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王凯军丨环保回忆录:污泥干化-焚烧技术的诞生

时间:2021-09-06 10:26

来源:绿茵陈

作者:王凯军

评论(

王凯军老师年少成名,在科研上卓有成就。特别是,他和中国第一代环保工作者一起工作,经历了中国环保重大事件的全过程。

去年值王凯军老师60岁生日,在弟子们的一再要求下,他开始陆续回顾从业以来的经历和经验,在此基础上,口述了《环保回忆录》。绿茵陈和913工作室等一起,有幸记录整理相关内容。

污泥处理领域,从问题出现、政策发布到市场兴起,其间又有许多跌宕起伏,而王老师与多家公司的合作,正是产学研的典范。本次截取的是污泥干化-焚烧技术诞生前后的片段,说的是技术,但又不仅仅是技术。

01跨界研究生物质热解

Study on Biomass Pyrolysis

2005年,王岐山还在北京当市长,他在奥运之前到延庆考察了一个生物质气化供老百姓炊事用气的厂子,技术的实质是生物质不完全燃烧,产生一氧化碳,是一个水煤气反应,产生的气体热值低,只有800-1200大卡。

但是,从解决农村能源结构和大气污染控制角度考虑是有意义的,他就让北京市环保局局长史捍民来研究推广一下。回来以后史捍民找到我,他可能觉得搞厌氧产气和气化产气都一样可以燃烧,所以让我负责。

这是我第一次真正接触热物理化学领域。接受任务后,我认真比较了一下技术路线,觉得不能直接采用延庆现有的技术路线——上世纪80年代左右,宋健在山东大面积推广过这项热解技术(上千个),后来就因为焦油堵塞问题,几乎都不成功。本质问题是气化热值低,生成气量大,气体处理投资大,所以一般大家都不认真处理气体。

我记得我以前评过大连环科院的一个农业废弃物项目,当时大连环科院院长闪红光申报环保部农业废弃物工程中心,有两个技术,一个是秸秆热解技术,采用的是间接加热条件下无氧热解裂解产生可燃气体,热值会比较高,比宋健在山东推的技术热值高一倍以上,与城市煤气相当。另一个是污泥快速堆肥技术——在污泥中加上锯末,快速挤压以后产生热再堆肥,效果很好。

时间过去四五年,由于上述机缘,我又想起了大连的热解技术。进行分析以后,我去拜访了当年大连环科院的技术负责人南方。他已经退休了,但听到我的想法后,他当即表示:“我有两件事要说。第一,当年我在大连推这个技术,就落地了一个项目,我不服这口气。你要是能推成,那就是帮了我;第二,我退休了,想挣点钱。”达成共识后,课题组就把他请到北京来,给他租了房子,一年给他20万。这对于一个国家研究院是很大一笔投入,从体制内无法解决,当时,我们课题组承担了所有费用。

史捍民一下拿出密云、延庆、大兴等四个项目,让我们做试点。为了以后能进一步发展,我们将气体处理的环节集约化和设备化,并试着在这个过程中叠加一些不同技术。以前产气就是给农村老百姓生火做饭,但在延庆项目中我们修建了一个公共洗澡堂,制气的一部分给澡堂供热水,同时给大队办公室集中供暖;以前气体储存都要做沼气柜,但两个项目中特意做了一个罐压力储存,把气体压缩到10kg后储存。这几项小改动对于今后的发展很有意义,在热解技术部分还会谈到。

几个示范工程非常成功,给村里的老百姓都供上了气,但是当时也发现,农村人员结构发生了很大变化。大部分农村人口已经离户离村另有出路,这就是农村的现实情况——可能都外出打工了。上项目的时候基本规模按户设计,一般一户日用气一方。三、四百户的村庄,日供气规模300-400立方米。但是,这些项目运行起来之后,发现要三、四天才用一罐气。如果不了解这些情况很难设计农村公共设施项目。事实上,这种情况在后来的全国农村污水处理建设上屡屡发生,导致项目屡屡失败。

北京地区最主要的原料是秸秆,把秸秆粉碎以后,采用高压挤压的方式,热压产生烧烤碳棒产品,用碳棒作为热解原料。做起来后发现热压挤压的挤压头,由于温度和压力比较高,磨损非常严重,生产碳棒的小设备几个小时就要换一次。这个产业的设备还不成熟。

