中国科技贡献人物——余式正
开创垃圾焚烧不产生二噁英的新时代
一种无二噁英和无废气排放的立式负压垃圾干馏焚烧炉
━━发明专利：ZL 201410393458.
发明人简余式正 1937年生于广东省汕头市。原冶金部自动化研究院劳模、高级工程师，九三学社社员，现为中国管理科学研究院特聘研究员，中国未来研究会会员，科技未来分会理事，北京正仁科技有限公司董事长。
一、退休不忘报国志、白发无惧攀高峰
1、把不变性原理应用于热工程序控制受关注
1961年余式正先生毕业分配到钢铁研究院工作。第一年是实习期就承担一项温度程序控制的任务。写成的技术总结报告,以冶金部的名义与朝鲜科学院代表团作技术交流,引起朝鲜科学院代表团的关注,有代表团成员前来请教。
1964年该项技术成功用于我国第一台“GY-1型膨胀议”的温度程序制，1965年参加全国仪器仪表展览会后,会后“GY-1型膨胀议”的全套技术无偿转让给抚顺红旗仪器厂生产。并获得全国科学大会的嘉奖。该设备在余式正先生的精心维护下用了二十几年，为钢铁研究总院出版专辑做出贡献。
1969年承接09工程715所急需的全自动膨胀仪研制任务，是科研成果的推广和提升，任务已送09办公室备案。却被当作“资产阶级学术权威”下放五七干校，未能完成为国家的核潜艇事业作出贡献深感遗憾。
2、研制X射线测厚仪超越日本东芝
根据冶金部的安排，1974年开始为上钢一厂研制我国第一台热轧X射线测厚仪。技术方案采用日本东芝Tosgage306测厚仪的双光束测量方式。1979年获冶金部重大科研成果二等奖。1982年应太钢五轧厂的聘请验收日本东芝公司的Tosgage306测厚仪。发现东芝测厚仪测量精度不合格。因为不是设备的缺陷、而是调试的问题,余式正先生已近解决了同时问题，所以没有追究东芝公司的责任。事后东芝公司专家泽田胜先生对他开始的傲慢态度表示道歉，对余先生的指导表示感谢，并透露在日本三天三夜都测量精度都没有调好。证明东芝公司的产品几乎没有达到技术指标的，而我们已经掌握调试方法，技术超越日本东芝公司。相关技术报告发表在《冶金自动化》上，稿费40元还被非法截留一半直到《北京科技报》干预后才退了回来。
3、自筹资金完成冶金部科研课题被评为劳模
X射线测厚仪研制成功后,1980年鞍钢要求研制两台冷轧测厚仪。计划上报冶金部。冶金部拨研究经费10万元,后来经费被挪用,课题组人员被拆散,有人公开声称,就是要你干不成。1983年课题组三个人决心自筹资金,苦战三年,改变面貌。他们利用为外厂设备改造的资金加工两台测厚仪，一方面完成外协任务,一方面跑遍全国找用户、让用户试用,回收资金再投入。84年又加工4台,1985年加工20台,这是他们艰苦创业的辉煌时期。1986年完成冶金部鉴定,实现了他们当初的诺言。
用了测厚仪以后轧钢效率提高5倍，经济效益显著。根据用户财务部门提供证明,每年可增加经济效益200万元,超过冶金部一等奖150万元的标准。因被参加评奖的电离电流之差了本单位人员篡改为20万元,故只获得冶金部三等奖。因自筹资金完成冶金部的科研课题,成绩突出加一级工资并被评为劳模（图1），上报冶金部。
图1
