危险废物等离子体焚烧处理技术
热等离子体技术处理危险废物研究进展
热等离子体技术处理危险废物研究进展遇鑫遥施加标孟月东(中国科学院等离子体物理研究所,安徽合肥 230031)摘要应用热等离子体处理危险废物是一种创新性技术.与传统焚烧炉相比,真正做到无害化,减量化和资源化的目的.着重介绍应用热等离子体处理危险废物的原理及优点,等离子体废物处理系统以及国外应用这种技术处理危险废物的研究现状,以引起人们对这种新技术的认识和重视.关键词危险废物热等离子体等离子体气化/玻璃化过程等离子体废物处理Research progress of hazardous waste treatment using thermal plasma technology Yu Xinyao,Shi Jiabiao,Meng Yuedong.(Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences,Hefei Anhui 230031)AbstractHazardous waste treatment using thermal plasma was a creative technology which achieves the aim of detoxification, reduction, and reuse of waste indeed compared with traditional incinerator. The theory and advantages of hazardous waste treatment using thermal plasma, the thermal plasma waste treatment system and the present studies of abroad were mainly introduced hoping that people could have a good knowledge of this new technology and pay attention to this new technology. Keywords: hazardous waste; thermal plasma; plasma gasification/vitrification process; plasma waste treatment system随着我国经济高速发展,产生了大量危险废物,包括医疗废物,化学毒品等,这些危险废物对于环境和经济的可持续发展造成了严重的危害.应用等离子体技术来处理危险废物是一种全新的方法.由气体电离产生的等离子体在等离子体发生器中温度可达 5 000 ℃.电能通过等离子体转化为热能.选择不同类型的工作气体可使等离子体系统工作在氧化,还原或者惰性的环境下.不同的工作环境具有不同的功能,如氧化性环境通常用来破除有机危险废物;还原性环境通常被用来提取金属,固化含有毒重金属的废物如飞灰等[1].目前发展较成熟的国家包括美国,加拿大,法国,英国,瑞士,日本以及以色列等.其中,美国的Retech公司,IET公司,西屋环境公司(Westinghouse Environmental Service),PEAT公司,Startech公司,法国的航太公司(Aerospatial Espace & Defence),英国的Tetronics公司以及以色列EER公司的等离子体处理技术皆已达到商业化运转阶段.其他一些国家还处于一些基础的可行性证明的实验阶段,如希腊正在研究用电弧等离子体处理废物[2,3];台湾在这方面做了大量的工作,虽然处于研究阶段,但取得了不小的成果[4-7];韩国也正在研究用电弧处理放射性废物[8]和液体有毒废物PCB[9];俄罗斯和瑞典等国家也进行了相关的研究并取得了一定的成果[10].1 热等离子体技术介绍热等离子体技术已从20世纪60年代主要用于空间相关的研究转向材料处理,如今热等离子体已经广泛用于材料加工领域,如等离子切割和喷涂.近年来,应用热等离子体处理危险废物成为研究的热点.大多数等离子体废物处理系统采用等离子体炬来产生等离子体能量.另一种设计是利用直流(DC)电弧等离子体.另外,还有研究用射频等离子体[11]和微波等离子体[12]处理危险废物的,本文不做介绍.1.1 电弧等离子体主要特征气压下的电弧是处于局域热力学平衡(LTE)的热等离子体.处于局域热平衡的电弧等离子体中的电子,离子和其它中性基团具有接近的温度.电弧的能量密度以及电子的密度分别在107～109 J/m3和1022～1025 m-3.由于具有高的能量密度和电子密度使得电弧放电可以在相对低的电场(通常500～5 000 V/m)下达到107～109 A/m2的高电流密度.电弧的温度可以达到5 000～50 000 K.1.2 等离子体炬技术人们已研制开发了各种各样的等离子体炬.图1画出了两种典型的等离子体炬构型[13],左侧是使用金属作为电极的,右侧的是采用无电极的射频等离子体.其中有电极的等离子体炬主要有两种,一种工作在转移弧,一种工作在非转移弧.