这件事最终比较完美地画了一个句号:对史捍民局长有了一个交代;同时对得起朋友,南方老先生也很满意,他当时说我要推广成功就是帮了他出了一口气;我们很好地推动了这一技术,并且上了北京市政府采购平台,热解碳化工艺在下一步应该有更大的发展。

这也是我初步接触热物理化学技术,懂得了各种物料的热值,热分解过程,对气化气、热解气、煤气和天然气的热值如数家珍,多少年后我的学生记不住这些数字,我就将他们归结为不用心。

02初识俞其林

First acquaintance with Yu Qilin

2006年左右,浙江环兴的俞其林带着浙江上虞龙盛染料厂的潘总来找我。

这是我时隔近十年第二次与龙盛和俞其林打交道,说起来第一次打交道时有一点传奇色彩。

浙江上虞有个白手起家的农民企业家做染料厂的生意,最后上市市值达到100多亿,这公司就是龙盛。在“一控双达标”期间,他们四处寻求高效的水处理技术。这位企业家不知通过什么途径打听到北京环保所做三相流化床,就约我见面。

见面过程也非常有戏剧性,这家染料厂老板安排任总经理的大儿子坐飞机到北京,落地后没有进城,约我在机场旁边的宾馆碰面,仅仅谈了一个多小时,就迅速拍板,决定与我们开展合作,约好去浙江的时间,旋即马上飞了回去。

在荷兰期间,我在Delft参观过著名的Gist-brocadaes酵母厂项目,它最初采用的工艺便是厌氧流化床和好氧三相流化床串联工艺,我实地参观过这个项目,感觉已经理解了技术内核。

1993年回国期间,我和徐冬利的联合创业公司,接了一个北京油脂厂废水处理项目。项目各项条件都很适合,于是我们用上了20方的三相流化床,处理几百吨的油脂废水。未经小试,但是生产规模的反应器运行良好,放大过程非常顺利。

我们把这些结果和龙盛交流之后,他们也没有要求看示范工程现场,就让我们一下上了4个流化床,每个单元高30多米、直径3米,是当时世界范围内最大的三相内循环流化床处理装置。在做完龙盛项目之后,有了示范效应,我们又在浙江那一带接连做了四五个染料废水项目,上了十几个好氧三相流化床。

对于一项技术的产业化推广,行业一直有个争论。有的专家把小试、中试过程看得不可或缺,并进行了严谨细致的试验,步步有据可依。一定要经历小试、中试、生产示范,还是可以直接进入生产环节?在大多科研人员看来,为了确保实际生产中的安全性、稳定性,中间的递进过程必不可少。

荷兰Delft理工大学的马克教授(Mark van Loosdrecht)却给出过一个不同说法:“不见得一定要在形式上经历一步步放大的过程,只要真正掌握了技术内核,就可以在实践中应用。”他还提到如果能够节省30%以上,则在工程上要把节省的部分全部投入,以防示范项目失败。

我们的项目无形中也是按照这个原则进行,我们设计的整体流程是如果三相流化床失败,也能保证达标排放。三相内循环流化床我没有做过各种规模试验,但工程做得很大。我认为,如果从实际工程应用的角度来评判,放大的过程并非一定需要一点点来,主要还是要看自身是否掌握了本质性的东西。

在这些项目里,俞其林由于做这些染料厂的反应釜和干燥塔的工程,所以,厂里将三相流化床的加工安装交给了他们,我们因此而认识,可能后来的几个项目也是他的关系介绍。应该说当时我们是初步认识,几个项目过后,多年没有来往。

第一次跟浙江企业家接触的过程也让我颇有感触。一是感慨浙江企业家有效率,来谈一个技术,连城都不进,两个小时解决问题;二是通过交往发现正是有了龙盛这些企业中国才实现了快速发展。

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我与环兴董事长俞其林(左)

03俞其林其人与污泥喷雾干燥-焚烧工艺

Yu Qilin and the sludge spray drying incineration technology

俞其林是浙江农民企业家的典型代表,有着颇为传奇的创业经历。最开始,他的主要业务是不锈钢化工设备,由于他的公司地处浙江,所以主要的服务对象是精细化工行业,如染料行业。染料生产是高温、高压的化工过程,化工生产中一般都用反应釜。

