废弃物资源化能源化利用

针对我国生活垃圾和危险废物焚烧处理稳定性不高、二次污染突出的问题，围绕固体废物减量化、无害化和资源化处理的迫切需求，开展先进高效固体废物热处置、热能高效利用、高效烟气净化、二恶英解毒和重金属稳定化、飞灰和炉渣安全处置等技术、工艺、装备的研发和工程化，突破垃圾机械生物预处理、大容量垃圾炉排和循环流化床高效焚烧、多段式垃圾热解气化、二恶英全过程控制及在线检测、飞灰重金属解毒等关键技术，提升我国垃圾和危险废物焚烧处理技术的自主创新能力，促进垃圾和危险废物焚烧处理领域的快速健康发展，形成垃圾和危险废物焚烧处理装备的核心竞争力，在能量利用效率和污染物检测控制方面达到国际领先水平，在垃圾和危险废物焚烧处理的国内和国际市场占得重要地位。

研究方向主要包括：

1）垃圾源头提质技术

（1）高含水率垃圾机械生物预处理技术

针对中国垃圾含水率高、热值低，直接入炉造成燃烧不稳定的问题，开发垃圾机械生物联合处理（MBT）技术，分析MBT参数对垃圾中Cl、N、S、Na、K和重金属等元素的物理形态演化和水分迁移的耦合影响特性，研究好氧微生物处理的最佳条件，利用微生物好氧过程产生的生物热，去除垃圾中的水分，并探索与分拣、破碎等机械处理相结合的最佳方式，以提高热能利用率、降低焚烧过程污染物排放。

（2）渗滤液处理和除臭技术

针对垃圾预处理过程产生的渗滤液，开发基于新型流化床反应器并结合微泡曝气技术的垃圾渗滤液厌氧好氧联合处理工艺，研究渗滤液成分对生化反应的影响规律。开发垃圾渗滤液蒸发浓缩-浓缩液焚烧综合处置技术，确定最佳运行工况。开发生物过滤吸附+低温等离子体联合臭气处理技术，解决垃圾渗滤液处理和垃圾堆放的除臭难题。

（3）衍生燃料高值化制备技术

开发包括破碎、分选、干燥、混合添加剂和成型设备的垃圾衍生燃料（RDF）高值化制备技术，研究RDF衍生燃料在炉排炉和流化床焚烧锅炉的燃烧技术，探索焚烧温度、过剩空气系数、一次风/二次风配比、混烧比、添加剂的种类和含量等对RDF燃烧后污染物生成的影响规律。 

2）垃圾先进燃烧技术

（1）垃圾循环流化床燃烧技术

针对我国垃圾组分特征及发展变化趋势，研究大型循环流化床生活垃圾焚烧技术，单台处置规模达到800t/d 以上，蒸汽参数达到高温高压。基于多相流CFD数值模拟技术，研究大容积循环流化床的均匀布风设计及在不同的循环倍率下炉内的流场结构优化。研究大容积循环流化床锅炉内颗粒浓度分布规律及传热传质模型。研究大型循环流化床锅炉的均匀给料方式及炉膛二次风及尾部受热面的设计优化。研究高温烟气中颗粒的脱出技术及受热面的防磨和防腐。

（2）垃圾炉排炉燃烧技术

针对我国现有往复和振动炉排结构特点，开发750t/d以上规模炉排垃圾焚烧技术。研究研究具有耐磨，耐温特性的模块化炉排片。研究大面积炉排的分区优化和液压驱动设计，实现多个驱动模块之间配控制，基于受力分析，研究炉排传动部件的优化设计。研究炉排大型化后垃圾横向，纵向混合优化及停留时间对气相污染物和底渣含碳量的影响。基于CFD模拟研究大型往复和振动炉排炉膛结构的设计优化，研究一、二次配风的优化。

