固體廢棄物等離子體熔融氣化處置技術(shù)，利用等離子體炬高溫、高能量密度、低氧化氣氛之優(yōu)勢，可在氣化爐內(nèi)產(chǎn)生高達(dá)1600℃高溫，在此溫度下，固體廢棄物中的有機(jī)物質(zhì)（含毒性、腐蝕性、傳染性物質(zhì)）完全裂解氣化為可燃合成氣（主要成分為CO、H2），無機(jī)物質(zhì)（含礦物質(zhì)、重金屬類物質(zhì)）高溫熔融為玻璃態(tài)物質(zhì)并回收利用。

等離子體無害化處理裝備及相關(guān)技術(shù)已被納入《國家鼓勵發(fā)展的重大環(huán)保技術(shù)裝備目錄》，政策利好，前景廣闊；技術(shù)發(fā)展趨勢為填埋逐步向熱處理技術(shù)發(fā)展，目前市場以回轉(zhuǎn)窯技術(shù)為主，熱解爐協(xié)同其他形式焚燒爐為輔，以等離子體爐為代表的高溫氣化熔融技術(shù)憑借經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、高效等優(yōu)勢將蓬勃發(fā)展。

2、國內(nèi)外現(xiàn)狀

表1 危廢處置技術(shù)對比

表2 國外在運(yùn)行項(xiàng)目匯總

目前國內(nèi)涉足等離子體氣化危廢治理技術(shù)的企業(yè)均為危廢治理行業(yè)領(lǐng)先企業(yè)，主要有西安航天源動力工程有限公司、中廣核研究院有限公司中廣核研究院有限公司、山東博潤工業(yè)技術(shù)股份有限公司，臺州偉博環(huán)保設(shè)備科技有限公司等。雖然國內(nèi)已有多家機(jī)構(gòu)介入等離子體氣化危廢處理技術(shù)研究，但絕大多數(shù)均處在研發(fā)示范階段，尚未有完全成熟的工程運(yùn)行業(yè)績。

3、等離子氣化熔融處置系統(tǒng)

3.1系統(tǒng)工藝流程

本技術(shù)方案為，采用等離子體氣化危險廢物，在氣化熔融爐內(nèi)，等離子體提供高溫、高反應(yīng)活性的還原性氣氛，將危廢中的有機(jī)質(zhì)（包括各類難降解有機(jī)污染物）轉(zhuǎn)化為以CO、H2為主的可燃?xì)?，將危廢中的無機(jī)物熔融，經(jīng)冷萃，熔融態(tài)殘?jiān)鼘⒅亟饘侔c硅-氧網(wǎng)格中，轉(zhuǎn)化為玻璃體態(tài)一般無機(jī)物?？扇?xì)庠诜贌到y(tǒng)中進(jìn)一步焚燒釋放出熱量，并被余熱利用系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為熱蒸汽，煙氣經(jīng)凈化后可實(shí)現(xiàn)超低排放，符合全球最為嚴(yán)格的歐盟2010標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了從單純的危廢末端治理，擴(kuò)展為防治二次污染與資源高效利用一體化的全過程控制模式。

本處理系統(tǒng)包括的主要設(shè)備如下：

（1） 預(yù)處理及進(jìn)料系統(tǒng)

（2） 等離子體氣化爐（包括等離子體炬及去離子水系統(tǒng)）

（3） 二次燃燒室

（4） SNCR系統(tǒng)

（5） 余熱鍋爐

（6） 急冷塔

（7） 布袋除塵器

（8） 引風(fēng)機(jī)

（9） 濕法堿洗塔

(10) 煙氣消白系統(tǒng)

（11）煙氣在線檢測CEMS系統(tǒng)；

（12）煙囪

圖1 危險廢棄物綜合處理系統(tǒng)工藝流程圖

3.2 關(guān)鍵技術(shù)問題

（1）系統(tǒng)長周期高效穩(wěn)定運(yùn)行技術(shù)

目前制約等離子體固廢處置技術(shù)廣泛應(yīng)用的難點(diǎn)在于長周期高效穩(wěn)定運(yùn)行，其制約關(guān)鍵點(diǎn)在于危廢處置工藝匹配、等離子體炬運(yùn)行調(diào)整及維護(hù)、等離子體氣化爐運(yùn)行檢測及調(diào)整、合成氣調(diào)整及降溫凈化、熔融玻璃態(tài)物質(zhì)處置問題等，旨在突破系統(tǒng)長周期高效穩(wěn)定運(yùn)行之關(guān)鍵技術(shù)。

（2）等離子體氣化爐等核心設(shè)備研制技術(shù)

