危廢處置行業(yè) 等離子體技術(shù)是回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)的替代OR替補(bǔ)？

固廢網(wǎng)訊:最近兩三年，隨著環(huán)保監(jiān)管越來越嚴(yán)厲，工業(yè)危險廢物處置市場也越來越紅火，由此帶火了等離子體處理技術(shù)的相關(guān)話題。早在2014年9月，《危險廢物處置工程技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 2042-2014)(以下簡稱《技術(shù)導(dǎo)則》)就已發(fā)布實(shí)施，《技術(shù)導(dǎo)則》將等離子體技術(shù)正式列入危險廢物處理可選技術(shù)路線。

即便如此，業(yè)內(nèi)仍然有各種各樣的疑惑、質(zhì)疑的聲音，諸多行業(yè)人士發(fā)聲，直指等離子體技術(shù)的弱點(diǎn)。等離子體技術(shù)的適用性問題，一時成為爭論的焦點(diǎn)。受此影響，不少危廢項(xiàng)目負(fù)責(zé)人心中猶豫，穩(wěn)字當(dāng)先，危廢處置行業(yè)投資在等離子體技術(shù)上躊躇難行。

究竟等離子體技術(shù)是回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)的替代，還是替補(bǔ)?

等離子體熱解爐

一、《技術(shù)導(dǎo)則》怎么說

眾所周知，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)是非常嚴(yán)肅的，開不得玩笑。環(huán)保部(現(xiàn)生態(tài)環(huán)境部)發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)至少經(jīng)過“三審兩稿”，是政策專家、技術(shù)專家和行業(yè)行家從各個角度完善、權(quán)衡過的，因此，標(biāo)準(zhǔn)的條款是經(jīng)得起推敲和檢驗(yàn)的?！段ｋU廢物處置工程技術(shù)導(dǎo)則》對于等離子體技術(shù)的規(guī)定，凝聚了監(jiān)管層、技術(shù)層和行業(yè)層的最大共識。

(4.1.3.2)“危險廢物非焚燒處置主要包括……、電弧等離子處置等。”傳達(dá)了兩方面的信息，一是我們討論的是電弧等離子體，實(shí)指熱等離子體;二是等離子體處置技術(shù)屬于非焚燒技術(shù)路線，可以不需要氧氣或者空氣。

(4.2.3.3)“電弧等離子體技術(shù)適用于處置毒性較高、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，并能長期存在于環(huán)境中的危險廢物，特別適宜處置垃圾焚燒后的飛灰、粉碎后的電子垃圾、液態(tài)或氣態(tài)有毒危險廢棄物等。”表達(dá)了處置對象的適用性，特別指出了四類危險廢物。

(7.5.6)“采用等離子體技術(shù)處置危險廢物時，應(yīng)考慮其技術(shù)應(yīng)用的范圍，對擬處理的危險廢物應(yīng)根據(jù)廢物特點(diǎn)進(jìn)行預(yù)處理。包括去除包裝、分離、固體混配、一次性包裝物破碎、粉狀廢物造粒、液體過濾等，以確保滿足其處理工藝要求。”提示預(yù)處理是非常必要的，并列舉了預(yù)處理可能用到的方法。

(7.6.2.3)“采用等離子體技術(shù)處置危險廢物，應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行系統(tǒng)配置，確保等離子體熔融爐、電源設(shè)備、測量控制設(shè)備和制氮設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，并配備相應(yīng)的進(jìn)料單元、熱能回收單元、廢氣處理單元以及玻璃體輸出成型單元。等離子體處置過程產(chǎn)生的廢氣在沒有專門標(biāo)準(zhǔn)的前提下可參照GB18484執(zhí)行。電弧等離子體技術(shù)的電弧溫度達(dá)到7000℃以上，反應(yīng)區(qū)溫度控制在1200~1500℃范圍。”提示了系統(tǒng)配置的要求以及關(guān)鍵工藝參數(shù)。

《技術(shù)導(dǎo)則》以上四條基本上講清楚了等離子體處理危廢技術(shù)的工藝特征、適用性特點(diǎn)、預(yù)處理要求以及系統(tǒng)配置和關(guān)鍵工藝參數(shù)，既沒有夸大優(yōu)點(diǎn)之語，也沒有貶低不足之處，當(dāng)然，也就無法給出題目的答案。

二、關(guān)于等離子體技術(shù)的擔(dān)憂

業(yè)內(nèi)業(yè)外關(guān)于等離子體處理危廢技術(shù)的擔(dān)憂，主要體現(xiàn)在三方面：技術(shù)適用性、處理是否徹底、運(yùn)行成本。提出問題不難，難在提對問題。很多帖子討論三方面擔(dān)憂的時候，是否提出正確的問題了呢?