3）垃圾热解气化技术

（1）垃圾衍生燃料热解技术

建立适合热解资源化利用的衍生燃料组分等级控制标准。研究不同等级衍生燃料的热解特性，特别是在不同升温速率，不同终温条件下衍生燃料的热解分布规律。开发衍生燃料热解制油、热解制气和制造生物碳的反应器模型，研究衍生燃料的定向催化热解技术及热解过程中污染物，特别是氯和重金属的迁移规律。

（2）垃圾流化床气化技术

基于生活垃圾典型组分的气化特性，研究流化床生活垃圾气化技术，掌握垃圾颗粒大小、气化温度、气化介质、化学当量比对气化产物的影响规律。研究气化过程中关键污染物，特别是二恶英的生成规律。研究重金属在不同过量空气系数和温度下的迁移机制，以及飞灰和底渣中重金属的浸出毒性。开发适合我国生活垃圾特性的流化床空气气化工艺方案。研究垃圾气化与飞灰熔融相结合的两段式耦合气化技术。

（3）垃圾移动床直接气化熔融技术

针对混合原始垃圾特性，开发移动床直接气化熔融技术。研究适合我国垃圾特性的上吸和下吸式移动床炉体结构，研究炉膛堆高、直径对气化产物的影响，特别是气化介质布置对气化产物中焦油的影响。研究气化气的直接燃烧实现飞灰熔融，研究移动床气化过程中气化介质的均匀分配技术，实现固定碳的完全燃尽。研究气化过程中多环芳香烃和二恶英的生成特性。研究气化底渣中重金属的浸出毒性及底渣的稳定化技术。研究熔融飞灰制取微晶玻璃实现资源化利用。

（4）垃圾气化气催化提质技术

针对不同垃圾组分气化产物中杂质的成分，特别是焦油组分，研究气化气的催化提质技术，满足后续内燃机、燃气轮机内高值化利用的需求。掌握不同垃圾气化后气化气中焦油的组分特性，重点研究白云石、橄榄石等碱土金属，镍、铁以及焦炭等催化剂在不同温度下的催化提质效果。研究气化气中飞灰的高温脱除技术。研究气化气中氯化物的高温脱除和净化技术。

4）危险废物焚烧技术

（1）危险废物两段式燃烧技术

基于我国危险废物特征，研究基于回转窑+二燃室的两段式危险废物焚烧技术。开发适应多形态废物的进料技术，满足固态、液态、半固体膏状、桶装及袋装和少量气体等不同形态物料的均匀给料。基于单组份的焚烧特征，研究混合危险废物的配伍技术，实现稳定着火和焚烧。研究危险废物焚烧的防结焦技术，特别是焚烧高含盐废物时，窑内温度的控制技术。研究焚烧炉内脱酸技术及受热面的防腐蚀途径，开发适应复杂组分、具有防腐功能和炉渣自清除技术的新型回转窑焚烧技术。基于高温介质温度场重建及特征污染物监测信息反馈的燃烧控制优化技术，实现危险废物焚烧二恶英全过程控制和烟气联合净化。

（2）危险废物工业窑炉共处置技术

开发危险废物在煤粉炉、循环流化床燃煤锅炉和水泥窑等工业窑炉中的共处置技术，研究危险废物工业窑炉处置技术的潜力和相容性，以及危险废物工业窑炉共处置过程中污染物迁移转化规律，同时开展危险废物工业窑炉共处置技术的工程试验，为危险废物工业窑炉共处置技术的应用和推广打下基础。

（3）高含盐高浓度有机废液焚烧处置技术

开发流化床一燃室和循环流化床二燃室耦合的高含盐高浓度有机废液焚烧技术。研究有机废液中不同有机物（如含硫、氮、磷等有机物）在流化床一燃室中的焚毁去除率，以及硫、氯、氮、磷等元素在焚烧过程中的转变与迁移规律。探索流化风速对有机废液流化床焚烧处置的影响，开发低流化风速焚烧技术，减少一燃室的夹带扬析和进入二燃室及之后系统的结晶盐。研究床料的物理化学特性，开发分离技术将床料中结晶盐与石英砂分离，从而实现石英砂的循环使用，降低石英砂的消耗，减少排渣量，同时实现有机废液中盐的回收利用。

