张衍国：为工业化插上生态文明的翅膀_新浪财经

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　　新浪财经讯主题为“和而不同，思想无界”的 CC讲坛第39期现场演讲于2020年10月24日在北京举行。来自清华大学能源与动力工程系张衍国教授出席并以《为工业化插上生态文明的翅膀》为题发表演讲。

　　以下为演讲全文：

　　随着经济的快速增长，大家生活条件好了，但是制造的垃圾也越来越多了，然后就发现天不蓝了，水不清了，喘气都困难了。土壤污染了，蔬菜水果不但不好吃了，而且有可能在危害着我们的身体健康。今天，我就在这里给大家讲讲通过我近三十年的研究与实践，如何让人类生产生活产生的废弃物更好地进行能源化与资源化利用，也就是大家常听说的变废为宝。更为宏观来讲，是人类如何取之自然、归之自然，相辅相成，进而推动工业时代生态文明发展的进程。

　　我与垃圾打交道要从90年代在清华毕业留校的时候选择专业方向说起。我在山区长大，正经是从小下过地干过农活的，有幸考上清华，自研究生毕业就开始做助教，30年来一边教书搞科研一边做新技术产业转化。
在人生大方向的选择上，我选择了当时很是偏门的废物焚烧。要知道，当时清华可是有着煤燃烧的国家重点实验室、国家工程中心。当时我的导师王补宣先生是解放前留美归国的老学部委员，中科院院士，他特别跟我说，小伙子，你要是做这个课题呀，你得准备坐十年的冷板凳。我说那没关系，我还年轻就好好做吧。就这样一路做了下来，到现在近30年了。随着国家对环保的重视，我的冷板凳越来越热啊。年轻的时候，我这叫无知无畏，但内心的动机只能用情怀来解释。我长在山里，热爱青山绿水，这不是句空话，是在脑海深处的，相信很多人能和我有共鸣。
我的研究方向是人类生产生活的废弃物如何循环再利用。选择这个专业的时候，我们国家在废物燃烧方面基本是空白，我很幸运的参加了我们国家第一个垃圾焚烧发电厂的完善工作。当时是从日本的三菱重工引进的炉排炉技术，项目落在深圳的清水河。这个技术进入中国以后，历经了十年，才算全部完成了调试和改造，达到稳定运行的要求。为什么调试十年呢？是建设之后，才发现发达国家的设备跟我们的国情有很大的差距，简单的引进技术难以直接应用彻底解决我国垃圾焚烧的问题。

　　我国的垃圾成分复杂，因为大家都知道，我国餐厨垃圾占比非常大，且很是复杂，因为中国人好吃么。综合来讲，我国垃圾品质比较差、没有分类、含水率比较高、热值又低，为此我们做了很多这方面的研究和开发。要真正的把我国垃圾的燃烧问题解决好，实际上是一个非常复杂的问题。从我们这种专业领域来看，跟垃圾燃烧相比，煤燃烧就非常简单了。因为垃圾是一个无数种东西混合在一起的混合物，然后我们要环保，就必须烧的很干净。烧的干净还必须成本不能高，因为这是废弃物，不是好燃料，不能为了处理它承担过多成本，这个要求多高啊，就是又要马儿跑，又要马儿少吃草。垃圾焚烧的要求首先是要非常清洁，效率排在第二位，我们在研究中发现垃圾燃烧与传统煤或者油气等燃烧，从设计理念，设计的思路，技术手段上都有本质的差别。也就是说我们没办法简单把锅炉技术拿过来处理垃圾。

　　近些年，我国的垃圾焚烧发电迅猛发展，由于垃圾复杂，在攻克这个难关的过程中，我国的垃圾焚烧已经站在世界技术的前端了。但是目前还是有些待解决的问题。首先，排放需要进一步提标，我国目前国标还低于欧盟；其次，怎样能够适应更多种不同燃料？能否增加应用场景与提高效率？再者，在保障排放效果的情况下，经济性能否进一步提升？降低初始投资与运行费用？这几个目标是整个领域的瓶颈，也是关乎国家固废治理前景的大问题。