我在前面说过拼装罐,曾到北京市东郊原化工设备厂去找镀搪瓷的师傅和厂子,化工反应釜内衬搪瓷是为了耐强酸、强碱腐蚀,由于在高温、高压下反应,所以搪瓷不能有一点瑕疵。这种反应釜一般来讲它的容积有限,三方、五方的反应釜都算是大的,从全世界来说,最大能做到10立方米,也就是一万升,这是当时的工艺极限。

俞其林的贡献是他采用耐高温的高密度聚乙烯材料做成反应釜,内衬一层薄的不锈钢做防腐,使得染料生产的反应釜能做到最大200立方米。可想而知,5立方米、10立方米的反应釜,与200立方米反应釜的产能要差20-40倍,这样一釜的产能一下就提高了几十倍,这也是我们国家染料行业突飞猛进发展的一个重要原因。

前面提到的龙盛染料厂做分散染料,产量占到了全世界分散染料市场的60%,在它的隔壁还有个闰土染料厂,也是同等规模。当时我们在浙江杭州附近做了四、五个染料厂,其中还有一个国营大厂叫吉华,另外一个叫帝恺,都是曾经接触过的企业,包括椒江地区还有一些染料厂。这些厂的设备都是俞其林提供的。

俞其林对染料行业第二个贡献是他开发了大型喷雾干燥装备。上世纪90年代,他看到染料企业都要从丹麦尼罗公司进口喷雾干燥技术,费用高达百万美元,产能只有3-5吨/天,就开始自主研制喷雾干燥技术装备。后来也真的做成了,全国半数以上的染料厂都用他制造的喷雾干燥装备生产,最大的喷雾干燥技术装备产能可以达到100吨/天,产能至少提高了二十倍。90年代,我第一次到染料厂时,曾看到厂内有几十套几十米高的喷雾干燥装备,十分壮观。

俞其林应该讲为我国染料行业的迅速发展做出了突出贡献,而正是有了这些企业家的努力——还有很多是我们不知道的默默辛勤耕耘的企业家,才在三十年间铸就了中国制造大国的地位。所以,自打认识以后,我对企业家俞其林是十分敬佩的。

这次他们为什么来找我呢?因为龙盛染料厂遇到一个有点棘手的环保难题。随着当地经济发展,鸟枪换炮,工厂搬进了海边现代化的园区,但环保也管得更严了,染料厂在海边大量堆积存量污泥,成了大难题,“现在污泥都堆砌在海边,上万吨,堆成了小山,就怕有个海啸来了冲垮了。你有什么办法么?” 他们问我。

这些已经堆了很多年的污泥,说实话我也没有办法。但那一阶段我刚完成环保部的污泥技术政策,对污泥有持续的兴趣,正好有一些思路,就给俞其林出了个主意,告诉他:“你那个喷雾干燥塔,可能很适合处理污泥。”

作为一家有30多年历史的老牌化工企业,环兴对染料的喷雾干化轻车熟路,而要将该技术应用在污泥处理上,俞其林心里还真没底。不过他的效率可真够高,从北京回去以后,他就拉了几车泥,用废弃的喷雾干燥塔试了试,发现可行。

后来,他在自己的工厂厂房外面搭了一个车间,上了一个60吨的污泥项目,喷雾干燥塔30多米高,投入成本接近1000万,雷厉风行地做了起来。这60吨的项目调试运行成功,标志着污泥喷雾干化工艺的诞生,也初步印证了我当初的观点——喷雾技术应用于污泥干化是可行的。

他这种投入的劲头和办事的速度,再一次把我给惊到了。即使大的水务公司也不可能有这种投入和效率,这就是浙江企业家的精神。

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第一台污泥喷雾干化处理设备(处理能力60吨/天)

紧接着,俞其林开始紧锣密鼓地张罗在萧山钱江污水处理厂引入污泥喷雾干化技术,建一个大项目,把规模扩大到360吨。不巧的是,建厂房是2008年春节,赶上南方大雪,把厂房压塌了,到2008年下半年才建完运行起来。投产运行后,他在厂里挂了个牌子,写上了北京环科院、清华大学的贡献——因为我在2008年下半年到了清华。到现在那块牌子还在那儿挂着。

