（一）总体研究思路

（一）总体研究思路
本课题以可燃固体废弃物高效能源化及产物高值利用为目标，通过对可燃固体废弃物热解、气化和燃烧单元过程特性及多单元耦合优化研究，重点突破不同气氛下热转化的过程协同优化和产物高值利用途径所涉及的关键理论和技术。

具体技术路线如下图所示：
本课题从建立可燃固体废弃物热解、气化、燃烧一体化热处理过程耦合的理论体系出发，围绕可燃固体废弃物热解/气化/燃烧过程多组份耦合协同作用机理、可燃固体废弃物热解/气化/燃烧过程能量匹配与高效转化、氧化性气氛下热化学转化全过程协同优化、氧化/还原性条件下产物高值利用等四个关键科学问题，根据可燃固体废弃物热解/气化/燃烧多单元过程的耦合和优化机制研究、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、氧化性气氛下热化学转化全过程协同优化研究、灰渣等共性产物的低能耗资源高值化途径研究四个研究内容，开展可燃固体废弃物高效能源化及产物高值利用机制的研究，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。

（二）研究方案
（1）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
a.复杂组分可燃固体废弃物在热解、气化、燃烧单元的多相流动、传热传质与化学反应机制研究
鉴于城市生活垃圾特性差异大，拟在小型固体废弃物热解气化和燃烧炉上，选取具有典型性的垃圾单组份进行热解、气化、燃烧试验，研究复杂组分可燃固体废弃物热解、气化、燃烧等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，以高能量转化效率和产物选择性为目标，分析可燃固体废弃物定向热解、气化特性，获取可燃固体废弃物热解、气化、燃烧单元的关键参数和相关规律；在热重分析仪上，研究固体废弃物颗粒尺寸效应与热解/气化反应速率的影响因素；在此基础上，进而进行混合组份气化试验研究，探索两组分及多组分之间的耦合协同作用机理，解析可燃固体废弃物热解气化过程原料组成与热解气化产物之间的因果关系，从而建立普遍适用的固体废弃物热解和气化基础理论，通过建立神经网络预知数学模型，探讨垃圾成份构成预测其热解气化产物分布可靠性。

此部分研究为后续探索高质高效热转化的耦合模式提供理论基础。

b.可燃固体废弃物热解、气化和燃烧耦合集成研究
在固体废弃物热解、气化及燃烧一体化试验装置上，开展不同种类可燃固体废弃物条件下，各种因素（温度、氧化/还原气氛、反应时间、气固比等）对热解、气化和燃烧产物成分影响研究，研究可燃固体废弃物在热解气化、熔融燃烧一体化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，揭示热解气化单元与熔融燃烧单元之间的耦合机制，研究固体废弃物连续梯级利用过程中低温热解/气化过程（800℃以下）和高温燃烧熔融过程（1300℃左右）的耦合优化机制。

形成能量优化匹配的一体化热处理工艺，获得最佳反应条件和相关参数，建立一体化热处理反应器优化设计方法。

（2）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
a.热解油高值利用途径研究
根据热解油的理化特性，进行初级热解油分级分离实验研究；在热解油提质试验平台上，针对热解油分级产物不同特性，进行催化酯化、催化加氢等品质提升实验研究；应用发动机燃烧试验台开展提质后热解油部分替代柴油的燃烧特性和发动机做功特性试验研究，评价提质后的热解油燃料性能。

b.热解炭高值利用途径研究
利用氮吸附仪、比表面及孔隙度测定仪、傅立叶红外光谱仪、X射线衍射仪等测定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和表面活性，利用亚甲基蓝吸附实验研究热解炭的吸附性能，在此基础上研究热解炭的分形特征。

针对不同性质的热解炭，在热解炭活化试验台上，开展热解炭制备高性能吸附材料的方法研究，实现热解炭高值利用。

c.热解气高值利用途径研究
利用气相色谱仪、在线气体分析仪等进行不同可燃固体废弃物种类及热解、气化方式制备的热解气的组成特征研究；在热解气催化重整试验台上，针对不同性质的热解气，开展以金属或非金属催化剂条件下的热解气催化重整实验，制备出高效、廉价、清洁的热解气重整催化剂，实现热解气高值利用。