5）热能高效利用技术

（1）高温高压垃圾焚烧锅炉技术

针对目前炉排焚烧炉蒸汽参数普遍采用3.82MPa、400℃，循环流化床焚烧炉蒸汽参数普遍采用3.82MPa、450℃的现状，通过结合垃圾预处理和衍生燃料高值化制备技术，把垃圾制备成为去除金属和玻璃等不可燃物，同时降低垃圾中的水分和氯含量，开发高温高压垃圾循环流化床锅炉技术，以提高垃圾电厂热能利用率。

（2）垃圾电厂节能降耗技术

针对目前循环流化床垃圾电厂风机电耗高，导致垃圾电厂厂用电率高的问题，开发低压降的循环流化床布风装置。优化垃圾预处理和衍生燃料高值化制备技术，进一步降低垃圾预处理系统电耗，从而提高垃圾电厂的发电效率。

6）烟气净化技术

（1）烟气常规污染物排放控制技术

采用具有除尘、烟气再热和吸收剂回送一体化功能的新型多元组合集成系统、高颗粒浓度受控反应塔等策略，利用多级增湿结合多组分高活性复合吸收剂，研究烟气中硫硝汞等污染物、吸收剂及活性添加组分的相互作用机制和规律，开发高效脱硫技术。研发高效烟气催化脱硝技术，探索适合复杂垃圾及运行工况的系列高效脱硝催化剂配方、催化剂再生改性、混合及反应过程耦合强化等技术。

（2）重金属污染物定向诱导技术

研究垃圾和危险废物在焚烧烟气中重金属化学价态和物理赋存的迁移变化规律，掌握气氛、温度等关键参数对重金属化学价态和气固相分配的影响，探索重金属化学价态的无毒化定向诱导和稳定脱毒机制，通过调节气氛和温度实现重金属的定向诱导。

（3）多种污染物协同脱除控制技术

针对垃圾焚烧炉烟气中污染物成分复杂，烟气净化系统复杂、成本高等问题，研发利用臭氧等强氧化性活性分子基团实现协同脱除烟气中多种污染物的技术，实现硫氧化物、氮氧化物、汞等多种污染物的协同脱除和烟气净化。研究开发活性分子喷入反应器及污染物多脱综合反应塔装备。研究开发有机结合多种现有技术如酸性气体脱除技术、催化技术、布袋除尘技术、吸附技术等的新型垃圾焚烧烟气净化系统及装备，全面控制垃圾焚烧炉的硫氧化物、氮氧化物、颗粒物、重金属及二恶英等的排放。

（4）等离子体催化污染物控制技术

针对焚烧过程产生的烟气污染物，采用低温等离子体耦合催化协同处理的方法进行污染物控制技术开发。针对后催化和内催化两种耦合方式，探索低温等离子体与催化耦合降解烟气污染物机理，研究系统参数对降解效果的影响及优化途径，并对内催化-后催化联合形式低温等离子体与催化耦合降解烟气污染物开展探索性研究。最终开发出适合我国垃圾焚烧烟气污染物控制的等离子体催化协同处理技术。

7）二恶英在线检测和控制技术

（1）焚烧过程二恶英阻滞技术

针对垃圾焚烧炉燃烧区二恶英合成及燃后区二恶英低温再生成的特点及控制难题，研究开发能在燃后区烟气冷却过程中有效阻滞二恶英再生成的成套技术与装备。研究开发廉价高效的新型钙基、硫基、硫氮基二恶英阻滞剂，研究开发适合于阻滞剂高效喷入焚烧系统高温区、低温区的精确定量给入装备，形成垃圾焚烧过程高、低温全过程阻滞二恶英的技术工艺及装备，有效降低焚烧炉内及余热锅炉系统的二恶英排放负荷，减轻焚烧烟气净化系统的二恶英控制负担。

