì)燃燒系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行智能診斷、實(shí)時(shí)優(yōu)化……一系列智能自動(dòng)控制技術(shù)得到研發(fā)應(yīng)用。
云南昆明，每天約產(chǎn)生8000噸生活垃圾。其中40%以上的生活垃圾會(huì)送到浙能錦江環(huán)境昆明西山垃圾發(fā)電廠和五華垃圾發(fā)電廠處置。
850℃是生活垃圾能夠?qū)崿F(xiàn)清潔焚燒的關(guān)鍵指標(biāo)。過(guò)去，為了確保燃燒溫度穩(wěn)定，垃圾焚燒監(jiān)控員必須每5秒調(diào)整一次參數(shù)。如今，昆明西山生活垃圾發(fā)電廠給生活垃圾焚燒系統(tǒng)裝上了“大腦”后，焚燒監(jiān)控員的雙手解放了。如果設(shè)備出現(xiàn)故障，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，這時(shí)再人工介入調(diào)整就可以了。
不僅如此，能源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“可調(diào)諧激光光譜結(jié)合飛行時(shí)間質(zhì)譜在線監(jiān)測(cè)二噁英的方法”，在國(guó)際上首次獲得垃圾焚燒爐168小時(shí)二噁英排放的連續(xù)檢測(cè)圖，解決了二噁英實(shí)時(shí)在線快速測(cè)量的世界性難題。
“系統(tǒng)可以在一定周期內(nèi)無(wú)間隙獲取二噁英實(shí)時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)積累與分析，不斷反饋優(yōu)化焚燒運(yùn)行及清潔生產(chǎn)，提升垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行水平。”嚴(yán)建華告訴記者，該方法剛剛獲得了第二十三屆中國(guó)專(zhuān)利金獎(jiǎng)。
目前，該專(zhuān)利技術(shù)已在浙江、山東、重慶等多地垃圾焚燒處理項(xiàng)目中得到應(yīng)用。
本報(bào)記者 王珍