这个污泥焚烧项目是俞其林垫钱干的,他和钱江污水厂说:”我自己花钱建,建完效果好,你们给我钱,如果效果不好,设备我拆走,不要你们一分钱。”一个两、三个亿投资的项目,就这么投了下去。即使自己建设备和厂房,简陋一些,大几千万的投资也是需要的。这相当于是BOT模式,收费仅仅是每吨污泥138元,一直收了十年没涨价。

这使我想起泥客庄主的评论,他认为这样做的目的是:“阻击竞争对手。以浙商的脑筋,不难了解其战略上的意义。公共工程其实很多是钓鱼工程,一旦政府入了他们的彀,再要退出来就难了。届时他们会有100个理由在等着你涨价,不信,我们拭目以待。”这样的结果可能让这位博主失望了。

俞其林仅仅参观过上海石洞口污泥焚烧一个项目,但是,社会责任感让他义无反顾地投身于环保事业中。看到每吨污泥100万元以上的投资,运行费用需要七、八百元,他发出“中国的环保一定要用中国人自己的装备来解决”的雄心壮志。我国在从制造大国向制造强国转型的背景下,正是这样一些具有情怀的环保装备制造者,支撑了从“引入和吸收的中国制造”到“中国创造”的蜕变。

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“污泥喷雾干化-焚烧集成技术与装备”技术推介会(参观杭州污泥处置项目)

04技术研发过程的各种小插曲

Various episodes in the technology R & D process

2006年俞其林便着手启动污泥喷雾干化的可行性研究。

在第一个生产性项目的使用过程里,其实出现了一些小问题。以前他的喷雾干燥是将物料以高压流体的形式喷出,但在干燥污泥的过程中,污泥里的沙子会将高压流体的喷头快速磨损掉。他尝试了多种耐磨的材质,即使钨合金、钛钢等材料,磨损仍然很厉害,甚至考虑换成陶瓷质材质的,这确实解决了磨损问题。但是,另外一个问题产生了,由于在脱水机房的粗放生产,一些螺丝、螺母混在污泥里,经常打碎陶瓷喷头。

这个过程,俞其林没有告诉我,我以为他那边一切进展顺利,就把北控的胡晓勇引荐过去。胡晓勇也很看好这个项目,很快决定投资并且先期打过去500万元。500万打进去后,胡晓勇就派人去现场做尽职调查,才发现了一些问题。

由于喷雾干燥的喷头不耐磨,俞其林就换成了离心式喷雾干燥,污泥先打在高速旋转的盘上,再经过离心作用往四边甩。由于以前的喷雾干燥是往下喷,所以干燥塔的设计是瘦高型的。而离心喷雾往四周甩,甩出去的污泥很快粘到壁上结团,所以现场污泥没能很好地干燥。离心喷雾干燥塔需要设计成矮粗型的。

胡晓勇专门找到我埋怨说钱打了水漂,我就让俞其林来北京与胡晓勇面谈,他马上承诺把钱给退了回去。谈完后,我和俞其林坐在宾馆大厅里,让他把问题从头到尾和我说一遍。听完后,我给他出了一个主意:“既然高速喷雾不行,我们只要把泥送上去就可以,在出口时候拿压缩空气把它吹开。”由于知道他行事雷厉风行,我怕他一下又投入很多,特意叮嘱他,这个思路先不着急上装备,先在地面用喷头拿压缩空气试一下,看看效果。

正好厂房旁边有个空气压缩机,这哥们马上就在360吨的项目上试验了起来。效果出奇地好,不仅可以吹散污泥,还有一个特殊效果:高温下,污泥里80%的含水迅速气化,气化的过程把污泥颗粒快速炸开,使得污泥雾化得非常好。在气和热混合的效果下,污泥干燥得快速而均匀。喷头磨损的问题就这样圆满解决了。

当污泥喷雾干化面临困难时,我一直认为这是正常现象。环保行业本身作为一个综合性行业,涉及行业范围广,开始污泥喷雾干化正是汲取了其在染料行业等领域成功应用的经验。然而,技术借鉴不是简单的复制与粘贴,如何转化移植是一个大问题。中国在制造业的很多方面均处于国际领先地位,环保行业有条件综合集成其他行业先进成果促进行业发展。