（3）氧化性气氛下热化学转化全过程协同优化研究
a.中高温烟气中的HCl、Cl2等含氯物质脱除研究
采用现代气相-液相色谱和傅里叶红外表征等手段，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；建立小型的热态深度脱氯机理性试验装置，针对含氯物质及烟气特性，研究制备高效廉价脱氯剂，通过采用不同的错流床或移动床等反应器，研究能够在中高温条件下含氯物质的脱除率，获得中高温条件下深度脱氯方法。

b.热化学转化全过程协同优化
在中高温条件下深度脱氯研究的基础上，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过程进行重构，如受热面的重新排布等，并建立全过程能级利用评估模型和评估数值平台，通过对不同重构方案的技术和经济性评估，从能量高效利用的角度提出氧化性气氛下热化学转化全过程协同优化新方案，形成能量高效利用的燃烧新工艺。

（4）灰渣等共性产物的低能耗资源高值化途径研究
a.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
在小型试验装置上，以低能耗、高附加值为目标，开展底渣、飞灰等共性产物制备陶粒、生态水泥、烧结砖、路基材料等研究，实现灰渣等共性产物的低能耗资源高值化。

b.氧化性气氛下细微飞灰中的重金属资源化回收方法
制备多功能复合吸附剂。

通过沉降炉和小型流化床实验台，采用多功能复合吸附剂对富集了重金属的微米级和亚微米级细微飞灰进行吸附特性研究；采用低压撞击器收集颗粒物，通过ICP-MS和AAS分析各级重金属的含量，研究无机组分和重金属的交互影响规律。

通过物理、化学等处理工艺分离细微飞灰中的重金属，建立飞灰中重金属的资源化回收方法。

c.还原性气氛下灰渣中的金属和无机非金属资源化回收方法
采用分类分离、表面形貌分析和ICP分析，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，利用风选、磁选和浮选等理化处理工艺分离灰渣中的金属和无机非金属，实现从热解气化剩余物中高值回收金属和无机非金属。

（三）工作安排
根据东南大学和华中科技大学的学科基础和优势，具体分工如下：
1、东南大学承担研究内容
研究内容（1）：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
a.复杂组分可燃固体废弃物在热解、气化、燃烧单元的多相流动、传热传质与化学反应机制研究(金保昇、钟文琪负责);
b.进行可燃固体废弃物热解、气化和燃烧耦合集成优化研究(金保昇负责)
研究内容（2）：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
a.进行热解油高值利用途径研究（金保昇负责）
b.进行热解炭高值利用途径研究（黄亚继负责）
研究内容（3）：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
b.氧化性气氛下热化学转化全过程协同优化研究（钟文琪负责）
研究内容（4）：灰渣等共性产物的低能耗资源高值化途径研究
a.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（黄亚继负责）
2、华中科技大学承担研究内容
研究内容（1）：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.进行可燃固体废弃物热解、气化和燃烧耦合集成试验研究（徐明厚负责）
研究内容（2）：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.进行热解气高值利用途径研究（徐明厚负责）
研究内容（3）：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
a.进行中高温烟气中的HCl、Cl2等含氯物质脱除研究（徐明厚负责）
研究内容（4）：灰渣等共性产物的低能耗资源高值化途径研究
b.研究氧化性气氛下细微飞灰中的重金属资源化回收方法（姚洪负责）
c.研究还原性气氛下灰渣中的金属和无机非金属资源化回收方法（姚洪负责）
（四）技术路线的创新性
（1）从多组份之间耦合协同作用机理、热质传递规律出发，构建热解、气化和燃烧单元过程的复杂多相流动与化学反应耦合优化方法；
（2）针对我国可燃固体废弃物多成分特性，提出氧化气氛下受热面防腐方法，获得复杂体系下可燃固体废弃物的高品质能源化利用规律；
（3）通过调整可燃固体废弃物热处置过程，优化提高能源品质，促使有害成分的定向固化及灰渣的资源化利用。

（五）可行性
（1）本课题组成员长期从事可燃固体废弃物气化、热解和燃烧机理等方面的研究，在城市生活垃圾气化熔融焚烧、生物质气化零排放制氢等方面已取得了突出的研究成果，成功开发出城市生活垃圾气化熔融焚烧中试装置、旋流式和流化床污泥干燥设备、生物质流化床燃烧锅炉等实验装置和工业设备，本方案是在这些前期研究基础上提出的，具有明确可行的研究方法和技术路线，能够确保本
课题研究工作的顺利开展。

（2）学科基础是项目研究取得重大突破的基本保证。

本课题组成员来自动力工程与工程热物理、环境科学与工程、材料化学等学科。

学科结构合理，课题组成员有深厚的学术背景，能够对课题内容进行多学科、全方位、深层次的基础研究与应用基础研究，保证课题研究的顺利实施。

（3）本课题的两个完成单位建有火电机组振动国家工程研究中心、煤燃烧国家重点实验室等基础研究基地，拥有支撑完成本课题的先进仪器设备和实验平台。

这些都为本课题圆满完成任务提供了重要保证。