其区别在于是否将所要加工的工件作为一个电极,若将加工工件作为一个电极则是工作在转移弧,否则是工作在非转移弧.图1 主要的等离子体炬构型2 应用热等离子体处理危险废物的原理及其优点2.1 原理热等离子体放电产生的电弧具有极高的温度,其产生辐射热,对流传热以及电子引起的传热等.能够用它来熔融危险废物形成无害化产物.主要形成物为简单的气体分子(主要为CO,H2),玻璃体以及熔融的金属单质.在等离子体反应腔中,处于上部的是气体,中部的是熔融玻璃体,下部是金属单质.形成气体分子是等离子体气化的过程,形成玻璃体的过程是等离子体玻璃化的过程.废物经过等离子体化学反应完成转化的时间在0.01～0.50 s.这个反应时间依赖于所处理的废物种类以及温度[12].2.1.1 等离子体化学反应过程能量的传递能量的传递大致如下:(1) 电子在电场的加速作用下成为高能电子.(2) 高能电子与分子(或原子)碰撞,形成受激原子,受激基团,游离基团等活性基团.(3) 活性基团与分子(或原子)碰撞生成新的物质并放出一定的热量.(4) 活性基团与活性基团碰撞生成新的物质并放出一定的热量.(5) 高能电子被卤素和氧气等电子亲和力特强的物质所俘获,成为负离子.这类负离子具有较好的化学活性,在等离子体化学反应中起到重要的作用.2.1.2 等离子体气化几乎人们所知的所有有机物和许多无机物在热等离子体的高温环境下都会发生氧化或者还原反应分解为原子和最简单的分子.这些原子和分子在温度较低的部位又会重新合成形成热力学稳定的2～3个原子的化合物(氧化物,氢化物,卤族化合物等).这些化合物的形成依赖于所处理的废物的成分以及形成等离子体的气体,另外,这些有机物形成的气体可以用来做化工原材料或者转化成一种混合气作为燃料.最重要的是其中的有毒有机物尤其是二恶英和呋喃都被彻底的分解为了无毒的小分子物质[14,15].图2以二恶英为例说明了等离子体气化的原理.图2 二恶英的等离子体气化示意图2.1.3 等离子体玻璃化玻璃化将废物与玻璃等物质混合在热等离子体的高温作用下熔融形成一种稳定的玻璃态物质,原废物中的有害金属则包封在玻璃体中,即可达到稳定化,减量化及资源化目的.玻璃化最初是用来处理放射性废物,在这个过程中高放射性废物的液体和泥浆与玻璃颗粒进行混合并加热到非常高的温度来产生熔融玻璃态混合物,当混合物冷却时它就会变为一种坚硬且稳定的玻璃体,这种玻璃体将放射性元素包封在内部,并阻止其迁移到水和大气中.一般其反应机制是利用SiO2网络结构形成难溶物质,见图3.一般可从玻璃体的特性探讨其处理效果,其特性项目包括灼烧减量,强度,空隙率,浸取毒性等.得到的玻璃体经过一定的或者不经过加工可以用来作为建筑材料或者陶瓷材料,这依赖于所处理的废物的化学成分.图4为美国IET公司经过PEM技术处理得到的玻璃体和用玻璃体加工的建筑材料.图3 网络结构二维示意图例图4 IET公司PEM技术玻璃体及加工的建筑材料2.2 优点2.2.1 与传统的焚烧炉相比的优点(1) 热等离子体具有较高的温度和能量密度.一个氧气-燃料火焰的最大热量通量大约为0.3 kW/cm2,而一个直流转移弧的热量通量可以达到大约16.0 kW/cm2.具有如此高的热量通量是因为其有较高的温度,较高的气体流动速度以及较高热导率的等离子气体.尤其是对于转移弧来说,有一部分额外的热量通量,即从电子转移到所处理的作为阳极的物质.(2) 维持等离子体弧所需要的气体体积比靠燃料燃烧的焚烧炉要少很多.据估计,对于给定数量的处理物质,等离子体系统所需的气体体积仅为燃料焚烧炉所需气体的10%左右.这也意味着对于等离子体系统的尾气处理系统能极大的简化.(3) 等离子系统的能量供给与系统中氧气的浓度是能够独立控制的,即氧化性,还原性以及惰性气体环境是独立于反应器的温度的.而对于传统的焚烧炉能量通量与氧气的浓度不能独立于反应器的温度.这使得在极高的还原性或者惰性气体环境下具有极高的能量通量成为可能.(4) 与传统焚烧技术相比,等离子体技术能够完全的破除有毒有害废物,装置的体积和尺寸要小的多.可以对反应过程的完全自动化的控制.高温等离子体源的维修费用和时间相对较少.(5) 最为重要的是,传统的焚烧技术会产生二次污染,如形成包含有毒重金属的飞灰,氢氧化物,硫化物,氮的氧化物,含氯化合物如二恶英和呋喃.传统的焚烧技术要达到各个国家有关环境标准就要花费大量的钱在二次污染物的去毒化上面.3 等离子体废物处理系统介绍3.1 系统的主要构成等离子体废物处理系统主要由进料系统,等离子体主反应腔,金属/玻璃体收集系统,热能回收利用系统,尾气净化处理系统,二次燃烧室,自动控制系统等构成.3.2 系统的工作流程一般而言,其工作流程如下:首先是进料系统将废物输进等离子体主反应腔,然后在主反应腔中经历等离子体气化/玻璃化过程,其中金属和玻璃体经金属玻璃体收集系统得到收集,如果存在二次燃烧室气体进入二次燃烧室,然后气体进入尾气处理系统,最后排放的气体达到标准.如果有能量回收利用系统,气体还要通过能量回收利用.图5为系统工作流程图.