首先，什么是技術(shù)適用性?字面理解，指技術(shù)與對象、工況、目標(biāo)的匹配程度。比較抽象，舉例說明。

回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)是國內(nèi)危險廢物無害化處理的普適技術(shù)選項(xiàng)，可以處理多達(dá)二十多大類危廢，包括固態(tài)的、液態(tài)的和氣態(tài)的;工藝參數(shù)比較寬容，多數(shù)廢料可以直接進(jìn)窯，窯溫控制精確度要求不高，操作要求不高，很多操作工不掌握窯爐和焚燒原理，一樣上崗;理論上，回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)的有機(jī)物焚毀率≥99.9%、殘渣熱灼減率≤5%，雖然，實(shí)際情況很不樂觀。國內(nèi)普遍接受，回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)的技術(shù)適用性最好。

用同樣的邏輯，看看等離子體處理技術(shù)的適用性。電弧等離子體，此處可能有人質(zhì)疑，不是說等離子體技術(shù)嗎，為何又變成電弧等離子體了。(先來科普一下。我們常見的物質(zhì)有三態(tài)：固液氣，尤其是氣體，如空氣，看不見摸不著還不導(dǎo)電。那么高度電離的氣體，還是氣體嗎?發(fā)光、發(fā)熱、導(dǎo)電、大量電子粒子自由基，與氣體完全是兩種物質(zhì)。這種高度電離的氣體，就是物質(zhì)第四態(tài)，等離子體。日常生活中最常見的等離子體包括日光燈和閃電，不常見但大名鼎鼎的當(dāng)然是用于核聚變的氚氘等離子體了。我們?nèi)祟愖钊菀撰@得的可控有用等離子體都是電弧引發(fā)和電流維持的。因此，電弧等離子體理解成等離子體沒毛病。)科普完了，回到正題。電弧等離子體技術(shù)適用于處理高毒、穩(wěn)定、難降解的有機(jī)廢物，難道對于一般危險廢物就無能為力了嗎?結(jié)果不言自明，對于處理對象而言，電弧等離子體技術(shù)擁有與回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)同等甚至更好的匹配程度。

物質(zhì)第四態(tài)：等離子體

對于危廢處理工況，由于全電操作，電弧等離子體技術(shù)的工藝過程和參數(shù)更加穩(wěn)定、一致，自動化程度更高，匹配程度更高。對于危廢處理目標(biāo)，電弧等離子體技術(shù)的有機(jī)物焚毀率≥99.99%，熔融玻璃體排渣，煙氣處理負(fù)荷相當(dāng)于回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)的10~20%，匹配程度更高。分析至此，我們已經(jīng)能夠得出結(jié)論，電弧等離子體技術(shù)的適應(yīng)性高于回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)。為何總有人質(zhì)疑適應(yīng)性呢?可能是混淆了技術(shù)適應(yīng)性與處理是否徹底、運(yùn)行成本的區(qū)別。

第二，處理是否徹底，或者，按某些“專家”之言，電弧等離子體技術(shù)并非危廢終極處理技術(shù)，回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)、安全填埋、剛性填埋同樣不是終極處理技術(shù)啊?；剞D(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)理論上高溫焚燒、過量氧氣、煙氣凈化處理，能達(dá)到很好的減量減容降害效果。但作者觀察的實(shí)際案例則不然，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)混合、干燥、焚燒、熱解、熔融同時存在，工況非常復(fù)雜，殘渣熱灼減率達(dá)到5%標(biāo)準(zhǔn)并不容易，甚至超過20%的情況也不少見;二燃室氣流擾動不足，可燃?xì)怏w與空氣混合不充分，焚毀率很難達(dá)到99.9%的要求;一次進(jìn)風(fēng)過量10-20%，二次進(jìn)風(fēng)過量20-30%，煙氣處理負(fù)荷很大，煙氣的顆粒物含量很高，飛灰(危廢類別HW18)的產(chǎn)生量甚至高達(dá)危廢處理量的20%，更不用說大量的煙氣洗滌廢堿液需要處理。很顯然，不僅理論上回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)的危廢處理徹底程度低于電弧等離子體技術(shù)，而且實(shí)際運(yùn)行上，回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)的處理效果也不如某些“專家”宣講的那樣徹底。