　　2019年6月，我的一个新技术正式投产运行了，到现在稳定运行一年多了，我可以很欣慰的告诉大家，以上的目标，我们的解决方案，非常可行！

　　大家可以理解，超低排放的前提是燃烧充分。理论上说先把固体废物充分气化产生燃气，再把燃气在高温下与氧气充分混合并快速燃尽，烧得是燃气，这样排放效果最好。但讲道理容易，实际上把这个简单的设想付诸实践，要经历了好几年无数次的试错，才找到真正的可行方案。也就是先低温气化再高温燃烧。在一台炉子中同时实现多种物料的充分气化和分级燃烧，使排放性能非常卓越，且适应性强，经济性好！这就是全新的多种固废同炉处置技术——“多流程湍动床气化焚烧技术”，我们叫它TFB，这个技术可以把垃圾、污泥、工业废物和其他所有需要烧的对环境有危害的固态、液态、半流态以及可以收集到的气态废弃物都放到炉子里处理干净。我们的湍动床与传统循环流化床完全不同的是，它不均衡循环，而是让这些成分复杂、反应性质差异很大的不同物料在一个特型炉子中，先经过650-750℃的中低温环境低速反应，形成湍动状态使不同物料都能达成充分气化形成可燃气体，然后再通过高温燃烧至1100℃，先慢后快，最后在炉膛出口又把温度降到600℃以下，智能控制温度呈一条不均匀的曲线分布状态，这样就有效的解决了多品类废物能够充分且干净地焚烧的问题。
大家看图可知，这个设备是在一个焚烧装置里耦合一个气化炉和一个燃烧炉。 TFB的一大优点就是多种可燃物都能同炉烧干净，只有一个硬性条件：就是综合热值要≥1600KCal/kg。

　　2019年我们投运的是一台日处理量为250吨废料的“多流程湍动床气化焚烧炉”，也就是TFB。这个炉子给客户带来了很大的惊喜，效果比我自己预想得还要好，与现有技术相比不仅初投资低四分之一，而且能够达到比目前欧盟的排放标准更严格的多的水平，有些指标甚至是下数量级的优势。历经30年，我们终于通过技术指标打败了日本三菱重工等老牌焚烧炉公司赢得了项目！让他们输得心服口服！

　　举个例子，大家熟知的垃圾焚烧会有二恶英排放。二恶英是目前地球上已知最毒的物质，毒性是氰化钾的1000倍，很可怕。我国和欧盟等发达国家的二恶英排放标准都是0.1ngTEQ/Nm3，TFB可以轻松做到0.01，下了一个数量级，这就达到了真正的超低排放。

　　这个技术在国际上怎样呢？去年我在完全不知情的情况下，拿到美国空气与废弃物管理协会的年度最佳论文奖。在我们这个专业领域是个重量级的奖项，一年只有一个，是各国同行认为很有启发而自发给的殊荣。我开始还以为是骗子，让我交钱呢，获奖通知邮件我还给扔垃圾箱里了，要不是同行电话祝贺，我都不知道。

　　现在我国垃圾在焚烧处理后，热能都去发电了，形成了能源化的循环经济。这良好地解决了大中城市的垃圾问题，但是青山绿水在那里？在县里，在农村。我刚讲过，我的情怀在青山绿水，在可持续发展，我国现在生态环境比较薄弱的地方是在农村、乡镇、县城。古语云：郡县治，天下安。我们国家提出美丽乡村，在今年更明确提出了补短板强弱项。我国环保的短板在县域，包含县城与乡镇。县域环境治理的困境在于经济性，目前日产生800吨以上垃圾的城市基本都治理了，600吨以上的也有人抢，那么日均产生50-500吨垃圾的中小城市垃圾发电不划算，赔死，无人问津。县域固废不仅仅是生活垃圾、餐厨垃圾，还有多种工业固废，种类复杂，总量很大，单一类别数量又少。我国县域垃圾年产量已经超过1亿吨，60%以上还没有进行有效的无害化处理。1000多个县以填埋为主。今天政府提出2023年以后，原生垃圾零填埋，像发达国家做到的那样，烧干净以免遗毒子孙后代。

　　这使我们的TFB有了更大的用武之地。因为除了排放好，经济性强以外，还有个突出的优点，就是可以小型化，这一点在县域固废这个领域就PK掉了现有的多种技术。

　　但是生态压力大却垃圾焚烧乏人问津的县域往往是以农业为支柱。再怎样，没有发电收入作为补充，需要高额垃圾处理费支撑的垃圾焚烧项目，县里表示依然无能为力……于是，我的另一个新技术就成为了良好的经济补充。老家在农村的人都知道农村三大堆：垃圾堆，秸秆堆和粪便堆。这些都是让政府头疼的破坏人居环境的污染源。现在我国全面奔小康的标志之一是大家都可以吃上肉了，大规模工业化的养殖在这些年迅猛发展，养殖粪污问题始终是老大难。因为养殖业工业化发展，而千年来，粪污还是老样子的沤肥，生物发酵法在菌种领域长足发展，但是效率远远追不上养殖业的发展。我们在做超临界水解的研究中，发明了一种新的技术：水热裂解法制备高品质有机肥。这种新方法可以工业化的高效率、标准化地处理粪污与秸秆。通过200多度温度和十几个大气压，在2-4个小时内将粪污秸秆等农业有机废物迅速制成高品质有机肥料。这个温度压力在工业生产中都不好意思说是高温高压，但是它用在这里已经可以做到全部杀灭病毒病菌虫卵草籽，且彻底分解抗生素、激素等等有害健康的兽药农药残余；完全稳定化，不会二次烧苗；肥料结构小分子化，并最大限度保留养分与有机质。