图5 系统工作流程图3.3 系统所能处理的废物种类(1)有机溶剂废弃物(2)废矿物油(3)含多氯联苯废弃物(4)医院废弃物,废药物,药品(5)农药废弃物(6)有机树脂类废弃物(7)含金属羰基化合物废弃物(8)含有色金属,重金属的废弃物(9)石棉废弃物(10)放射性废弃物(11)从理论上讲,所有能用传统的焚烧炉处理的都可以用等离子体系统来处理.但是,实际中的等离子体系统都是针对某一种或者某一类物质而专门设计的,还没有能够处理所有种类的炉子问世.4 国内外的研究现状介绍国外在用热等离子体处理危险废物方面已取得相当大成就,有的已经产业化,有的正从研究走向产业化阶段.美国早于1986年即用热等离子技术模拟处理放射性废弃物,至今已有多家处理厂处于商业运转阶段,处理废弃物种类甚广,包括放射性废物,焚化炉灰渣,重金属污泥及土壤以及有毒废液等危险废物.目前技术成熟且成功商业运转的公司主要有Westinghouse Electric公司,Retech公司,IET公司,Startech 公司,EPI公司等.日本近来为解决垃圾焚化灰渣的问题,积极着手开发热等离子体熔融技术,并已获得相当的成果.由日本KHI,KSC及东京电力共同开发的灰渣等离子体熔融炉已经在其千叶市设置一日处理量为24 t的废物处理中心.TAKUMA公司自1992年着手于底灰和飞灰的混合灰渣为对象,开发石墨电极等离子体熔融炉以来,经过多次实验于1998年达到每天处理25t焚化灰的规模.Mitsubishi公司也在用等离子体技术处理飞灰方面取得了很大的成就[16].除了美国和日本之外,法国,加拿大,澳大利亚,瑞典,英国,以色列等发达国家也开发了热等离子体技术.法国的Europlasma公司开发的等离子炬技术除发展欧洲市场外,同时将技术转移到日本.加拿大Resorption公司设计了一日处理量为24 t的等离子体熔炉,用以处理生物/感染性医疗废物.瑞典的Scan Dust公司与B.U.S(Berzelius Umwelt-Service AG)共同开发设置了一年处理量为55 t的等离子体熔融炉,主要是处理金属冶炼尘灰,并回收有价金属.英国的Tetronics公司于1990年便成功开发直流电极等离子体熔融技术,并在最近几年内协助日本各大厂商(如EBARA,KOBE,MHI等)设置等离子体熔融炉,以解决日本境内日益严重的焚化灰渣处理问题.澳大利亚的SRL公司开发的PLASCON等离子体技术能有效处理化学农药及PCB 等有毒废物[17].以色列EER公司运用其开发的PGM(Plasma Gasification Melting)技术,于俄罗斯莫斯科附近设置一日处理量 2 t的等离子体熔融炉,主要用于处理低放射性废物,并已运转近10年.我国在用热等离子体技术处理危险废物方面起步比较晚,尚属于研究阶段,国内所应用的技术大多是从国外进口的.5 展望等离子体处置危险废物技术是环境界公认的无害化处置最先进技术,在发达国家已进入应用阶段.热等离子体处理危险废物具有很多优点,在发达国家已经成为危险废物处理研究领域的一个热点,甚至成为一些危险废物处理如垃圾焚烧飞灰的最有效的处理方法.随着,环境问题越来越严重,热等离子体技术必将会在危险废物处理方面发挥巨大的作用.我国应该加大投资和人员力度研究用热等离子体处理危险废物的机理以支持自主知识产权的等离子体废物处理炉的开发和应用转化以解决越来越严峻的危险废物处理处置问题.参考文献[1] HERLIRZ H G. Plasma technology[J]. Environ. Sci. Technol.,1986,20(11):1102-1103.[2] MOUSTAKAS K,FATTA D,MALAMIS S K,et al. Demonstration plasma gasification/vitrification system for effective hazardous waste treatment[J]. J. Hazard. Mater.,2005,123(1/3):120-126.[3] MOUNTOURIS A,VOUTSAS E,TASSIOS D. Solid waste plasma gasification: equilibrium model development and energy analysis[J]. Energ. Convers. Manage.,2006,47(13/14):1723-1737.[4] TZENG C C,KUO Y Y,HUANG T F,et al. Treatment of radioactive wastes by plasma incineration and vitrification for final disposal[J]. J. Hazard.Mater.,1998,58(1/3):207-220.[5] HUANG Y C,WANG H PAUL,HUANG H L,et al. Speciation of copper in plasma-melted slag[J]. J. Electron. Spectrosc.,2007,156/158:214-216.