在开发新型测厚仪的时候，余式正先生注意到双光束测厚仪操作着非常严重的缺陷，那就是偏差指示误差是采用上下电离室之差ΔI= I0 e-μx0（e-μΔx - 1）来表达的（其中Δx是厚度偏差），因为是个超越函数，非线性特别严重。余式正先生采用新的计算公式：Δx = - 2ΔI/μ（I1+I2）来表达，不仅正负偏差对称，而且线性误差很小于3.5%。因为是余式正先生证明公式成立，所以称为余式正第一公式。
4、自掏腰包完成国家科研任务的“编余”国家级功臣
1988年正当我们X射线测厚仪打开销路,准备形成系列,取代进口的时候,灾难突然降临。时任院长的于常友(已被判有期徒刑10年),在深圳注册了一家“通达”公司兼任董事长,因倒卖批文被查获。一方面让当事人刘巍出走九江；另一方面寻找转移目标的“替罪羊”。因为当时实行承包制。他们课题组两个人1987年上交利润6万元“影响大”, 于常友遂借“治理整顿”之名非法查封他们的实验室,他们实验室里用收入购置四把椅子都成了余先生的罪过,并把余先生编入“编余人员”!后因查无实据,又不认错,又借89年《两院通告》之机，推给丰台检察院。据党委书记霍云海在冶金部透露,在检察院坐了2小时的冷板凳，捏造余先生拿3万元到丰台检察院“自首”的事实,在北京人民广播电台广播。
余先生在“编余’期间除了为仪表车间开发温度调节仪以外,还自掏腰包开发成功YZ-88智能测温仪,无偿移交仪表车间生产，为单位获取丰厚的利润，并与冶金部鎢铼热电偶配套获冶金部科研成果一等奖,奖金150元,还获1990年国家级新产品称号（图2）。先生成了独一无二和空前绝后的、自掏腰包为国家研制新产品的“编余”“国家级科技成果研制功臣”!
1995年丰台检察院因捏造“自首”情节和电台广播受批评。与北京市检察院登门赔礼道歉,先生为报效国家的努力屡受打压伤透了心，遂按规定退休。
图2
5、参加并指导电子部、冶金部军工办课题达到世界水平
珍宝岛事件以后,发现有线载波通信不被窃听最可靠,为此要求发展载波通信。载波通信的重要器件是滤波器,要求开发温度系数达到1×10-7的低膨胀合金,于是研制高精度合金的测试设备━━静电型特性测试仪的任务,就由冶金部军工办和电子部下达给了相关的单位:钢铁研究总院、上海刚研所、北京冶金所、陕西刚研所和南京有线电厂,余式正应邀参加并指导该项工作,利用业余时间为课题拟定技术方案,采用电场力激发试样作纵向振荡,解决技术问题的讨论,装置能够可靠测量到13纳米的震动信号,最后的调试和撰写整装置的研究报告,在鉴定会上被认为达到国际先进水平。单位放弃该项科研成果,
6、电容式智能传感器
余式正先生成长于新中国时代，长期接受党的教育，具有淳朴的报国志愿。文革后期与同学相聚，认为今后建设国家的重任必将落在我辈身上，遂发奋学习。国内的资料较少，就边自学日文、边大量翻译、学习集成电路和单片机等专业知识。在1988年单位的外语测试中以可扣可不扣的一分近于满分的成绩夺得第一名，1989年插班冶金部日语口语班仅四个月，就担任口语翻译，包括党委书记于日本朋友会谈担任翻译。退休了虽然没有任务，就反复回顾过去的工作。静电型弹性测试仪研制成功以后，发现电容作为传感器具有许多优点。过去,电容式传感器需要交流电源,一般都接成桥式电路,电桥的平衡还受损耗角变化的影响,因此电容式传感器的应用不多。于是余式正先生有发现电容式传感器的运算处理新公式。称为余式正第二公式。配合单片机可以派生出许多智能式产品，就称为余式正第二公式。可用于各种变形、位移、长度、角度等的测量。