事实也正是这样,污泥并不同于普通的均质染料、奶粉,其粘度大,夹杂石英类物质较多,雾化喷嘴及附属系统易堵塞、易磨损。我们最初采用“精密胶体磨”企图将其均质化,“精密胶体磨”也是化工等行业成熟的设备,但是这条路不行,我们又创造性提出“高剪切分散”技术路线,最终研发出“多喷嘴气流式雾化喷嘴”的喷雾方式,创新和丰富了喷雾的类型,从而实现了污泥喷雾干化技术与装备的“中国创造”。

如果墨守成规,固执地认为“国外热工技术已经有150年以上的历史,环保技术和实绩在很多方面领先我国。”所以就不应该创新的话,我们国家真就进步不了了,也就没有喷雾干燥工艺了。

当时,请张悦去参加鉴定会的时候,他提了个疑问:“热跟污泥直接接触,污泥就烧焦了,一些挥发性的物质全跑出来,二次污染比较严重。”这也是其他一些专家的共同担心。

当时我琢磨了一下,说:“应该不太可能,人家这个工艺原来是干燥奶粉的,也没见过奶粉干燥过程中烧焦过呀。”接着我又补充说,这个技术源于染料的干燥,如果温度到了影响物质结构的时候,那染料产品就要变性了,会成为不合格产品。他当时没有接话,默认了我的解释。

但因为他提了这个问题,所以我也认真研究了一下。发现有个专业名词,叫做“湿球温度”,和印第安人走在火红钢渣上的原理一样。印第安人又跳又唱,脚上出汗,出汗后接触热时,汗水迅速气化,表面的温度就会降低,保护皮肤不被灼伤。污泥干化也是同理,迅速气化后温度降低,实质上污泥颗粒的温度在60-80度以下。后来每次演讲和给学生上课我都用这张图。

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“湿球温度”

俞其林的下一个目标是位于浙江绍兴市的污水处理厂,日处理污泥规模是1200吨/天。这个厂在国内污水处理界名气很大,它承担着我国最大的纺织印染产业基地印染污水处理的任务,说起这个厂,我和它还有深厚渊源,因为我在这个项目上走了麦城。1993年左右绍兴30万吨的一期项目招标,全国当时大的设计公司都参加了投标,最后听说我们的方案排第二,华北院排第一。但是,最后中标的是第三名吉化设计院。传说当时的地委书记是吉化调过来的。

做这个项目前,俞其林反复给我打电话商量,因为定的收费仅为每吨污泥140元。我坚决反对,因为这样的话处理每吨污泥的利润只有10元。而当时市场价格一般也要在每吨污泥300元以上,140元太低了。我苦口婆心地讲:如果下一个项目我们做城市污泥,每吨污泥利润起码在100元,你一个200吨的项目的利润要超过1200吨的项目。

但是,最终我也没有说服他,他拉来几个朋友毅然投资了这个项目,在2013年就完成了建设,目前已经稳定运行近十年。这是目前国内最大的污泥喷雾干化-焚烧处理工程,也是世界范围内屈指可数的污泥处置项目。

虽然开始反对,但是,在实施过程中我一如既往地给予俞其林全力支持,在绍兴项目第一期规模600吨,为了推动喷雾干燥技术被行业接受,我特意把这个项目的设计让给了市政院。让我的学生俞金海全力配合他们设计,某种程度是毫无保留地教他们整个工艺。但他们做完以后,仍然表示不认可这项技术,若说是怀疑技术不成熟或不达标,也说不过去,因为毕竟事实摆在那里,数据全部公开,并且项目通过了省环保验收。

在这个项目里,我又一次感到俞其林的固执和坚持,同时,我也为传说中浙商的富有所震动,相比其他省份,即使深圳、广东民间资本与浙江相比也相形见绌。

我一直关注着污泥喷雾干化-焚烧技术的发展,也一直关注着俞其林和他的公司。我一直想并且不断帮助他跟大的水务公司合作,我认为这样才能把这个技术更好地推广。公司继续做大,并实现上市。但是,到现在为止跟许多水务公司的合作都没有成功。这也是我和俞其林合作过程中主要分歧之一,我认为他不懂现代企业发展方式,他习惯于产品和设备方式经营业务,可能他反过来会认为我是在帮助水务公司,而不是帮助他。