[6] CHU J P,CHEN Y T,MAHALINGAM T,et al. Plasma vitrification and re-use of non-combustible fiber reinforced plastic, gillnet and waste glass[J]. J.Hazard.Mater.,2006,138(3):628-632.[7] Cheng T W,Huang M Z,Tzeng C C. Production of colored glass–ceramics from incinerator ash using thermal plasma technology[J]. Chemosphere,2007,46(1):1-9.[8] MIN B Y,KANG Y,SONG P S,et al. Study on the vitrification of mixed radioactive waste by plasma arc melting[J]. J. Ind. Eng. Chem.,2007,13(1):57-64.[9] Kim S W,Park H S,Kim H J. 100 kW steam plasma process for treatment of PCBs(polychlorinated biphenyls) waste[J]. Vacuum.,2003,70(1):59-66.[10] RUTBERG P G,BRATSEV A N,SAFRONOV A A,et al. The technology and execution of plasma chemical disinfection of hazardous medical waste[J]. IEEE. T. Plasma. Sci.,2002,30(4):1445-1448.[11] MINA S,MOTOFUMI T,TAKAYUKI W. Application of radio-frequency thermal plasmas to treatment of fly ash[J]. Thin. Solid. Films,2001,386(2):189-194.[12] BAILIN L J,HERTZLER B L,DONALD A. Oberacker development of microwave plasma detoxification process for hazardous wastes[J]. Environ. Sci. Technol.,1978,12(6):673-679.[13] KOGELSCHATZ U. Atmospheric-pressure plasma technology[J]. Plasma. Phys. Control. Fusion.,2004,46(12B):63-75.[14] RUTBERG P G. Plasma pyrolysis of toxic waste[J] Plasma. Phys. Control. Fusion.,2003,45(6):957-969.[15] MICHAEL T,PHILIP R,GUIDO O. Plasma based waste treatment and energy production[J]. Plasma. Phys. Control. Fusion.,2005,47(5A):219-230.[16] MASAO Y A. Contribution of waste to energy technology to global warming[J]. Mitsubishi Heavy Industiries Technical Review,2004,41(4):1-5.[17] MURPHY A B,MCALLISTER T. Modeling of the physics and chemistry of thermal plasma waste destruction[J]. Physics of Plasma.,2001,8(5):2565-2571.（注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。
垃圾等离子体焚烧技术方案
垃圾等离子体焚烧技术方案一、技术必要性目前我国医疗垃圾和工业危险废物处理方面存在比较严重的问题。
医疗废物包括使用过的注射器、针头、输液管、纱布、药瓶、废医疗塑料制品、有毒棉球、废敷料、手术残物、动物实验废弃物、感光乳液、废显影液等等.这些垃圾含有大量的传染性病毒,是细菌病毒的滋生地.这些垃圾目前主要的焚烧处理方式一般仍采用传统的气、油燃烧方法,而这种气、油燃烧方法采用的焚烧炉处理由于炉内温度不高（一般均低于900℃，而实际情况只运行在700℃以下），极易产生二恶英（600℃～800℃),传染性病毒也不能被彻底处理（一些传染性病毒在1100℃仍会生存)，燃烧的垃圾灰仍残余有三分之一以上的可燃物及部分细菌，燃烧后的垃圾灰作为生活垃圾填埋，一段时间后会析出地面,仍旧会对环境造成二次污染，渗出后影响土壤、水质，人、畜饮用被污染的水后易患病，并迅速感染蔓延。