7、完成一项国家科委的星火计划任务
1992年应广西玉林市科技局邀请,完成一项国家科委下达的任务:分时计费电度表的任务。项目是余式正独自完成的。
8、开发我国第一套液压缸行程测量装置叫板国际名牌力士乐
1998年长江三峡工程需要测量液压缸的行程。当时国际上只有德国力士乐公司有此产品,被誉为“液压缸同步技术的革新”。我国没有产品,国外趁机大敲竹杠,人家要和液压缸的活塞杆一起卖,每吨30万元。为此首钢液压机械厂提供1000元研究经费要求合作研制。我们经过五次试验就成功了,参加在宜昌展出。这是 我国的第一套液压缸行程测量装置,在技术报告会上听讲的人爆满。
现在我们又有新的改进:采用电容式传感器,全部数字电路智能运算,可以自动纠错,可以内插细分。
9、找到可能引起卫星失联的重大隐患避免重大损失
2000年我们承接一项人造卫星相关的任务时，发现卫星通信所有信号全部来自标准频率，为确保卫星通信万无一失，卫星通信的标准频率准备了两套：一套使用，称为“主频”，一套备用,称为“备频”。当主频发生故障的时候，备频自动投入。由于该切换系统容易产生自激振荡，导致标准频率混乱，引起全部通信有卫星失联的隐患。可见标准频率的重要性。标准频率问题就出在这套切换装置无法接收、卫星失联。此前已曾发生过卫星失联的故障，为此及时采取措施防备，使得此后再无类似故障，避免重大损失。
10、用通/断控制构建人工智能调节器
余式正先生参加工作以来一直从事热工控制的研发工作。除了负责程序控制课题外，环参加高温测试基地的多项温度控制课题。在《高温测试基地论文集》中有多篇文章。余式正先生积累了五十年的经验,发现通/断控制，系统在正常工作状态下，通过计算，可以计算出外部的扰动和系统特性的变化，然后能够及时自动采取措施进行调节，达到更优越的效果，构建新型的人工智能调节器。发现这里的计算公式称为余式正第三公式。
11、供暖设施节能的最佳选择
2002年北京市为了迎接奥运会的召开,开始进行自采暖的煤改电试点。为此,我们发明了“空气对流型的节能电暖器”。采用金属薄带作发热体,被业内专家认为是电暖器加热方式的革命。在将来的煤改电中将是最好的选择。
二、突破世界难题 开创垃圾焚烧无二噁英新时代
━━无二噁英、无废气排放的立式负压垃圾干馏焚烧炉
发明专利(ZL 201410393458.8)
1、垃圾处理的现━状与存在的世界难题
哪里有人居住,哪里就有垃圾。当前垃圾处理的方法有填埋、焚烧和综合利用三种。垃圾填埋占用土地、污染环境,不宜推广已经达成共识,无需赘述；垃圾焚烧不可避免会产生二噁英。二噁英号称天下第一毒,它的毒性是砒霜的900倍、氰化钾的300倍。并且，二噁英一旦产生以后并没有远去，最后返回地面，构成对人们身体健康的严重威胁，受到群众的强烈反对；垃圾综合利用设想垃圾收集回来以后,通过垃圾分选系统,把垃圾分成饲料、堆肥、塑料、纸类、金属、玻璃和其他垃圾等七类。其出发点是避开垃圾焚烧,回避二噁英的产生；其次是垃圾能够“物尽其用”。但是在实际应用中碰到垃圾如何分选和如何利用的难题。过去采用风选或者水选,要选出七类垃圾实属不易。还有,因为分选不彻底,利用也成问题,而且成功的案例不多,后来就逐渐淡出市场,垃圾焚烧就占据了主流的地位。
