【基金标书】2011CB201500-可燃固体废弃物能源化高效清洁利用机理研究

项目名称： 可燃固体废弃物能源化高效清洁利用机理研究 首席科学家： 严建华 浙江大学 起止年限： 托部门： 教育部 浙江省科技厅 二、预期目标 （一） 总体目标 通过本项目研究，解决可燃固体废弃物能源化利用的关键科学问题，建立新一代可燃固体废弃物高效能源化利用集成理论，为解决我国城市可持续发展过程中存在的以生活垃圾为主体的可燃固体废弃物清洁处置和资源化利用重大需求问题提供科学指导，并在促进能源供应的多元化和减少污染物排放等方面做出贡献。 1）深化我国在 可燃固体废弃物高效清洁能源化利用方面的基础研究，拓展和丰富热化学转化的理论体系和方法，在低二恶英排放的热化学转化理论、二恶英、重金属等关键污染物的全过程排放控制，以及新一代近零排放的高效能源化利用集成理论等多方面取得突破。 2）以发展符合国家能源多样化和污染物近零排放等重大需求并且具有自主知识产权的新一代近零排放的高效能源化集成理论为目标，实现可燃固体废弃物能源化利用的高效率、目标产物的高值化、关键污染物的近零排放控制，形成若干具有自主知识产权的可燃固体废弃物处置创新成果，以克服传统的可燃固体废弃物直接焚烧 能源化处置过程中存在的潜在二次污染问题，积极发展新一代的可燃固体废弃物热化学利用模式。 3）在能源、环境、化学等学科交叉基础上，形成可燃固体废弃物高效清洁能源化利用学科新方向。建设具有示范意义的可燃固体废弃物高效清洁能源化利用研究平台。培养和造就一批在能源、资源与环境及相关领域的高层次专家和青年研究骨干，形成在该项目研究领域中有国际影响力的研究团队。 （二） 五年预期目标 1）掌握复杂组分可燃固体废弃物在还原 /氧化可控气氛下的热化学转化机理及交互影响规律，建立可燃固体废弃物高值化预处理调质和源头控污机制，探 索基于氧化剂调控的低二恶英排放热转化理论，指导形成可燃固体废弃物高效热处置集成理论，为相关技术的开发和系统优化提供理论支撑。 2）探明可燃固体废弃物在不同热化学转化条件下产物的性状、能源化特性以及关键污染物的生成、迁移机理，形成二恶英类物质的生成阻滞、定向诱导机理机制，初步掌握其在线检测方法，掌握重金属的全过程指纹图谱，探索重金属化学价态无毒化定向诱导机理，形成关键污染物的协同脱除新机制，为可燃固废废弃物能源化利用全过程污染物控制新机制的发展打下基础。 3）通过相关基础研究和实验验证，构建新一代近零排放的可 燃固体废弃物高效能源化利用集成模式。在高值化能源利用、低二恶英排放的热化学转化模式、关键污染物的全过程近零排放控制等方面形成 4 5 项核心技术， 4）在能源、环境、化学等多学科交叉和结合的基础上形成可燃固体废弃物高效清洁化利用学科新方向。 5）在研究领域内发表 索论文累计达 200 篇左右，出版专著 3 部以上，组织 1 2 次高水平的国际学术会议，申请 10 20 项发明专利，培养博士50 名以上，硕士 100 名以上。 三、研究方案 （一） 学术思路 以适合我国国情的可燃固体废弃物能源化高效清洁利用为目 标，从能源、环境、化学等学科交叉提出关键科学问题，深入了解我国复杂组分可燃固体废弃物的物理化学特性及其在还原 /氧化可控气氛下的热化学转化规律，通过气氛调控，研究以低二恶英排放为目标的可燃固体废弃物热转化机理，掌握关键污染物的化学价态和物理赋存的迁移变化规律，形成实现二恶英和重金属等关键污染物全过程排放控制新机制，研究不同控氧气氛下热转化过程的协同优化和热转化产物高值利用的新方法，并通过相关数值模拟和试验验证，获得新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用集成理论，为我国可燃固体废弃物的大规模能源化高效清洁 利用提供理论基础和科技指导，项目的总体研究思路见图 1。 图 1 课题研究学术思路框图 （二） 技术途径 项目的技术路线基于先进的仪器分析，依托机理性试验研究和验证性实验研究，并紧密结合理论分析和模型构建来完成，课题的研究技术思路如图 2。 1) 采用色质联用、热重分析、原子力显微镜等现代测试和分析仪器分析表征、热转化实验及计算机模拟相结合的方法，对可燃固体废弃物中单元组分的物理化学结构与特性做出较清晰的表征，建立污染物的指纹图谱数据库，为后续热化学转化与高品位利用提供理论基础。 2) 通过磁悬浮热天平、热 重红外联用、色谱质谱等装置对可燃固体废弃物中典型可燃组分进行热解气化动力学分析，建立单元组分的热反应动力学模型，重点考察碳氢化合物、金属和微量元素等对热反应的影响规律，揭示其在不同氧化 /还原气氛下的反应机理，分析可燃组分在热化学环境下的微观反应机理和宏观反应特征，以此来掌握可燃固体废弃物中多种组分在还原 /氧化可控气氛下的交互影响。 