即使使用包装进行集中处理，在运输过程中也极易散发,造成环境的二次污染。
医疗垃圾和工业危废的传统焚烧处理方式，除了无法达到理想的处理效果，有很强的二次污染隐患外,还引发了严重的社会问题，武汉汉阳锅顶山垃圾焚烧发电厂及其周边医疗废物焚烧厂自建成以后始终负面新闻缠身，周边居民因废气污染而多人身患疾病，由此引发群体性事件，锅顶山垃圾焚烧发电厂与医疗废物焚烧厂因此被迫关厂半年。
绿色动力投资运营的广东江门医疗垃圾焚烧中心则因居民投诉而彻底停产。
如今医疗垃圾与工业废物的焚烧处理项目即使通过立项，与地方政府达成合作意向，也往往因居民抗议而中辍.中国医疗垃圾与工业危废的产生量逐年大幅度上升，形成了庞大的处理压力,现有处理能力存在不小的缺口，多个省市有新闻报道医疗废物大量积压，为缓解压力，类似武汉锅顶山项目等存在问题，引发民愤的项目也不得不继续运行。
然而继续使用传统气、油焚烧的新项目难以启动建设工作，这些事实说明，具有先进技术，无二次污染，处理能力强的医疗垃圾、工业危废处理项目是有很强的必要性的，且因全国地区面对不同程度的处理压力，一旦有典型成功项目启动运营，依靠项目的示范作用和区域辐射作用，有望在所在省份乃至全国范围内复制建设。
等离子体处理危险废物技术
等离子体处理危险废物技术李 伟1 李水清1 崔瑞祯1 刘 刚2 季天仁3（1 清华大学精仪系 2 中国兵器装备研究院 3 电子科技大学高能所）一、引言将等离子体用于处理各类污染物具有处理流程短、效率高、适用范围广等特点，尤其是对于多氯联苯类(PCB )、氟里昂类等难消解含卤化合物及生物技术产业、农药、医院等的特殊废弃物处理，常规的燃料热源技术的处理效率常不能达到国际规定的标准(PCB 的消解效率必须大于99.9999%)，并且更高毒性的多氯二苯并二(PCDDs ) 与多氯二苯并呋喃(PCDFs ) 的二次污染问题日益引起人们的重视。
等离子体既可用于处理废气又可用于处理废水、固体废物、污泥、甚至放射性废物。
本章主要介绍等离子体处理固体危险废物，如医疗垃圾等。
二、等离子体火炬处理固体废物的工作原理（一）等离子体的概念等离子体是物质存在的第四态，它是气体电离后形成的，是由电子、离子、原子、分子或自由基等粒子组成的集合体，它具有宏观尺度内的电中性与高导电性。
等离子体是极活泼的反应性物种，使通常条件下难以进行或速度很慢的反应变得快速，尤其有利于难消解污染物的处理。
在人工生成等离子体的方法中，气体放电法比加热的办法更加简便高效，诸如荧光灯、霓虹灯、电弧焊、电晕放电等等。
图1是气体通过加热或放电形成等离子体的示意图。
N 2等离子体气体加热或放电图1 等离子体形成示意图 （二）等离子体的分类按粒子的温度等离子体可分为两大类，热平衡等离子体(或热等离子体) 与非热平衡等离子体(或冷等离子体)，如图2所示。
冷等离子体的特征是它的能量密度较低，重粒子温度接近室温而电子温度却很高，电子与离子有很高的反应活性。
相对地，热等离子体的能量密度很高，重粒子温度与电子温度相近，通常为10000K 至20000K 的数量级，各种粒子的反应活性都很高，本文后面所提到的等离子体如未特别说明即指热等离子体。
热平衡等离子体（热）等离子体按粒子的温度分非热平衡等离子体（冷）图2 等离子体的分类（三）等离子体的产生方法热等离子体的产生方法，它包括大气压下电极间的交流(AC)与直流(DC)放电、常压电感耦合等离子体、常压微波放电等。
等离子体医废处置方案
等离子体医废处置方案简介等离子体医废是指在医疗过程中产生的含有生物危害物质和传染性物质的废弃物。
由于易感染和传播病毒等病原体，等离子体医废的处置变得尤为重要。
等离子体技术是一种高温等离子体反应技术，它可以通过高温等离子体将有机物气化分解，同时有效杀死病菌和病毒，达到无害化处理的目的。
因此，等离子体技术被广泛应用于医废处理领域。
本文将介绍等离子体医废处置方案的具体实现方法和优点。
实现方法制备等离子体制备等离子体需要先将空气或氧气引导到等离子体反应器中，再通过高频电极激发气体，形成等离子体。
等离子体的主要成分为电子、离子、自由基等活性物质。
处理医废使用等离子体技术处理医废的基本流程：首先将医废施加电场，使得医废中的导体聚集，形成有机物颗粒；然后通过等离子体反应，将这些有机物颗粒分解成CO、CO2、H2O、N2等物质，达到无害化处理的目的。
处理后的医废处置处理后的医废主要成分为二氧化碳、水、氨和硫酸等物质，这些物质不会产生污染，并且可以通过排气管口排放。
优点安全医废处理是一个危险的过程，如果不采取科学合理的处理方法，可能会对人体健康造成影响。
因此，采用等离子体技术处理医废，可以杀死病原体和病菌，有效防止危险物质对人体健康造成伤害。
无害等离子体技术在处理医废的过程中，采用高温等离子体反应技术对有机物进行分解，使医废最终变成无害的CO2、N2、SO2等物质，不会对环境造成污染。
高效使用等离子体技术处理医废的过程，比传统的焚烧方式更加高效，能大幅降低处理时间和成本。
此外，等离子体技术比其他处理医废的方法更加灵活，可以根据不同的医废种类，采取不同的处理方法。