当前垃圾处理技术落后，跟不上垃圾产生和处理的需要；另一方面垃圾不断积累，形成垃圾围城，酿成垃圾危机。过去我国相关部门做了许多工作,例如:2011年国务院批转16部委《关于进一步加强城市生活垃圾处理工作的意见》(以下简称《意见》)要求:“提高创新能力。加大对生活垃圾处理技术研发的支持力度,加快国家级和区域性生活垃圾处理技术研究中心建设,加强生活垃圾处理基础性技术研究,重点突破清洁焚烧、二噁英控制、飞灰无害化处置、填埋气收集利用、渗沥液处理、臭气控制、非正规生活垃圾堆放点治理等关键性技术,鼓励地方采用低碳技术处理生活垃圾。重点支持生活垃圾生物质燃气利用成套技术装备和大型生活垃圾焚烧设备研发,努力实现生活垃圾处理装备自化。开展城市生活垃圾处理技术应用示范工程和资源化利用产业基地建设,带动市场需求,促进先进适用技术推广应用和装备自主化。”
2014年国家发展改革委气候司把生活垃圾焚烧发电作为“燃料及原材料替代类技术”列入《国家重点推广的低碳技术目录》,支持垃圾焚烧。虽然受到反烧者的质疑,但真正提出更好的处理办法并不多。
2015年中国人民大学发布《我国城市生活垃圾管理状况评估》(以下简称《评估报告》)报告。声称:“源头分类是垃圾减量的核心手段,以及到目前为止唯一正确的手段。并且源头分类没有不可克服的技术、资金和居民的素质问题”。但多年的实践证明如何分选和如何利用问题虽“可以克服”，但不知道何时、由谁来克服？似乎人民大学的专家只擅长管理，这些是发明家的事，他们是不该管的。
研究发现：二噁英是由一个或两个氧原子结合两个被氯取代的苯环所组成(图3)。可见它的生成必须具备两个必要个必要的条件：有氯和苯环存在并且发生氧化反应。原生垃圾中存在大量的塑料，塑料中含有氯和苯环，焚烧是氧化反应就产生二噁英，所以，塑料是产生二噁英的罪魁祸首，为此英国女皇把塑料当作全人类的公敌，宣布向全人类公敌宣战。
面对二噁英，国外也束手无策。于是大量塑料垃圾倾倒入海洋，构成对海洋的严重污染。科学家发现在万米水深的日本海沟居然也发现大量塑料存在，它将通过海洋生物带给人类巨大的威胁。消灭二噁英，克服塑料的污染迫不及待。
垃圾是污染物，也是资源。早在1998年美国世界观察研究所在一项调查报告中宣称:“垃圾回收和再生利用,称得上是21世纪人类最主要的效率革命”。这是人类为了生存而寻找持续发展道路所必须采取的步骤。
为此，北京正仁科技有限公司自成立以来,把垃圾干馏焚烧技术用于垃圾处理,公司董事长
2、垃圾焚烧的理论创新和工艺创新
1870年世界首台垃圾焚烧炉在英国问世。经过不断的改进和革新,最后以马丁炉为代表的炉排炉技术臻于成熟，在世界上大力推广。第一代垃圾焚烧炉的特征是垃圾放在炉排上直接焚烧。它的缺陷除了烧不透以外就是不可避免会产生二噁英。
以流化床垃圾焚烧炉为代表的第二代垃圾焚烧炉的特征是采用热解气化的燃烧方式，以外能够有效抑制二噁英的产生，受到业界和专家们的好评，曾被认为是今后的垃圾处理的发展方向。但第二代垃圾焚烧炉并不能完全消灭二噁英。此外，每吨垃圾焚烧产生4000
新的垃圾焚烧工艺既然防止了二噁英的产生，就无需高温分解，也不存在尾部复合。实现了垃圾焚烧不产生二噁英的理想!根据他们第二代垃圾干馏气化炉中试的结果，把产生的燃气用于烧砖，烧砖后废气排放经中科院实测的二噁英如图4所示。