我现在反思这个过程,比较国内外企业家的想法,发现其中有很大不同。国内企业家的思路就是非常想把公司做大,然后上市——直接IPO或者曲线上市,很多企业家内心都有这么个想法,似乎在中国做企业就是“自古华山一条路”,不做大,不上市就不叫成功。

但国外环保领域的专业厂家,他们的企业家几乎都从来没想过上市,只是想把自己的技术、产品做精做好,做成百年老店。而且确实我们接触的制造业的公司都没有、也不追求上市,但他们做了很多年,做了很多精品项目,有很好的品牌。

为什么无论是创业型公司还是已存在很多年的老企业,一般都是以上市为最终目标?我希望我们国内的环保产业、环保企业在追求上市的路上,也能够对这个问题本身进行反思。

俞其林的喷雾干燥工艺,我仅在关键时刻出了两三个主意,一个告诉他可以做,他按我说的做了,并且做成了;另一个是在做不下去的时候建议改变喷射方式,同样起作用了,成功了。其他大部分实施过程,完全是他自己在做。到现在为止,这套系统大概落地了10个项目,处理能力超过每天6000吨污泥,已经成为国内单一污泥干化-焚烧技术的最大生产厂家,形成了拥有自主知识产权的系列污泥喷雾干化技术装备标准。最大的项目做到1200吨,最长的是运行了10年。

在这个过程中,我派出了三个非常能干的学生帮助他实验,总结经验,与用户沟通。

第一个学生是北京环科院我的硕士俞金海,他硕士论文就是做的污泥。俞其林的前几个项目他全程参加了设计工作,比如萧山、绍兴和无锡惠山等项目,他由于专精污泥焚烧技术,被课题组的人戏称“俞教授”至今。

第二个学生是清华的博士后汪翠萍,她协助组织对喷雾干燥系统的测试,以及国家水专项的几个课题研究,为污泥喷雾干燥-焚烧技术系统化和规范化做了许多工作,还在污泥政策和标准等方面做了很多工作。我有一部分会议后期都是请她代劳,她在业界已经小有名气,可惜后来不做污泥了。

第三个学生是常风民博士,应该说是污泥焚烧科班儿出身,博士和博士后都研究污泥热解和污泥碳化问题,在热物理处理技术上是有一定造诣的,他接替了俞教授和汪博士,支撑起了课题组污泥处理这一摊子,并且解决了污泥碳化应用中很多技术性关键问题。

从落地项目的运行情况来看,应该说这项技术是工程化的成熟技术,同时,它也是我直接介入的第二个国内具有知识产权的技术,但命运与水解酸化如出一辙——不太容易被行业人员所接受。让我欣慰的是伴随国家“一带一路”战略,污泥喷雾干化-焚烧技术走出国门,被成功应用在了孟加拉达卡污水处理项目。

这是迄今为止我国在东南亚承接的最大国际EPC污水处理厂项目,50万吨/天的污水处理厂及配套污水管网建设。2017年1月,浙江环兴与北京国环清华设计研究院一起,与中国电建集团签署了污泥焚烧系统EPC合同。其中,污泥处置规模为500吨/天,项目总投资过亿元,标志着环保重大装备在海外新兴市场的重大突破。

这要感谢清华大学我的同事,时任国环清华设计研究院总工程师的张鸿涛先生。说实话因为我在外资公司荷兰DHV咨询公司干过两年,知道政府贷款项目的复杂性,所以我是不同意承担这个项目的,但是张鸿涛老师跟踪这个项目8年,持之以恒,他认为我国环保产业具有成本低、效果好、技术适用性强等优势,在“一带一路”沿线,大多是新兴经济体和发展中国家,蕴藏着巨大的节能环保市场需求。虽然项目因为各种原因还有很多困难,但是我相信我们一定会很好的完成这个项目。20多年后,能亲眼目睹和参与我们自己研发的工艺打到国外市场,我不禁感慨万分。

05国产技术为什么这么难?

Why is it so difficult to promote domestic technology?