结论等离子体技术是一种能够无害化处理医废的高品质技术，它可以有效杀死病原体和病菌，同时也不会生成二次污染物。
使用等离子体技术处理医废是非常必要的，可以为医疗行业和环保事业做出重要的贡献。
工艺方法——等离子体处理危险废物技术
工艺方法——等离子体处理危险废物技术工艺简介等离子体处理危险废物技术是利用等离子体炬产生的高温热等离子体将危险废物快速分解破坏，其中有机物热解为可燃性的小分子物质，无机物被高温熔融后生成类玻璃体残渣。
该技术具有反应速度快、二次污染小、适用范围宽等特点，它克服了传统处理技术如焚烧、化学处理等二次污染大、工艺复杂、对废物有选择性等缺点，特别适合于医疗垃圾、石棉、焚烧飞灰、电池、轮胎、放射污染等固体危险废物的环保处理。
与常规焚烧技术相比，等离子体处理技术是一种环境友好技术，处理彻底，无二次污染，碳排放少。
等离子体通常是含有大量电子、离子、分子、原子以及自由基的电离气体，但其宏观上呈电中性，并具有很高的化学活性。
热等离子体的中心温度可高达2万℃，火炬边缘温度也可达到3000℃。
等离子体技术能彻底摧毁各种有毒有害物质，是一种有效消除污染，用途广泛的新技术。
等离子体处理废弃物工艺的核心技术是等离子体发生器（等离子体炬），就发生器而言，应用最多的是直流电弧等离子体。
等离子体处理危险废物的独特处理方法表现出安全、高效、无二次污染和广泛适用性，它为危险废物及城市固体废物的无害化、减容和资源化回收提供了一个十分科学有效的方法。
技术特点由于高温、高焓、高能粒子密度大的热等离子体处理固体废弃物具有以下特点：反应速率快，处理量大，减重率、减容率高；高温反应环境可以得到较大的淬冷速率，反应器中陡峭的温度梯度也对淬冷过程有利；开、停车时间短；所需氧化气体少、气流量小、易于控制，且降低了所需的后续净化处理的成本及温室气体排放量；可集成性高，能够原产地处理废物；处理后的残渣也可回收利用。
因此其被认为是最适合用作废物处理的方法之一。
目前等离子技术应用于综合的废物处理及能量回收利用已经成为了一种重要的变废物为能量的技术，在日本、美国、加拿大、欧洲、马来西亚都出现了或是中试或是已经工业化的等离子体气化应用，各国的研究者们也在等离子技术处理废物方面做了很多积极有意义的工作。
等离子体技术在工业危险废物处置中的应用
等离子体技术在工业危险废物处置中的应用摘要：近年来，随着我国工业发展速度的不断加快，虽然大大带动了我国国民经济的迅速增长，但与此同时也带来了诸多环境问题。
工业生产会产生许多危险废物，这些危险废物不但会造成严重的环境污染，更可能引起一系列安全事故，所以，如何有效处理处置工业危险废物成为了当前的一项重要研究课题。
传统的工业危险废物处置技术已经渐渐无法满足实际治理需要，一些新的技术开始在该领域中崭露头角，其中，等离子体技术是目前最具发展前途的一种工业危险废物处置技术。
本文主要针对等离子体技术在工业危险废物处置中的应用进行了探讨，希望有助于促进相关技术的不断进步和发展。
关键词：等离子体技术；工业危险废物；废物处置当今时代，环境污染问题已经成为了一项迫在眉睫的问题，而随着环境污染日益严重，人们也在不断寻求更加先进有效的废物处理技术，以适应越来越复杂的工业危险废物处理要求。
在此背景下，等离子体技术应运而生。
利用等离子体技术，可以有效处理现代工业生产中产生的那些复杂的有害混合废料，如重金属残渣、放射性物质、污泥、飞灰等等，同时还不会带来二次污染。
正是由于这些优点，使得等离子体技术成为了当前最具发展前途的一种工业危险废物处置技术。
以下笔者就联系实际来谈谈等离子体技术在工业危险废物处置中的应用，仅供参考。
一、等离子体技术简介1、等离子体技术的概念等离子体技术出现于二十世纪90年代。
等离子态是物质的一种状态，一般物质常见的状态有固态、液态及气态等，而等离子态是与之相并列的第四种状态。
简单来说，等离子体是由大量相互作用的非束缚状态的带电离子组成的一个宏观体系，其无论是温度、密度亦或磁场强度，均可跨越十几个数量级，换言之可以存在的参数范围非常广阔。
由于等离子体的能量极为集中，具有85%以上的极高电热效率，所以它所产生的高温可以瞬间还原那些难以还原的物质及难溶物质。
目前等离子体技术在信息、能源、环境、通信、材料及生物工程等领域中均有着十分重要的应用。
等离子体熔融处置技术浅析
等离子体熔融处置技术浅析固体废弃物等离子体熔融气化处置技术，利用等离子体炬高温、高能量密度、低氧化气氛之优势，可在气化炉内产生高达1600℃高温，在此温度下，固体废弃物中的有机物质（含毒性、腐蚀性、传染性物质）完全裂解气化为可燃合成气（主要成分为CO、H2），无机物质（含矿物质、重金属类物质）高温熔融为玻璃态物质并回收利用。
等离子体无害化处理装备及相关技术已被纳入《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录》，政策利好，前景广阔；技术发展趋势为填埋逐步向热处理技术发展，目前市场以回转窑技术为主，热解炉协同其他形式焚烧炉为辅，以等离子体炉为代表的高温气化熔融技术凭借经济、环保、高效等优势将蓬勃发展。