3) 基于可燃固体废弃物基元组分在不同控氧气氛下的热化学反应分析，研究复杂组分可燃固体废弃物在热解、气化、燃烧等典型热处理过程的多相流动力学、传热传质规律与化学反应机理，揭示各热 化学单元之间的耦合机制，形成基于氧化剂调控和能量优化匹配的高效热转化理论和方法。 4) 利用 高分辨色谱 飞行时间分析质谱对痕量 和微量 有机污染物 检测 分析 ，研究多组分可燃固体废弃物热化学转化过程中二恶英等持久性有机污染物的生成、转化和再合成规律以及关键影响因素，探索二恶英类污染物生成阻滞和非毒性诱导途径及基于等离子、臭氧等多途径耦合的分解方法。 5) 利用原子吸收光谱 /等离子光谱 高分辨理化分析测试方法，研究热化学转化残余物的物理化学结构，掌握灰渣中重金属的化学价态、物理分布和在 不同反应气氛下的环境毒理特性，探索基于物理包裹、晶格置换等多途径耦合的灰渣无害化低能耗高值化利用模式。 6) 从能量转化、物质转换和对环境的影响等方面，汇总上述各条技术路线的研究成果，探索可燃固体废弃物高效清洁能源化利用集成理论，并开展全过程污染物控制和能效评价，对热化学转化途径进行耦合优化集成和实验室验证，对发展高效、清洁的可燃固体废弃物能源化利用技术提供指导。 图 2 基础研究学术思想 （三） 创新点与特色 以复杂组分的可燃固体废弃物为主要对象，基于源头调质、气氛调控、过程阻滞、定向诱导、协同 优化等设想，构建废弃物规模化高效清洁能源化利用的理论与技术体系，研究其在控氧气氛下各组分的热化学转化机理，特别是关键污染物的生成迁移规律，探求低二恶英排放的热化学转化模式、实现关键污染物近零排放的全过程控制新理论和新一代近零排放的能源化利用集成理论是本项目的特点。与国内外在此领域的研究相比较，本项目通过能源、环境、化工等学科的结合和交叉形成主要创新学术思想，可望为开发具有自主知识产权的创新技术和规模化应用推广提供理论指导。在此基础上，形成可燃固体废弃物高效清洁利用的集成理论和若干拥有自己知识产权的技术创新体 系，这些技术可望有效解决我国城市化发展过程中迫切需要解决的以生活垃圾为主体的可燃固体废弃物的出路问题，改变现有的固废废弃物直接焚烧利用过程中潜在的二次污染现状，同时可以为我国城市能源供应的多元化发展和减少污染物排放做出贡献。 1) 思路特色 (a) 针对以城市生活垃圾为主体的可燃固体废弃物能源化高效清洁利用重大需求，从研究复杂组分理化特性出发，探索以低二恶英排放为目标的还原 /氧化可控气氛下可燃固体废弃物的热化学转化规律、关键污染物的全过程排放控制以及新一代近零排放的高效能源化利用集成理论等三个科学问题。这三 个科学问题层层相扣，相互关联，科学问题的解决将极大地促进我国具有自主知识产权的可燃固体废弃物能源化清洁利用技术的发展。 (b) 围绕项目科学问题，开展能源、环境、化工等学科交叉研究，形成可燃固体废弃物高效清洁能源化利用新的方向。 (c) 通过相关基础研究，构建可燃固体废弃物高效清洁能源化利用集成理论和技术创新体系，在满足城市生活垃圾规模化可持续能源利用的同时，提高能量转换品质和效率，实现关键污染物的近零排放控制。 2)创新点 (a) 从可燃固体废弃物的复杂组分入手，探求可燃固体废弃物高值化预处理调质和污染物 的源头控制机制。 (b) 基于可燃固体废弃物中复杂组分在还原 /氧化可控气氛下的热化学反应机理和传热传质规律，探求通过热化学反应气氛的调控形成低二恶英类物质排放的新一代热化学转化模式。 (c) 基于关键污染物的生成、迁移机理的认识，建立二恶英生成过程阻滞、非毒性定向诱导以及生成后多途径耦合分解的排放控制新机制。基于化学价态和物理赋存的研究，建立重金属化学价态无毒化定向诱导和稳定脱毒新理论。通过研究热转化过程中污染物的交互影响，探求关键污染物协同脱除机制，实现可燃固体废弃物能源化利用过程中的近零排放。 (d) 针对可燃固体废弃物的规模化利用的需要，通过数值模拟和实验验证，基于源头调质、气氛调控、过程阻滞、定向诱导、协同优化等创新设想，建立新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用集成理论。 （四） 可行性分析 我国目前以城市生活垃圾为主体的可燃固体废弃物直接焚烧能源化利用解决方案存在着潜在的二次污染和能源转化效率低下等问题，而先进高效清洁的热化学转化新技术开发受到基础研究不足的制约，特别是由于废弃物组分的复杂性，导致能源化利用过程中低二恶英排放的高效热化学反应机理、关键污染物的全过程排放控制、新一代近零排放的 高效能源化利用集成理论等基础研究相当薄弱。深入研究这些基础问题，可望为可燃固体废弃物高效清洁能源化利用提供理论支撑。 （五） 课题设置 1) 课题设置思路 为了推动项目顺 利地实施，把前面提到的六项主要研究内容归结为三个层面，组织六个 课题进行分工研究。 以低二恶英排放为目标的还原 /氧化气氛下的热化学转换机理、热转化过程中关键污染物的全过程排放控制、以及适应我国可燃固体废弃物特性的新一代近零排放的高效能源化利用集成理论是本项目研究拟解决的三个关键科学问题。针对科学问题，本项目研究课题从三个层面进行设置。 这三 个层面分别是： 1)可燃固体废弃物中复杂组分物理化学特性的认识及低二恶英排放的热化学转化机理； 2)能源化利用过程中二恶英及重金属等关键污染物全过程排放控制； 3)高效能源化利用及热化学转换产物的高值化。三个层面相互联系，互相依托，将项目的研究目标和关键科学问题作为两条纵线贯穿三个层面的研究，并作为纽带把六个课题紧紧锁定在六个主要研究内容上。 在课题部署上，在第一个层面是整个项目研究的基础，主要安排了 2 个课题(课题 1 和课题 2)；第二个层面是项目研究的关键，也是实现第三方面内容的基础，在这个层面的研究中，部署了 2 个 课题 (课题 3 和课题 4)联合进行研究，在第三个层面的研究中，设置了课题 5。而课题 6 将其他课题的研究成果进行耦合集成及优化，形成新一代近零排放的适合我国可燃废弃物特性的高效能源化利用集成理论。 整个研究方案概括为三个层面、六个课题。六个课题有分工，有协作，也有多学科的交叉、融合，相互借鉴，形成一个有机整体。首席科学家和学术顾问、学术指导一起形成一个研究团队，在部署每一个课题所承担科研任务的同时，也明确了其在整个项目中的地位和作用，以及与其它课题的联系。 2) 课题之间的关系 各课题紧密围绕可燃固体废弃物清洁高效 能源化利用过程中所存在的三个关键科学问题，相互联系。课题 1 主要侧重于复杂组分可燃固体废弃的源头调质；课题 2 是以低二恶英排放为主要目标的热化学反应机理的研究，这两个课题是其他课题的研究基础，为课题 3 和课题 4 和课题 5 提供指导。课题 3 和课题 4 侧重于能源化利用的清洁性，其中课题 3 以实现二恶英的排放控制为研究目标，课题4 以重金属的排放控制和其它关键污染物协同脱除为研究目标，课题 5 侧重于能源化利用高值高效性，课题 6 将其他课题的研究结果进行集成，形成新一代近零排放的高效能源化利用集成理论。具体课题直接的关系见图 3。 图 3 课题关系图 3) 六个课题研究内容 课题 1、可燃固体废弃物的高值化预处理调质和源头控污机理 预期目标： (a) 获取可燃固体废弃物中复杂组分的化学性质和物理赋存特性 (b) 掌握可燃固体废弃物中污染物源头富集特征 (c) 在复杂可燃固体废弃物源头高值化预处理机制和污染物源头控制方面取得突破 (d) 探索复杂组分可燃固体废弃物多形态高值化利用机理、方法和途径 通过本 课题的研究，为复杂组分可燃固体废弃物新一代近零排放热转化机理研究提供基础数据支撑。预期发表 40 篇以上有影响的国内外学术期刊论文，其中 16 20 篇以上发表在 物。培养博士生 8 10 人，硕士生 10 12 人。参加和举办国际与国内学术会议，扩大我国在相关研究领域的国际影响力。 研究内容： 分析可燃固体废弃物中复杂组分的化学结构和物理赋存及热化学反应特性，研究可燃固体废弃物高值化转换方法和途径，探索机械、生物等低能耗调质机制，从源头提高能量品位。研究可燃固体废弃物中污染物的富集表征和交互影响规律，探索污染物的源头定向分离控污机制，为后续高效清洁能源化利用奠定基础。 (a) 可燃固体废弃物中复杂组分的化学价态和物理赋存 及热化学反应特性研究 (b) 可燃固体废弃物中污染物源头 及多形态高值化产物中污染物 富集特征 研究 (c) 低能耗、低排放多形态（固态、液态、气态）高值化转化机理、方法和途径研究 (d) 复杂组分可燃固体废弃物在 高值化 能源利用过程中的 污染物 排放预测模型 研究 经费比例： 21% 承担单位：中国科学院广州能源研究所、华南理工大学 课题负责人：陈勇 学术骨干：马晓茜、陆继东、郭华芳、汪小憨、赵增立 课题 2、以低二恶英排放为目标的还原 /氧化气氛下可燃固体废弃物热化学转化机理 预期目标： (a) 建立可燃固体废弃物中基元组分的热化学反应表征数据库 (b) 得到多尺度下可燃固体废弃物在不同控氧气氛中的热转化动力学模型 (c) 在低二恶英排放新一代热化学反应机制方面取得突破 通过本 课题的研究，为复杂组分可燃固体废弃物新一代近零排放热处置集成体系提供理论依据。预期发表 40篇以上有影响的国内外学术期刊论文，其中 1620 篇以上发表在 物。申请发明专利 2 项以上。培养博士生 8 10 人，硕士生 6 8 人。 