第三，作者看到很多“專家”表達(dá)過電弧等離子體技術(shù)運(yùn)行成本高的觀點(diǎn)，卻很少看到具體的測算數(shù)據(jù)，估計大家也很想了解，電弧等離子體技術(shù)處理危廢的運(yùn)行成本高在哪里?高到什么水平?我們從三個角度嘗試分析。

其一，等離子體火炬(一說陰極)更換成本。通常選用液冷直流脈沖等離子體火炬，功率75~300KW，引弧陰極與火炬同壽命，工作陰極通常選用銅合金材質(zhì)，根據(jù)工作電流、爐內(nèi)氣氛、電弧強(qiáng)度和工作氣流的不同，陰極壽命在300~800h范圍(常規(guī)工況>600h)，陰極消耗過大影響等離子體形態(tài)和電熱效率，因此，爐內(nèi)等離子體火炬需要定期更換工作陰極或者整個火炬(通?；鹁嫒哂嗯渲?，以應(yīng)對更換需要)。以每小時處理1噸危廢核算，約600噸處置量更換三個陰極，備件及更換服務(wù)費(fèi)用不超過3*6=18萬元，每噸分擔(dān)費(fèi)用≤300元。對于當(dāng)下3000-6000元的危廢處置價格，降低毛利率0.5-1%。

其二，等離子體火炬的電費(fèi)成本。等離子體火炬電熱轉(zhuǎn)換效率約70~80%，低于粉煤鍋爐95%的熱轉(zhuǎn)換效率，也低于柴油噴槍的90%的熱效率，是否據(jù)此可以認(rèn)定離子體火炬消耗的電費(fèi)非常高昂?以150KW×3的等離子體火炬熱解爐(功率影響處理效率，不影響處理效果)，處理1噸危廢電能消耗450度，每噸分擔(dān)電費(fèi)≤360元。以1噸危廢產(chǎn)生0.2噸的可燃?xì)怏w，熱值約2600KWh，假設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電效率40%，發(fā)電量1040度，則電力富裕590度(相當(dāng)于節(jié)約電費(fèi)472元)，可以補(bǔ)充煙氣處理及其他輔助工藝的用電需求。此處，可能會有“專家”質(zhì)疑：沒有那么多的可燃?xì)怏w怎么辦?不能上燃?xì)廨啓C(jī)怎么辦?繼續(xù)上數(shù)據(jù)。回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)的設(shè)計危廢進(jìn)料熱值要求3000~3500Kcal/Kg，相當(dāng)于熱值3480~4068KWh/噸，是前面案例的假設(shè)熱值的1.34~1.56倍，也就是說，如果采用等離子體技術(shù)處理回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)的危廢，能夠產(chǎn)生足夠多的可燃?xì)怏w。至于上不上燃?xì)廨啓C(jī)，根據(jù)物質(zhì)守恒、能量守恒定律，可燃?xì)怏w及其能量既不會減少也不會消失，能量回收利用方案綜合權(quán)衡，未必非燃?xì)廨啓C(jī)不可，二燃室、燃?xì)忮仩t，或者直接銷售，皆可考慮。

其三，飛灰、殘渣、煙氣處理成本。這部分成本是回轉(zhuǎn)窯焚燒危廢的處置成本的大頭，占比30-60%。等離子體技術(shù)產(chǎn)生的飛灰量相當(dāng)于回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)的10~20%，可以適當(dāng)摻入危廢進(jìn)料中循環(huán)處理;玻璃體殘渣屬于一般固廢，作為建筑材料的原料，大幅減少填埋費(fèi)用;可燃?xì)怏w和煙氣處理負(fù)荷相當(dāng)于回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)的10~20%，處理成本相比回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)降低40~60%。

從等離子體火炬更換成本、電量消耗和飛灰殘渣煙氣處理三方面的比較分析，同等規(guī)模、相似類別危廢無害化處理，等離子體處理技術(shù)的直接成本并不比回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)高，由于飛灰、殘渣和煙氣處理成本的節(jié)約，很可能直接成本更低。當(dāng)然，這是假設(shè)兩種技術(shù)全部規(guī)范運(yùn)營、達(dá)標(biāo)排放的情況，而不是當(dāng)下真假虛實(shí)不清不楚的數(shù)據(jù)對比。