（2）焚烧烟气二恶英末端控制技术

针对垃圾焚烧烟气中二恶英生成机理复杂、影响因素众多的问题，研究开发能确保焚烧烟气二恶英排放达标的末端控制技术及装备。改进和提升传统的活性炭喷射结合布袋除尘的二恶英吸附脱除技术，研发具有精确定量给料功能的活性炭粉末喷入技术及装备，开发具有高效选择性吸附特性的二恶英专用改性活性炭，研发适合于大型生活垃圾焚烧炉的活性炭喷射结合双（多）布袋除尘技术；研发适合于我国生活垃圾焚烧特性的二恶英低温（低于200℃）催化降解技术，研制具有低温活性的催化剂，开发具有显著节能效果的二恶英低温催化反应塔；研究催化技术与过滤除尘技术相结合的催化布袋技术，研制催化布袋的关键材料及加工工艺，研发及验证催化布袋技术及装备的效果。

（3）二恶英在线检测技术

针对当前垃圾焚烧炉二恶英排放检测完全采用离线检测方法，检测频率低、耗时长、费用高且无法起到指导焚烧炉运行降低二恶英排放等难题，研究开发可用于实时检测垃圾焚烧炉排放烟气中二恶英含量的检测方法、技术及装备；开发可实时进行样品采集的烟气预处理系统，经过短时烟气预处理后的烟气可输出进行二恶英实时检测；开发应用可调谐激光联合飞行时间质谱技术的二恶英实时检测分析系统，实现对烟气中的微量、痕量有机污染物进行快速、准确的分析；研究建立烟气中微痕量二恶英前驱物与二恶英的关联关系，为二恶英在线检测技术的实现提供精确适用的关联模型；研发可用于生活垃圾焚烧炉焚烧烟气长期等速采样的装置，长期采集样品通过离线分析可实现对焚烧炉长期运行时二恶英排放均值的检测和监督。

8）灰渣安全处置技术

（1）飞灰中二恶英解毒技术

针对焚烧过程中的布袋除尘器飞灰中二恶英含量高的问题，开展飞灰水洗结合机械化学法、微波水热法研究，分析水洗过程对后续采用机械化学法或微波水热法实现飞灰中二恶英解毒的影响，研究机械化学法固化飞灰中重金属和协同处置二恶英的机理，建立飞灰水洗结合机械化学法和微波水热法实现飞灰中二恶英解毒技术的技术路线。

（2）飞灰中重金属稳定化技术

针对焚烧过程中的布袋除尘器飞灰，开展水洗过程对飞灰氯盐及重金属析出行为的研究。对水洗后的飞灰，结合新型固化添加剂，研究飞灰中重金属的机械化学法固化稳定化技术及工艺装备。在原有水热法处置垃圾焚烧飞灰基础上，进一步开展微波提取、固化、烧结、脱除垃圾焚烧飞灰中重金属方面的实验研究，探索微波处置实现飞灰中重金属无害化甚至资源化的新思路。

（3）炉渣和飞灰安全处置利用技术

针对焚烧过程中的炉渣，开展提取炉渣中的高附加值的金属，实现炉渣资源化利用的技术研究。针对布袋除尘器飞灰，首先通过机械化学处置对其进行二恶英降解和重金属固化处置，脱毒后飞灰将通过利用水泥和螯合剂制备免烧砖、路基、路堤以及建材的骨料等实现资源化。同时利用改进的BCR多级连续提取法分析资源化前后重金属的形态分布，通过风险评估准则和内梅罗综合污染指数对重金属的环境风险和生物有效性分别进行单因素和综合性评估。探索出最佳的炉渣和飞灰安全处置利用技术。