研究内容： 建立适合我国可燃固体废弃物特性的组分热化学表征模型，掌握组分在不同氧化剂调控气氛下的热化学反应模型和不同尺度下的传热、传质机理，研究热化学反应 过程中的复杂组分的交互影响规律；探索热化学反应氧化剂调控对二恶英及其前驱物的影响和耦合关联特性，形成低二恶英排放的新一代热化学反应机制。 (a) 可燃固体废弃物的热化学反应表征 (b) 不同尺度下可燃固体废弃物中基元组分热化学反应动力学模型 (c) 氧化剂调控条件对热化学反应机理和二恶英生成的耦合关联特性 (d) 新一代低二恶英排放的热化学反应机制 经费比例： 14% 承担单位：清华大学、中国科学院青岛生物能源与过程研究所 课题负责人：张衍国 学术骨干：吴晋沪、蒙爱红、王志奇、高兴保 课题 3、可燃固体废弃 物热转化过程中二恶英的全过程排放控制 预期目标： (a) 建立复杂组分可燃固体废弃物热转化过程中前驱体与二恶英生成的定量关联模型。 (b) 建立基于生成阻滞、非毒性定向诱导、多途径耦合分解的二恶英排放控制新机制，使可燃固体废弃物能源化利用过程中二恶英的排放优于国际先进水平，达到 。 (c) 开发二恶英在线检测新方法 通过本 课题的研究，为复杂组分可燃固体废弃物二恶英类物质的近零排放控制提供理论与实验依据。预期发表 40 篇以上有影响的国内外学术期刊论文，其中 16 20 篇以上发表在 物。申请发明专利 5 项以 上。培养博士生 8 10人，硕士生 10 12 人。举办一次以上国际学术会议，扩大我国在相关研究领域的国际影响力。 研究内容： 研究二恶英在不同气氛和催化条件下的生成、分解和再合成规律，掌握关键制约因素；研究二恶英排放的定量预测模型，探索在线检测新方法；研究不同控氧气氛下可燃固体废弃物热化学转化过程中二恶英生成的阻滞和非毒性定向诱导机制，掌握二恶英生成后的多途径耦合分解方法；获取实现可燃固体废弃物能源化利用过程中二恶英近零排放的全过程控制新模式。 (a) 可燃固体废弃物能源化利用过程中二恶英的生成、分解规律 (b) 热转化过程中二恶英的非毒性定向诱导和生成阻滞机理研究 (c) 能源化利用过程中二恶英的多途径耦合分解机制研究 (d) 烟气中二恶英的在线检测新方法研究 经费比例： 16% 承担单位：中国科学院生态环境研究中心、浙江大学 课题负责人：严建华 学术骨干：李晓东、刘文彬、马增益、金余其 课题 4、可燃固体废弃物热转化过程中重金属的排放控制及关键污染物的协同脱除 预期目标： (a) 掌握可燃固体废弃物中重金属在不同控氧环境下热转化过程中的物理化学形态表征数据库。 (b) 掌握可燃固体废弃物热转化过程中重金属化 学价态的无毒化定向诱导机理。 (c) 掌握重金属和二恶英类等关键污染物在热转化过程中的协同脱除新机制。 通过本 课题的研究，为复杂组分可燃固体废弃物重金属的排放控制提供理论与实验依据。预期发表 40 篇以上有影响的国内外学术期刊论文，其中 16 20篇以上发表在 物。申请发明专利 5 项以上。培养博士生 8 10 人，硕士生10 12 人 研究内容： 研究可燃固体废弃物在能源化利用全过程中重金属化学价态和物理赋存的迁移变化规律；掌握热化学转化气氛、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新机制。研究不同控氧气氛下，重金属（如 ）化合物（如氯化物和氧化物等）对二恶英生成的催化机理，探索分段控温、控氧实现重金属和二恶英协同脱除的途径。 (a) 可燃固体废弃物能源化利用过程中重金属化学价态和物理形态转化规律 (b) 重金属化学价态的无毒化定向诱导和稳定脱毒机制研究 (c) 不同控氧气氛下热转化过程中重金属化合物对二恶英生成的催化机理 (d) 热转化过程中关键污染物的协同脱除途径 经费比例： 13% 承担单位：华中科技大学、同济大学 课题负责人：何品晶 学术骨干：张 军营、章骅、刘晶 课题 5、可燃固体废弃物高效能源化及产物高值利用机制 预期目标： (a) 掌握可燃固体废弃物多单元热化学转化的耦合机制 (b) 掌握还原性气氛下气相和液相热转化产物的高值利用途径 (c) 建立氧化性气氛下可燃固体废弃物热转化全过程协同优化机制 (d) 在灰渣等共性固相产物的高品质资源化方面取得突破 通过本 课题的研究，为复杂组分可燃固体废弃物热转化全过程优化和产物高值利用提供理论与实验依据。预期发表 40 篇以上有影响的国内外学术期刊论文，其中 15 20 篇以上发表在 物上。申请发明专利 4 5 项以上。培养博士生6 8 人，硕士生 6 10 人。 研究内容： 研究复杂组分可燃固体废弃物在热解、气化、燃烧等多单元热化学转化环境下的多相流动、传热传质与化学反应机制，探索高质高效热转化的耦合模式。