等離子體熔融處置技術(shù)淺析

固廢網(wǎng)訊: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(lì)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(dòng)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(xiǎn)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。可燃?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(xiǎn)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(jì)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(gè)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(jì)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(jì)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(shí)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(dòng)，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(jì)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(shí)，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。