　　水热裂解反应的原理是在这个温度压力下水分子的动能大于纤维素、木质素、果胶、淀粉、蛋白等的分子键能，从而切断这些物质的分子键，使肥料小分子化了，更加利于农作物吸收消纳。整个工艺流程都是密闭的，从一个罐子到另一个罐子，因此最大限度地杜绝臭气。这个技术还有个优势是同时产出固态和液态有机肥料，生产成本也非常有优势，有助于降低有机种植与无土栽培的成本。我们通过田间试验，证明这种产品不仅可以大大减少化肥与农药施用量，同时良好改善农作物口感，同事们讲要给种植出的蔬菜水果写广告语叫“小时候的味道”。

　　传统的生物方法堆肥，品质很难均衡，无法多快好省的解决集约化养殖废弃物的问题。所谓工业化，第一要素是成几何倍数的效率增长，第二是质量均衡形成标准化生产。这个新技术做到了能够匹配集约化养殖效率的消纳粪污效率，同时产品质量稳定均衡，不受自然条件限制。可以改善人居环境，改良土壤，大幅增质提效我国生态农业，形成良好的区域生态有机循环，源头保障我们的食品安全。

　　为什么别人没有想到这个方法制肥呢？不是因为我们比别人聪明，而是同时兼备能源和农业经验的人比较少。像当年我老师说的，焚烧这行，基本上都属于能人不稀得干，笨蛋又干不了。所以我就跨界了，从能源跑到了农业领域。

　　TFB加上新技术制肥，可以得到什么结果呢？简而言之，我们以垃圾做燃料，转化成热能，用粪污和秸秆制肥卖肥，解决环境问题还保证了合理的经济性，使整个县域固废的治理形成良性循环。

　　垃圾焚烧设备设施的投入还是很大的，且一个县域的养殖粪污通常是可以轻松供应年产十万吨有机肥的工厂。以日处理300吨垃圾且年产五万吨有机肥为例，总投入约为1.5亿，高品质有机肥以平均1500元/吨计算的话，液体肥价格会更好一些，保守计算，静态回收期能够在5年左右，经济效益在这个领域算非常不错。运营稳定后可以继续扩产，因为有机肥生产单元是模块化的，留好空间随时可加。

　　2018年，由我负责的清华大学资源环境研究组作为技术支持参与了“海阳市发城镇农村污染源‘全处理’系统示范项目”。那里是红富士和红提的生态原产地，出口欧盟，需要检测抗生素含量的。我们的产品在那里供不应求。项目首创通过生态农业中的循环经济填补农村环境治理的经济缺口模式。生态文明

　　在具备一定的社会经济条件下，我国现在提倡将垃圾进行分类，使废弃物的利用更加充分，使整个循环无缝对接。对我们的技术来说，是提供更好的燃料条件，绝对利好。
刚刚给大家分享了“多流程湍动床气化烧技术”也就是TFB技术与“工业化水热裂解法制备有机肥技术”这两个技术目前获得了50余项发明专利，且均已落地，有待产业化发展。综合来看，它们可以很好的实现以废治废，使人类生产生活所产生的废弃物对自然界的影响最小，同时，农业废弃物得以资源化利用制备成有机肥还田施用，形成大自然的有机平衡。
多年来，我一直坚信社会发展必须是在科技进步的基础上完成的，我的学术追求就是研发出真正实用的能够推动国家发展的技术，并反向输出，在国际上进行推广与应用。为人类加速高效清洁地工业化发展尽微薄之力。
人们常说一只桶能装多少水要看它最短的一块板。人类追求物质的极大丰富，工业发展一直在加速，生产效率迅猛提升，但是废弃物的数量也几何级数增长，从城市蔓延到乡村，形成了与地球的冲突。人类怎样才能在享用物质文明的同时，消纳废物，利用废物，把能量与营养还给大地，补齐和谐发展的生态短板？我们愿为工业化插上生态文明的翅膀！

　　谢谢大家！

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