研究还原性气氛 (热解、气化 )下气、液、固不同形态热转化产物的高值利用途径，以及氧化性气氛（燃烧）下可燃固体废弃物热转化的全过程优化模式。探索低能耗条件下提升灰渣等热转换产物资源化利用品位的新方法和新理论。 (a) 可燃固体废弃物热解、气化和燃烧多单元过程的耦合和优化机制研究 (b) 还原性气氛下可燃固体废弃物热转化 产物的高值利用研究 (c) 氧化性气氛下热化学转化全过程协同优化研究 (d) 灰渣等共性产物的低能耗资源高值化途径研究 经费比例： 18% 承担单位：华中科技大学、东南大学 课题负责人：金保昇 学术骨干：徐明厚、姚洪、黄亚继、钟文琪 课题 6、新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用集成理论和系统优化 预期目标： (a) 建立适合我国可燃固体废弃物特性的新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用集成理论 (b) 开发可燃固体废弃物能源化利用的全过程计算模拟仿真和实验验证平台 (c) 掌握新一代近零排放 的可燃固体废弃物高效能源化利用集成理论的优化机制 通过本 课题的研究及对整个项目研究结果的融合，建立新一代近零排放的可燃固体废弃物规模化高效清洁利用集成理论。预期发表 30 篇以上有影响的国内外学术期刊论文，其中 15 20 篇以上发表在 物上。形成具有自主产权的软件 1 2 套，申请发明专利 3 5 项。培养博士生 6 8 人，硕士生 6 10 人。举办一次以上国际学术会议，扩大我国在相关研究领域的国际影响力。 研究内容： 基于源头调质、气氛调控、过程阻滞、定向诱导和协同优化等创新性设想，研究满足近零排放要求的新一代可燃固体废弃物热处置耦合集成理论，并通过相关实验平台的建立，对能源化利用全过程进行模拟和集成验证，研究实现废弃物清洁高效热化学转化的协同优化理论，建立适合我国可燃固体废弃物大规模能源化利用的集成理论。 (a) 新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用集成理论研究 (b) 新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用集成理论的数值模拟与实验验证 (c) 新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用集成理论的全过程 优化机制研究 经费比例： 18% 承担单位：浙江大学、沈阳航空工业学院 课题负责人：池涌 学术骨干：蒋旭光、李润东、王飞、黄群星 四、年度计划 年度 研究内容 预期目标 第 一 年 1) 进一步掌握国内外有关固体废弃物高值利用方面的研究现状以及最新进展；进行实验的前期预备性工作，完善技术路线和创新研究手段； 2) 探索能代表我国可燃固体废弃物的基元筛选方法和评价方法，分析表征各基元的热值、元素组成、挥发份、水分、灰含量及灰熔点、密度等各种物理化学性质 ,进行典型固体废弃物的基础特性分析； 2) 在高值化产品特性和污染物源头特性方面 ,开 展前期调研工作，进行实验台架设计与搭建方案拟定 。 3) 搭建和改造可燃固体废弃物热化学转化反应机理的研究实验装置、固体氧化剂的制备和评价装置。 4) 利用已有实验装置开展不同控氧气氛下二恶英生成、分解和再合成机理研究以及二恶英非毒性定向诱导机制研究。 5) 开展可燃固体废弃物中重金属在不同控氧环境下热转化过程中的物理化学形态变化研究 。 (a)掌握国内外有关固体废弃物研究的现状以及最新进展 ,购置实验仪器，完成实验方案的制定、实验台架的改（搭）建、采样、制样与保存等实验的早期预备性工作； (b) 获得典型组分的分拣分类、工业分析、元素分析、热值、灰成分、重金属含量及赋存形态等的基础数据； 获得冷态条件下不同操作参数下各相的运动和传递规律以及多相流动结构转变规律。 (c) 建成可燃固体废弃物预处理调质试验装置，并完成试验装置的调试和初步试验。初步探索多形态高值化特性 , 初步研究 可燃固体废弃物污染物源头表征特性。 (d) 建成可燃固体废弃物污染物交叉耦合试验装置，并完成试验装置的调试和初步试验。 (e) 建立代表我国可燃固体废弃物的基元筛选方法和评价方法，获得我国可燃固体废弃物的基元性质数据库。 年度 研究内容 预期目标 6) 建立可视化冷态多相流动装置，研究不同操作参数下各相的运动和传递规律以及多相流动结构转变规律 建立新一代近零排放的可燃固体废弃 物高效能源化利用集成系统的全流程能量、物料和污染物迁移平衡图 。 (f) 掌握可燃固体废弃物在不同控氧气氛下的二恶英生成、分解和再合成的主要机理。 (g) 建立固体废弃物重金属物理化学 形态表征方法，掌握 重金属与其它元素相互作用的反应机理 。 (h) 完成 新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用集成系统的全流程能量、物料和污染物迁移平衡 分析。 发表期刊 论文 20 篇以上，申请发明专利 5 项，培养博士生 810 名、硕士生 1215 名 。举办国际会议一次。 第 二 年 1) 研究包括 可燃固体废弃物中单元组分的物理化学结构表征 ,研究可燃固体废弃物的固态、液态、气态高值化转化机理化，探索低能耗多形态高值化转化的方法和途径。 进行 多尺度复杂组分可燃固体废弃物中污染源及多形态高值化产物中污染物的富集表征、交互影响研究。 2) 在专门实验台架（流化床、固定床）上，利用分析仪器进行不同气氛下（无氧、缺氧、空气、富氧）各个(a) 完成预处理调质试验内容，优化预处理调质工艺。建立可燃固体废弃物热转化特性综合试验平台，获得复杂组分的综合特性表征，形成多形态高值化产品制备方法。 (b) 完成可燃固体废弃物中不同组分污染源富集表征研究，获得混合可燃固体废弃物中不同组分之间交互影响规律；并同时建立计算机仿真工作站。 (c) 获得各个基元的燃烧反应动力学性质。得到各个基元的热解气化规年度 研究内容 预期目标 基元的燃烧反应动力学性质研究。 3) 在专用台架上 利用分析仪器进行各个基元的热解气化规律的实验研究。 4) 以表征我国可燃固体废弃物的基元为对象，在专门的实验台架（流化床、固定床）上，耦合温度和氧化剂调控条件（无氧、缺氧、空气、富氧），实验研究热化学反应机理，重点考察二恶英类物质及其前驱物的生成特性。 5) 研究不同控氧气氛下前驱体和二恶英的关联规律认识及模型建立，二恶英生成过程阻滞机理研究。 6) 研究复杂组分可燃固体废弃物能源化利用过程中重金属化学价态和物理形态转化规律 ，探索 重金属的定向转化和稳定脱毒机制 ；细化热转化过程中关键污染物生成和脱除机理研究方 案，初步建立 热转化过程中 二恶 英等关键污染物研究平台。 7) 研究可燃固体废弃物热解气化过程的多组份之间耦合协同作用机理、热质传递规律 ,利用数值实验，研究不同结构参数和操作参数对单元过程的影响，获得反应器内气固速度、温度、组分浓度分布规律。 8) 研究初级热解油分级分离方法；律。 (d) 得到不同氧化剂调控下温度对二恶英类物质及其前驱物的生成特性的影响规律找到高强度、高耐受性及 高效固体氧化剂的制备方法。 (e) 建立复杂组分可燃固体废弃物热转化过程中前驱体与二恶英生成的定量关联模型。筛选出具有实际应用价值的新型阻滞剂。 (f) 掌握重金属在不同 控温 控氧环境下热转化过程中化学价态和物理形态的转化 规律，及其 定向转化的热力学机制 。 (g) 初步掌握还原性气氛下液相热转化产物的高值利用途径。掌握氧化性气氛下细微飞灰中的重金属资源化回收方法。 (h) 掌握新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用集成系统中 各环节对高效和清洁目标的影响机制，寻求提高能源利用效率和实现近零排放的关键环节和优 化机制 。 (i) 完成中试规模的可燃固 体废弃物源头预处理单元 试验平台和 气氛可控的热处置单元 试验平台的建设。 完成项目中期进度报告， 发表期刊论文 35 篇以上，申请发明专利 8 项，年度 研究内容 预期目标 进行催化酯化、催化加氢等品质提升研究； 研究 多功能复合 吸附 剂， 以及对富集了 重金属 的微米级和亚微米级细微飞灰的吸附特性。 9) 开始 建设中试规模的新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用的综合试验平台 ，包括中试规模的可燃固 体废弃物源头预 处理单元试验平台和 气氛可控的热处置单元试验平台 培养博士生 810 名、硕士生 1215名 。 第 三 年 1) 进行 多尺度复杂组分可燃固体废弃物净化调质 的实验和 机理 分析 。搭建可燃固体废弃物中污染物源头控污机理试验台， 开展源头调质和定向分离控污实验和机理研究 。 2) 根据实验研究的成果，建立各个基元的燃烧反应动力学模型 ， 在专用台架上利用分析仪器进行不同尺度下可燃固体废弃物典型 基元组合热解气化反应动力学性质的实验研究。 3) 在专门的实验台架（流化床、固定床）上，耦合氯组分和温度、氧化剂调控条件（无氧、缺氧、空气、富氧），实验研究热化学反应机理，重点考察二恶英类物质及其前驱物的a) 建成高品位热化学转化产物净化调质试验装置，完成试验装置的调试和初步试验，获得净化调质特性和基本规律。 