等離子體氣化爐的優(yōu)化設(shè)計等離子體爐作為廢物氣化的設(shè)備，廢物在等離子體爐中依次經(jīng)歷預(yù)熱、氣化和燃燼三個階段，使廢物分解，是實(shí)現(xiàn)廢物減量化和無害化處理的主要場所。等離子體氣化爐需要承受1600度以上的熔融物和1000度以上的合成氣，以及多成分氣體的腐蝕情況，因此爐體的設(shè)計需要詳細(xì)考慮氣化爐內(nèi)部的熱量及其分布情況，采用適合的耐火材料，耐腐蝕材料；確保氣化爐能夠在高溫下長期可靠地工作。

（3）長壽命、超大功率等離子體炬技術(shù)

等離子體炬是等離子體氣化危廢處理的核心設(shè)備之一，其運(yùn)行的穩(wěn)定性直接影響著危廢處理系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

解決途徑：a）優(yōu)化電極結(jié)構(gòu)和電極材料，提高電極的抗燒蝕能力；b）通過合理的電磁場設(shè)計使電弧在電極內(nèi)快速旋轉(zhuǎn)，縮短電極局部位置暴露在強(qiáng)電流下的時間，減緩燒蝕速度；c）優(yōu)化工質(zhì)氣體供應(yīng)方式，使電弧在電極內(nèi)小范圍擺動，增加燒蝕面積，提高電極的利用率。

（4）實(shí)現(xiàn)等離子體氣化處理后合成氣、爐渣的資源化利用

等離子體危廢處置接技術(shù)一大優(yōu)勢是資源化利用，在利用等離子體高溫熔融處置過程中，有機(jī)成分轉(zhuǎn)化為合成氣（主要成分為CO、H2），無機(jī)物（重金屬，堿性氧化物等）轉(zhuǎn)化為熔融玻璃態(tài)物質(zhì)，在此過程中，如何保證合成氣中可燃?xì)夂?、潔凈度、溫度等滿足資源化利用的要求以及熔融玻璃態(tài)物質(zhì)重金屬沁出率滿足相關(guān)環(huán)保要求并資源化利用。

解決途徑：在設(shè)計過程中，充分保證一次風(fēng)和二次風(fēng)調(diào)節(jié)范圍，保證合成氣成分及可燃成分（CO、CH4等）純度，使合成氣成分可調(diào)節(jié)，提高可利用范圍；開展配伍熔融實(shí)驗(yàn)，調(diào)節(jié)配伍成分，檢測配伍結(jié)果，不斷調(diào)節(jié)配伍組成，同時，充分借鑒高爐渣制保溫巖棉、玻璃行業(yè)拉絲、建筑行業(yè)制磚等，為玻璃態(tài)物質(zhì)資源化利用找出路。

4、某爐渣等離子體熔融處置中試項(xiàng)目介紹

待處理樣品來自某環(huán)?？萍加邢薰?00t/d和30t/d回轉(zhuǎn)窯在處理危廢過程中產(chǎn)生的爐渣，包括回轉(zhuǎn)窯出渣、布袋灰、急冷塔灰、余熱鍋爐灰。

4.1 實(shí)驗(yàn)工況及配伍方案

表3 等離子體熔融處理回轉(zhuǎn)窯灰渣實(shí)驗(yàn)工況

表5 等離子體氣化中試熔渣浸出毒性檢測結(jié)果與原樣對比

3）熔渣沖渣水檢測結(jié)果

對配伍的爐渣經(jīng)過等離子體熔融試驗(yàn)后對熔渣的沖渣水進(jìn)行了2次水質(zhì)及重金屬檢測，結(jié)果總結(jié)如下表（詳細(xì)的水質(zhì)檢測結(jié)果見附錄）。本實(shí)驗(yàn)所處理的回轉(zhuǎn)窯焚燒處理后殘余的爐渣熔融后爐渣沖渣水的水質(zhì)分析及重金屬檢測結(jié)果完全達(dá)到污水一級排放標(biāo)準(zhǔn)（A），因此沖渣水可以直接排放。回轉(zhuǎn)窯焚燒處理危廢后殘余的爐渣通過合理的配比后在輔助添加劑的作用下進(jìn)過等離子體熔融氣化處理后，所得到的熔渣為表面致密光滑的玻璃體，熔渣沖渣水可達(dá)到污水一級排放標(biāo)準(zhǔn)（A）。

表6 等離子體氣化中試熔渣沖渣水水質(zhì)檢測結(jié)果

4.3爐渣等離子體氣化熔融能耗驗(yàn)證

等離子體爐采用電能做能源，且氣化爐內(nèi)通過焦炭輔助燃燒維持爐膛內(nèi)溫度，爐渣熔融固化需要添加的輔助物料為碎玻璃和氧化鈣。對爐渣玻璃化過程的能耗指標(biāo)以處理單位質(zhì)量（1t）爐渣所需要的費(fèi)用計。則按照目前試驗(yàn)系統(tǒng)連續(xù)進(jìn)料和排渣后用廢溶劑和焦炭輔助燃燒維持爐膛溫度，系統(tǒng)處理爐渣能力為5t/d，爐渣處理成本為1628.5元/噸。

原標(biāo)題:等離子體熔融處置技術(shù)淺析

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