三次测量的平均值为0.028ng/m3，远低于日本和欧盟0.1-0.2ng/m3的排放标准。证实:垃圾干馏能够不产生二噁英和关于不产生二噁英理论是正确的。垃圾焚烧不产生二噁英是能够实现的。
3、垃圾干馏炉的结构创新
二十一世纪初正是深圳首次引进国外炉排炉之时，由于我国垃圾含水量大，炉排炉确实烧不起来，业界大呼“国外技术水土不服”。 余式正先生认为是炉排炉设计有缺陷、如图5所示干燥段缺少加热热源所致。为此，提出垃圾焚烧的干馏模型：
2009年国际二噁英大会在北京召开，垃圾焚烧产生二噁英的问题引起高度重视。他们在福建大田进行中间试验，目标是垃圾焚烧不产生二噁英。为此，借鉴工业上两段式的炉子结构和工艺。把产生的热情用来烧砖，检测烧砖的废气，结果二噁英排放的实测值如图4所示，仅为0.028 ng/m3，远低于日本和欧盟0.1-0.2ng/m3的国家排放标准，超额完成16部委提出的要求。
第二代垃圾干馏焚烧炉虽然解决了不产生二噁英的问题，但仍存在许多问题。例如处理效率低，原设计日处理100吨实际只有20吨。所以对垃圾干馏焚烧炉进行重大改进，例如：取消回盘，恢复第一代干馏炉的负压燃烧；扩大垃圾焚烧效率，把原来的圆形截面改成第一代长方形截面，便于单元组合，实现大型化等等。经过改进后申报了发明专利：ZL 201410393458.8。图8是第三代干馏焚烧炉的发明专利证书，图9是第三代干馏焚烧炉的结构示意图。
垃圾干馏焚烧炉自上而下分成干燥段、干馏段、还原段、燃烧段和灰渣段。垃圾从进料喉入炉以后，先进行干燥，然后下降到干馏段进行分解，干馏后的碳化物残渣，下降到燃烧段接触空气燃烧，碳化物燃烧产生的高温把尚未燃烧的碳化物加热到高温状态，成为还原剂。当燃烧产生的CO2经过时就被还原成熱煤气CO，通过中心及周围的燃气室上升，为垃圾干燥和干馏提供热量。
干燥段的原生垃圾受到上升的熱煤气加热以后，垃圾中的水分蒸发化成水蒸汽，就把夹杂在垃圾缝隙中的空气赶走并取而代之；再下降到接近干馏段时，垃圾干馏产生的干馏煤气又驱赶并取代了水蒸汽，使原生垃圾到达干馏段时，水蒸汽被干馏段产生的燃气所取代、处于隔绝空气的还原气氛之中，保证原生垃圾在没有氧的状态下进行干馏、分解，不发生氧化反应，就不产生二噁英；然后再烧燃气或碳化物，没有氯和苯环也不产生二噁英。配合垃圾分类、确保可燃垃圾用于焚烧。避免不可燃垃圾入炉焚烧带走热量、也减少垃圾焚烧的灰渣；增加垃圾的热值，提高发电量，带来更多的经济效益。是垃圾分类后续处理的最佳组合。
三、垃圾焚烧新时代的四大特征
1、实现无二噁英、无废气排放、无渗滤液和臭气的彻底无害化
垃圾干馏焚烧炉不仅仅不产生二噁英，同时，还没有废气排放。废气污染环境，造成酸雨，每年经济损失达千亿；废气中有大量CO2,是资源的极大浪费；过去垃圾焚烧需要大型的垃圾坑储存7-30天的垃圾，产生大量渗滤液和臭气，给附近居民带来极大的困扰，垃圾干馏焚烧炉是立式结构，内部储存足够多的垃圾，可以压火，垃圾日产日清，无需垃圾坑，没有渗滤液和臭气，实现彻底的无害化。
2、垃圾焚烧不排放废气再创第三代垃圾焚烧技术的新特征
以往每吨垃圾焚烧产生4000
3、低成本、高效益垃圾处理有望告别公益事业