目前国内涉足等离子体气化危废治理技术的企业均为危废治理行业领先企业，主要有西安航天源动力工程有限公司、中广核研究院有限公司中广核研究院有限公司、山东博润工业技术股份有限公司，台州伟博环保设备科技有限公司等。
虽然国内已有多家机构介入等离子体气化危废处理技术研究，但绝大多数均处在研发示范阶段，尚未有完全成熟的工程运行业绩。
3、等离子气化熔融处置系统3.1系统工艺流程本技术方案为，采用等离子体气化危险废物，在气化熔融炉内，等离子体提供高温、高反应活性的还原性气氛，将危废中的有机质（包括各类难降解有机污染物）转化为以CO、H2为主的可燃气，将危废中的无机物熔融，经冷萃，熔融态残渣将重金属包裹与硅-氧网格中，转化为玻璃体态一般无机物。
可燃气在焚烧系统中进一步焚烧释放出热量，并被余热利用系统转化为热蒸汽，烟气经净化后可实现超低排放，符合全球最为严格的欧盟2023标准，实现了从单纯的危废末端治理，扩展为防治二次污染与资源高效利用一体化的全过程控制模式。
本处理系统包括的主要设备如下：（1）预处理及进料系统（2）等离子体气化炉（包括等离子体炬及去离子水系统）（3）二次燃烧室（4）SNCR系统（5）余热锅炉（6）急冷塔（7）布袋除尘器（8）引风机（9）湿法碱洗塔(10) 烟气消白系统（11）烟气在线检测CEMS系统；（12）烟囱图1 危险废弃物综合处理系统工艺流程图3.2 关键技术问题（1）系统长周期高效稳定运行技术目前制约等离子体固废处置技术广泛应用的难点在于长周期高效稳定运行，其制约关键点在于危废处置工艺匹配、等离子体炬运行调整及维护、等离子体气化炉运行检测及调整、合成气调整及降温净化、熔融玻璃态物质处置问题等，旨在突破系统长周期高效稳定运行之关键技术。
危废等离子体处理技术
危废等离子体处理技术来源: 再生资源最近两三年，随着环保监管越来越严厉，工业危险废物处置市场也越来越红火，由此带火了等离子体处理技术的相关话题。
早在2014年9月，《危险废物处置工程技术导则》（HJ 2042-2014）（以下简称《技术导则》）就已发布实施，《技术导则》将等离子体技术正式列入危险废物处理可选技术路线。
即便如此，业内仍然有各种各样的疑惑、质疑的声音，诸多行业人士发声，直指等离子体技术的弱点。
等离子体技术的适用性问题，一时成为争论的焦点。
受此影响，不少危废项目负责人心中犹豫，稳字当先，危废处置行业投资在等离子体技术上踌躇难行。
究竟等离子体技术是回转窑焚烧技术的替代，还是替补？等离子体热解炉一、《技术导则》怎么说众所周知，行业标准是非常严肃的，开不得玩笑。
环保部（现生态环境部）发布的标准至少经过“三审两稿”，是政策专家、技术专家和行业行家从各个角度完善、权衡过的，因此，标准的条款是经得起推敲和检验的。
《危险废物处置工程技术导则》对于等离子体技术的规定，凝聚了监管层、技术层和行业层的最大共识。
（4.1.3.2）“危险废物非焚烧处置主要包括……、电弧等离子处置等。
”传达了两方面的信息，一是我们讨论的是电弧等离子体，实指热等离子体；二是等离子体处置技术属于非焚烧技术路线，可以不需要氧气或者空气。
（4.2.3.3）“电弧等离子体技术适用于处置毒性较高、化学性质稳定，并能长期存在于环境中的危险废物，特别适宜处置垃圾焚烧后的飞灰、粉碎后的电子垃圾、液态或气态有毒危险废弃物等。
”表达了处置对象的适用性，特别指出了四类危险废物。
（7.5.6）“采用等离子体技术处置危险废物时，应考虑其技术应用的范围，对拟处理的危险废物应根据废物特点进行预处理。
包括去除包装、分离、固体混配、一次性包装物破碎、粉状废物造粒、液体过滤等，以确保满足其处理工艺要求。
”提示预处理是非常必要的，并列举了预处理可能用到的方法。
（7.6.2.3）“采用等离子体技术处置危险废物，应根据需要进行系统配置，确保等离子体熔融炉、电源设备、测量控制设备和制氮设备稳定运行，并配备相应的进料单元、热能回收单元、废气处理单元以及玻璃体输出成型单元。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
化学战剂销毁实验-2002
–总装防化兵研究院： 3-30 ~ 9-27 –DM (Adams) C12H9NClAs –DM + 造渣材料 ~ 连续进料/出渣 –玻璃体性质稳定
实验结果-2002
–3-30 批处理，渣含砷3%
• 总砷：渣35%，气体（碳黑）65%
–9-27 连续进料，20-30kg/h
• 增加总渣量/减少渣含砷量，提高渣对砷的 捕集量
• 改进气体/颗粒中砷捕集方法
SUCCESS
THANK YOU
2019/6/12
医疗、电子废物实验
模拟肢体：肉 塑料、橡胶
残渣
电子废物
等离子体裂解处理尾气排放
种 类 单 位 GB18484 等离子体 美国标准 德国标准 荷兰标准
PCDD/Fs ng/Nm3
危废相关基础—等离子体研究
学科带头人——吴承康院士
钱学森同志1956年建立中科院力学所 后，为了航天器再入大气，安排由吴 承康院士领导研究导弹防热烧蚀和通 讯中断问题。吴承康院士采用电弧风 洞作为研究手段，开创了我国等离子 体技术的事业。