b) 建成可燃固体废弃物中污染物源头控污机理试验装置，完成试验装置的调试和初步试验。 建立识别、 分类和定量预测污染物排放的模型； 获得多形态高值化产物中污染物脱除机理和方法。 c) 得到完整的基元的燃烧反应动力学模型 及 不同尺度下可燃固体废弃物典型基元组合热解气化反应动力学性质。 d) 得到不同氧化剂调控下氯组分和年度 研究内容 预期目标 生成特性。 4) 利用可燃固体废弃物基元的载氧固体氧化剂热化学反应实验平台，探索广谱性高强度载氧固体氧化剂与各种可燃固体废弃物之间的反应特性及氧传递规律及其动力学。 6) 开展利用量子化学、反应动力学计算软件模拟前驱物生成二恶英反应过程研究，建立反应动力学模型；进行基于飞行时间质谱仪的二恶英在线检测新方法研 究。 7) 研究复杂组分可燃固体废弃物能源化利用过程中重金属定向转化和稳定脱毒机制 ；探索不同控氧气氛下热转化过程中重金属化合物对二恶英生成的催化机理。 8) 研究可燃固体废弃物热解、气化和燃烧多单元之间相互作用机理，开展对于不同种类可燃固体废弃物热解、气化和燃烧耦合集成试验研究，研究各单元间能量匹配与系统平衡； 进行提质后热解油在发动机上部分替代柴油的试验研究； 9) 研究不同可燃固体物种类及热解、气化方式制备的热解气的组成特征；研究催化重整制氢或制甲烷的方法，以及重整过程的高效、廉价、清洁催化剂的制备方法 。 温度对二恶英类物质及其前驱物的生成特性的影响规律。 e) 初步得到广谱性高强度载氧固体氧化剂与各种可燃固体废弃物之间的反应特性及氧传递规律及其动力学性质。 f) 获得气相二恶英在线检测的基本原理及实现手段，建立基于前驱体与二恶英定量关联关系的在线检测新方法。 g) 掌握 复杂组分可燃固体废弃物能源 化利用过程中重金属迁移转化规律 ， 建立重金属无毒化定向诱导和稳定脱毒新途径； 初步认识 重金属化合物对二恶英生成的催化机理 h) 实现系统各单元耦合集成，获得能量高效转化和污染物近零排放的热解、气化和燃烧一体化热处置优化参数 ,掌握可燃固体废弃物多单元热化学转化的耦合机制 ,掌握还原性气氛下气相和液相热转化产物的高值利用途径。 i) 完成中试规模的 高效余热利用单元 试验平台和 衍生产物综合利用单元 试验平台的建设。 完成项目中期进度报告， 发表期刊论文 45 篇以上，申请发明专利 5 项，年度 研究内容 预期目标 10) 研究多相流动、传热传质规律与化学反应机理之间的耦合规律，通过数值模拟和系统分析掌握 废弃物能源化清洁利用 流程中各环节对高效和清洁目标的影响机制 ； 11) 按照 新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用的综合试验平台 的要求 ， 建设中试规模的 高效余热利用单元 试验平台和 衍生产物综合利用单元 试验平台。 培养博士生 810 名、硕士生 1215名 ,出版一部专组著。 第 四 年 1) 开展熔融盐净化调质机理研究 ,研究低能耗、低排放多形态高值化转化方法和路径；进行 源头调质以及定向控污 实验研究 ；探索污染物的源头定向分离机制 。 2) 采用全生命周期评价法（ 量分析源头定向分离对环境的贡献 。 根据前期的实验成果，建立各个基元的热解气化模型和基元典型组合的热解气化模型。 3) 在专门的实验台架（流化床、固定床）上，耦合温度、氯、可能促进二恶英的重金属成分和氧化剂调控条件（无氧、缺氧、空气、富氧），实验研究热化学反应机理，重点考察a) 获得熔融盐对于酸性污染物的吸收机制和净化调质机理；获得低能耗、低排放多形态高值化转化机制。 完成可燃固体废弃物污染物交叉耦合及源头控污相关试验。 b) 建立适合于我国固体废弃物特征的源头控污定向分离优化策略和方法 。 c) 形成复杂组分可燃固体废弃物在能源化利用过程中的排放预测模型； 得到各个基元的热解气化模型和基元典型组合的热解气化模型。 d) 得到不同氧化剂调控下氯组分和温度、重金属对二恶英类物质及其前驱物的生成特性的影响规律，以及在年度 研究内容 预期目标 二恶英类物质及其 前驱物的生成特性，并改造现有熔融试验台，进行废弃物的熔融处置热态试验研究。 4) 利用可燃固体废弃物基元的载氧固体氧化剂热化学反应实验平台，考察可燃固体废弃物基元的化学链反应过程中载氧体的化学耐受性、机械强度变化规律，评价并研究高机械强度载氧体的调控制备方法和机理。 5) 开展二恶英单途径、多途径降解以及协同效应的试验研究，获得多途径耦合分解二恶英新方法。 6) 研究不同 控温、 控氧气氛下热转化过程中重金属与二恶英类化合 物生成 的相关性，氧气氛与温度分段控制抑制二恶英产生的方法 ；探索 固体废弃物热转化过程中关键污 染物的协同脱除 机理。 