第一难是国内自主知识产权技术遭遇的非难。对于国产技术,经常会有一些带有外资色彩的不一定有真凭实据的质疑。有位“泥客庄主”博主2010年在《污泥喷雾干化回转窑焚烧工艺的真实能耗水平——与王凯军教授商榷》一文中就说:国外热工技术已经有150年以上的历史,环保技术和实绩在很多方面领先我国,怎么就没有一个聪明如我国专家一般的,发明这种倒置的“焚烧+干化”以节能。这是代表了作为国外代言人的一些人对于国产技术根深蒂固的看法。

经典的污泥干化-焚烧厂的焚烧炉一般采用流化床焚烧炉,以前的工程公司采用两套热交换系统和一套惰性气体补充系统,一套热导油换热系统,一套蒸汽换热系统,现在一般至少需要一个蒸汽预热交换系统。这套系统的运行复杂程度与燃煤发电系统是一样的,所以工厂需要较高技术水平的操作人员,并且需要总工程师,需要一群大学生。

但喷雾干燥套系统,采用直接干燥,设备和系统简单,喷雾干燥系统除了回流的热风之外,补热装置是一个热风炉,即一个去掉锅的炉子,采用各种燃料燃烧后热量随热风带入系统,操作只需要一个烧锅炉一样持证上岗的农民工。与标准的污泥干化-焚烧相比,原理和操作要简单便捷得多。

应该说,喷雾干燥-焚烧技术的最大特点是具有非常突出的简洁性。这与我们在工业废水或城市污水处理领域的重大发明和发现的原则是一致的,好的发明一定是简单的。

但是,很多人对于国外技术迷信的症结在于,认为西方各国最后呈现给我们的技术,首先是先进技术,可能人家是试验了各种技术可能性后得出的唯一结论,所以我国就应该按照这个思路来做。事实上大多数情况不是这样,在技术发展过程中往往不是最好的技术占据最大市场份额。

其实这么多年以来,从污水到污泥,推任何一个国产技术都非常困难,对国产技术、国产项目的不认可,与对国外技术的推崇一样,在设计院里是根深蒂固,而主流市场的话语权却掌握在市政院的手里。而市政院的话语权又受到国外公司深深的影响,最终就成了是国外技术占据主要市场。

所以,我深深地感到总书记的金句发人深省,振聋发聩:我们在发展上,不能用别人的昨天来装扮自己的明天,要把关键技术掌握在自己手里,创新、创新、再创新!

第二难是对技术的偏见根深蒂固。在一个时期内,污泥焚烧几乎是我一个人的战场:大部分专家建议我国应该以土地利用为主,并且引用大量美国、加拿大和部分欧洲国家的例子讲这些国家的农用比例,我也不厌其烦地讲“农用堆肥大部分是一定发展时期的存量,发展趋势要看增量”的道理。

我分析了美国、日本和我国的农业生产方式、结构。日本是一个典型的例子,由于经济发达、人口众多、土地资源紧张,所以以焚烧资源利用为主。在我国的长三角、珠三角、京津冀地域,经济发达、人口密集,土地资源紧张,污泥焚烧成为主流技术也是发展过程的自然选择。

我们国家污泥焚烧几乎像生活垃圾焚烧处理一样被“妖魔化”。科学上清楚、应用上成熟的技术在我国为何面临如此尴尬的局面?

总的来看,国人对于污泥干化焚烧的误解,主要体现在如下三个方面:一是认为污泥干化焚烧是一种高能耗工艺。但国际上污泥焚烧能量可以达到自给,而从吨泥的能耗上看,污泥焚烧工艺(~100kW/t)与堆肥工艺(>100kW/t)也相当。另外,堆肥后续需要考虑储存、运输等能耗,焚烧则可以实现彻底处理处置;二是认为污泥焚烧是一种高碳排放工艺。有人说污泥焚烧会产生大量的温室气体,这种说法也是不对的,因为污泥中的碳属于中性碳源,不会增加大气中的温室气体;三是认为污泥焚烧特性与垃圾相同,都是二噁英排放源。其实,污泥排放二噁英远远低于垃圾排放的二噁英。