• 中国力学学会等离子体专业委员会 主任委员 • 国际等离子体化学委员会委员（1987-1995年） • 13届国际等离子体化学会议 大会主席（1997年）
采用“外置过热器”
–HCl 高温腐蚀问题—垃圾焚烧的世界性难题 –国际：
• 蒸汽温度限制320‘C，发电效率14% • 高镍铬合金材料制造过热器
–国际首创，引入工程实际
• 450‘C/3.82MPa，发电效率21%
HCl=500 ppm
HCl=12 ppm
固废处理相关工作
• 环保产业协会顾问
–执笔起草环保产品标准2项，国外标准/国内现状
• 系统集成技术经验：前处理、后处理等
–不同类型问题
等离
子体
弧发
生器
250 kW
发生器及设备
30 kW高频
100 kW高频
实例—日本遗弃化武
• 5000吨，在中国处理，日本方案存在环境后遗症
• 总参兵种部履约事务局/外交部日本化武办
• 含砷量大、处理难度大，遍及14省数十处
• 毒剂类型多：HD、L、DA、DC、光气 • 弹量大、弹种复杂、规格多、弹体结构复杂 • 弹体炸药装量大，弹体破碎困难 • 弹体敏感度高，易爆炸 • 保存条件极差，污染物多
危险废物等离子体/ 焚烧处理技术
力学所工程科学研究部
内容
• 引言 • 力学所的危废工作基础 • 危废处理实例—化武 • 下一步工作计划
–科学与工程问题研究 –处理三类废物的两种炉型（三种工艺流程）
• 结束语
危险废物(Hazardous Waste)
• 国家危险废物名录（巴塞尔公约）
–HW01 ~ HW47，多数有机化合物 –医疗/医药废物等 –化学品与化工废料 –PCBs、PCDD/Fs、氰化物 –含有毒重金属废物 –焚烧处置残渣 –废矿物油、油漆、染料、涂料废物 –爆炸性废物 –其他
危废相关工作基础
• 燃烧研究为基础，1991，所长基金启动焚烧
–废物焚烧
• 基础研究 • 小型医疗废物炉、流化床焚烧炉
–等离子体热解实验
• 化学武器销毁、电子废物、医疗废物
• 工程可研 + 工程设计（工艺设计）
–嘉兴垃圾焚烧国家经贸委示范工程 –前、后处理/发电系统
焚烧技术基础研究
• 非均匀布风内旋流流化床（院八五重点，50kg/h，
• 小型焚烧炉 HJ/T-18-1996
–国内首部有关焚烧标准，成为范本
• 危险废物焚烧炉HBC XXXX-2002，报批中
–参与多项焚烧污染控制标准的制定 –相关政策制定 –环保产品鉴定/评审
• 专家咨询
–计委中咨公司 –各省市环卫/环保局
• 城市建设机械协会
–垃圾处理专业委员会副主任
力学所相关工作和成果
• 多年积累+学科基础
–各种等离子体技术（吴承康，960kW电弧风洞，1961 ） –焚烧和等离子体技术—危废热处理—综合优势
• 氧化/裂解
–提出还原气氛（基于冶金技术的积累）
• 等离子体处理危废的新方向 • 高环保标准，低成本—尾气量小
–广泛国际学术交流，新思想
• 国际燃烧大会，等离子体大会，IT3，ICIPEC等 • 美、加、德、英、法、日、韩、泰等
• 危险废物焚烧污染控制标准
–GB18484-2001
国内外危废处理现状
• 高温热处理技术
–焚烧/热解/等离子体/熔融/微波/红外
• 化学方法
–Findon, SCWO, 电化子体热解/玻璃化（PP/V）
• 化武、低放、焚烧炉飞灰等
• 国内：
–仅部分得到处理（焚烧/水泥窑）
• 创新点：控制引爆+还原气氛—砷还原
–国际无先例，氧化法—As2O3
• 2001-7：“用控制引爆—交流等离子体技术销毁日本遗弃化 学武器的技术可行性研究报告”
• 2003-4：小型机动式销毁装置（日本尚无此技术）
–主任基金+创新经费，原理性装置
小型机动式化武销毁装置
• 尾气量仅为焚烧法的2-5% • 处理时间短，设备尺寸小，车载 • 20kg/h，所有弹种
–80，120kg/h 立式系列
–100-500kg/h 卧式系列
CFB固废焚烧技术
• 院“九五”重大项目
–预处理系统、燃烧特性、传热特性 –上庄示范基地（100t/d 生活垃圾）
• 非典垃圾焚烧
–嘉兴-国家经贸委示范工程
• 工艺设计总负责人，盛宏至 • 成功并网发电，12MW，300t/d X 2 • 投资=进口技术 1/4
美国星科
–电子废物—氰化物—黄金
–等离子体热解，环保效果好，国家环保局引进示范 工程——发展方向
热处理技术
• 等离子体/焚烧：
–高温使化学键断裂—无机化 –前/后处理原理相同 –氧化气氛：放热
• 彻底氧化 • 尾气量大——空气中氮78%，辅助燃料燃烧
–还原气氛：吸热
• 有机物裂解，无机物还原 • 热源：传热，等离子体加热 • 尾气量小：裂解气（氧化法的 5-10%）
煤, MSW, 医疗, RDF） 8.0
–燃烧特性
6.0
–流动特性
4.0
Nu Number of Calculation
–传热特性
2.0
–建立设计计算方法
• 协助引进三井技术
0.00.0
2.0
4.0
6.0
8.0
Nu Number of Experimentation
• 小型医疗垃圾焚烧炉
–所长基金，1995，50kg/h