垃圾处理从来都是公益事业。首先它是为公众服务的，垃圾处理企业不是慈善机构，政府和公众有付费购买服务的义务；其次，过去每吨垃圾的处理成本一般需要200元，发电除自用后可售电约200KWH，入不敷出，不补贴垃圾处理企业就无法生存，只好倒闭。垃圾干馏焚烧炉因为不产生二噁英、所以无需废气和飞灰处理、无需3T+E、无需余热锅炉、无需渗滤液和臭气处理。初步核算，投资可节省80%，每吨垃圾的处理成本大约只60元，实现垃圾处理的低投资和低成本化。
以往垃圾焚烧采用余热锅炉和蒸汽轮机发电，效率不超过20%。发改委规定每吨垃圾的发电量不超过280KWH。垃圾干馏焚烧炉用燃气轮机IGCC发电，发电效率达45%。据此发电量超过600KWH。加上垃圾分类处理可燃垃圾，热值应可提高，每度电按0.5元计算，即使不补贴、也有300元的利润，扣除处理成本，至少还有200元的利润。企业完全无需补贴，垃圾处理可望告别公益事业。
4、无污染、占地小，焚烧厂不存在选址问题
以往的垃圾焚烧厂占地面积太大，而且有二次污染，受群众反对和拒绝，焚烧厂的选址困难；好不容易找到一处地址就恨不得规模搞大，省得另再选址。垃圾焚烧厂规模过大，将大大增加垃圾的垃圾运输的成本。
本发明占地面积可以节省90%，又不产生二噁英和臭气，没有选址的问题，可以选择最佳的规模建厂。又可创了垃圾焚烧的新时代。
综合以上创新，垃圾干馏焚烧炉有资格称之为第三代垃圾焚烧炉，开创垃圾焚烧技术崭新的时代，造福世界人民。
四、垃圾干馏焚烧炉在新能源中的应用
1、发展生物质新能源为碳达峰、碳中和中再做贡献
当前全球都为全球气候异常担忧。要求实现碳达峰和碳中和。先不问应该发展什么新能源，而分析新能源必需要具备以下的四个条件：
一、资源极大丰富。
二、生产工艺简单、生产成本低廉。
三、能够大规模生产。
四、可再生、可持续，没有污染和实现全球温室气体的零增长。
国外为了生产生物质能源，美国利用玉米、巴西利用甘蔗生产燃料乙醇。有污染、成本高；在我国还造成人畜争食；欧洲瑞典、德国等利用非粮生物质生产沼气，
生物质来自植物吸收C02，燃烧后又回到C02，实现温室气体保持零增长和碳中和。垃圾干馏焚烧炉能够把垃圾变成燃气，当然能够把生物质变成燃气发电。垃圾干馏焚烧炉可为碳达峰和碳中和做出贡献。
2、燃煤的清洁、高效利用━━充分利用我国的煤炭资源
必需指出；实现碳达峰和碳中和不可能完全不用化石能源。特别是我国燃煤资源丰富，过去我国的能源70%是燃煤，不用燃煤既是能源的极大浪费，又是加大我们企业和群众的负担。其实我们的农作物、森林等等植物的生长吸收大量的温室气体，可以和燃料燃烧的温升气体“中和”。关键是燃煤的高效、清洁利用。
燃煤的清洁、高效利用通常采用制气技术。为此国外采用煤制天然气。实践表明，是一种高耗水、高污染、高温室气体排放、高能耗、高成本的技术，得不偿失。
另一种办法是利用气流床制气发电。该方法需要高温、高压，技术存在问题；另一方面需要纯氧成本高；而所得的煤气热值不高，在发电行业中没有竞争优势。
第三种办法是采用两段式煤气发生炉制气。但不能大规模生产，不能满足发电的要求。
垃圾干馏焚烧炉本来就是借鉴两段式煤气发生炉的工艺，我们已经解决了提高炉子效率和大型化的问题，可望为煤制气发挥作用。