我无数次在会议上反复给大家说明这些问题,但是大多数人视而不见,直接选择忽略。所以,我在一次演讲时引用《孟子》中的一段话:“夫人必自侮,而后人侮之;家必自毁,而后人毁之;国必自伐,而后人伐之。”污泥处理处置问题在我国一直没有得到解决,在某种程度上是业界专家自己造成的苦果,堆肥专家不只说堆肥的好处,还要说焚烧是二噁英排放,厌氧的专家则又会说堆肥的缺点。大家不是想着把蛋糕做大,而仅仅局限自己的一片小天地,导致了目前污泥处理处置的窘境。

第三难才是技术开发难,开发与众不同的新技术更难。我想,这个局面并不是某几个人或几个单位的局限性造成的,这应当是属于时代的“公地悲剧”,是一种涉及个人利益与公共利益对资源分配有所冲突的社会陷阱。如亚里斯多德所言:“那由最大人数所共享的事物,却只得到最少的照顾”。

记得我第一次接触干化-焚烧技术是在日本参观污泥干化焚烧厂,我看后直觉这在本质上是一个复杂的化工技术,类似发电厂的配置,投资百亿级别,密密麻麻的管道。我当时就想,这个太复杂,我一辈子也做不了,也不会去这么做。

几年后,一旦我有机会从事污泥焚烧的时候,我首先就放弃了传统的、所谓主流的流化床焚烧技术。而从别的技术思路切入,去找简单的方法。有了初步想法,才有了不需要高级工程师、只需要农民工持证上岗的污泥喷雾干燥工艺。

以干化-焚烧技术为例,流化床可能最适合煤的燃烧形式,但是不一定适合污泥焚烧,但是,世界上几乎所有焚烧技术都是从煤的焚烧开始的,所以搞污泥焚烧国外自然从流化床开始。

如果研究污泥干燥技术发展史,可以看到,人们不幸地首选了与污泥类似形状的巧克力干燥技术,没有选择咖啡粉的干燥技术,这样便与另一条思路错过。所以,对一个行业、对一个技术认真研究、独立思考非常重要,怎么说都不过分。所以要提出一个具有颠覆性的工艺,用中国工程院前院长徐匡迪院士的话,“颠覆性技术,这种创新在目前的行政审批和评审制度下,是难以实现的。”

人们习惯在现有的技术路线上打转转,形成了路径依赖的舒适区。

大家可能很难想象世界上最先进的航天飞机的大小,是两千年前两匹战马的屁股宽度来决定的。

这是因为火箭推进器要用火车从工厂运到发射点,路上要通过隧道,隧道的宽度只比火车轨道的宽度宽了一点点。美国铁轨之间的距离是英国的铁路标准,因为美国的铁路最早是由英国人设计建造的。

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马屁股决定航天飞机的宽度

英国铁路是建电车的人设计的,最先造电车的人以前是造马车的。而他们是用马车的轮宽做标准。马车轮宽是古罗马人定的,为什么这么定呢?原因很简单,这是两匹拉战车的马的屁股的宽度。

历史惯性力量是多么的强大,要冲破由惯性形成的规则又是多么的艰难。

干化-焚烧技术属于大型装备,大型装备的开发需要技术集成,同样技术集成也不是简单的堆积与组合,如何创新?我国的研发,专业配套性差,几乎所有的问题都要自己解决,这进一步加大了开发难度。

污泥喷雾干化-焚烧作为一个复杂的集成系统,尾气净化技术装备属于大气污染控制工程。既要烟气除尘,又要脱硫、脱硝。同时要解决污泥焚烧特有的恶臭气体问题。研发团队要解决常规布袋除尘器易产生死角、结露、腐蚀、堆积板结、寿命短等问题;要了解烟气脱硝、脱硫方式,要开发通过光化学紫外/臭氧高级氧化法,结合洗涤系统实现除臭。同时,又自动加码提出解决“白烟”难题。喷雾干化技术的升级优化主要在四个方面,很难想象我们团队在除尘、除臭、脱白和设备的标准化、系列化方面均有不同创新和建树。

这涉及多个技术领域和多个学科,可想而知技术开发的难度,特别是焚烧装置的技术开发,几乎很少可以像水处理一样通过小试来完成,都需要在大型装置上实验,难度大、花费高是另一大问题。

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浙江绍兴污泥喷雾干化-焚烧工程(1200吨/天)(左图为脱白前,右图为脱白后)

编辑:赵凡

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