7) 研究不同可燃固体物种类及热解、气化方式制备的热解炭的孔隙结构、表面活性、吸附能力以及分形特征；研究制备高性能吸附材料的方法。 8) 研究不同可燃固体物种类及燃烧方式产生的烟气中含氯物质的组成及浓度；研究能够在中高温条件下深度脱氯的方法，高效廉价脱氯剂的制备方法，以及脱氯反应器的结构型熔融条件下的污染物生成特性。 e) 掌握高机械强度载氧体的调控制备方法和机理。 f) 建立基于生成阻滞、非毒性定向诱导、多途径耦合分解的二恶英排放控制新机制。 g) 掌握重金属化合物对二 恶 英生成的催化机理 ；初步发展 固体废弃物热转化过程中 重金属和 关键污染物的脱除途径 。 h) 掌握还原性气氛下固相热转化产物的高值利用途径 ,掌握中高温烟气中的 含氯物质脱除方法。 实现氧化性气氛下热化学转化的飞灰和底渣的低能耗资源高值化途径的低能耗、无害化方法。 i) 完成中试规模的 全过程污染物控制 单元试验平台 和自动控制单元 试验平台的建设。 完成项 目进度报告， 发表期刊论文 45篇以上，申请发明专利 5 项，培养博士生 810 名、硕士生 1215 名 ，出版一部专著。 年度 研究内容 预期目标 式。 9) 研究飞灰和底渣制备陶粒、生态水泥、烧结砖、路基材料等资源高值化途径。 10) 按照 新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用的综合试验平台 的要求 ， 建设中试规模的 全过程污染物控制 单元试验平 台 和自动控制单元 试验平台。 第 五 年 1) 针对性的筛选并优化适合各地可燃固体废弃物特性的源头 多形态 高值化制取方法和途径；优化 高值化 工艺和 源头控污 技术 。 2) 分析影响二恶英类物质及其前驱物的因素及其耦合关联特性，建立描述相关特性的模型 ,尝试改造和完善可燃固体废弃物新一代热化学反应的试验装置，探索进行完整的热化学反应试验。 3) 总结实验结果，在废弃物焚烧炉中进行实炉实验，实现全过程二恶英减排。 4) 研究可燃固 体废弃物在能源化利用全过程中重金属和关键污染物的协同脱除 机理 ，探索分段控温、控氧a) 在复杂可燃固体废弃物源头 多形态 高值化预处理机制 、 污染物源头分离 以及多形态高值化产物调质 方面取得核心技术。 b) 得到描述氧化剂调控条件对热化学反应机理和二恶英生成的耦合关联特性的模型。 c) 初步得到可燃固体废弃物新一代热化学反应机制，得到一个初步的设计方案。 d) 焚烧炉烟气二恶英排放优于国际先进水平，达到 e) 建立氧性气氛下可化燃固体废弃物热转化全过程协同优化机制； f) 获得从热解气化剩余物中将金属、无机非金属高值回收的方法； 年度 研究内容 预期目标 实现重金属和二 恶 英协同脱除的 途径。 5) 对氧化性气氛下热化学转化全过程的多相流动与热质传递进行重构，从能量高效利用角度对全过程进行协同优化研究。 6) 研究还原性气氛下灰渣中的金属和无机非金属的形态和分布特性，探索分离灰渣中金属和无机非金属的理化处理工艺。 7) 综合源头调质、气氛调控、过程阻滞、定向诱导、协同优化等创新研究成果， 利用新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用试验平台，针对不同种类、不同来源的可燃固体废弃物， 在不同的温度、气氛等工况条件下进行验证性试验，寻找最优化的运行工况和条件，并与数值模拟结果进行对照和比较 。 8) 在理论和试验验证的基础上，建立放大设计理论，为新一代近零排放的可燃固体废弃物高效能源化利用集成系统的应用和推广奠定基础 。 掌握可燃固体废弃物在能源化利用全过程中重金属与关键污染物的协同脱除机理 和 途径； h) 针对不同种类、不同来源的可燃固体废弃物，在不同的温度、气氛等工况条件下进行验证性试验，寻找最优化的运行工况和条件 。 发表期刊论文 45 篇以上，申请发明专利 5 项，培养博士生 810 名、硕士生 1520 名 。 课题研究任务完成与报告汇总 ，各项任务达到预期目标，完成项目 ， 验收。 一、研究内容 （一） 本项目研究拟解决以下三个关键科学问题 1） 以低二恶英排放为目标的还原 /氧化可控气氛下可燃固体废弃物热化学转化规律 现有以直接焚烧为主的可燃固体废弃物热处置技术存在的主要问题是能源利用效率低，品位差，二恶英等关键污染物排放控制难。通过热解、气化等气氛调控来提高可燃固体废弃物能源品位、降低二恶英等关键污染物排放是新一代热化学转化技术的发展趋势。由于我国可燃固体废弃物组分复杂，如何通过研究其在不同氧化剂调控气氛下的热化学反应机理和各 种组分的交互影响规律，特别是掌握其在不同反应尺度下的物理输送和化学演变途径，形成低二恶英排放的热化学