2017年，我國(guó)城市生活垃圾焚燒總量約為9468萬(wàn)噸，約占垃圾處理總量的40%，垃圾焚燒中產(chǎn)生的二次污染（二噁英）是制約焚燒規(guī)模的最大因素。本文介紹的等離子體氣化技術(shù)始于20世紀(jì)60年代，如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用于材料加工、環(huán)保等領(lǐng)域，可從廢棄物中提取可回收物品，轉(zhuǎn)換碳基廢物為合成氣。在危險(xiǎn)廢物處理領(lǐng)域應(yīng)用等離子體氣化技術(shù)，已逐漸成為研究熱點(diǎn)。
一、等離子氣化技術(shù)簡(jiǎn)介
1.什么是等離子體：并非一般物質(zhì)的常見(jiàn)的氣、液、固三態(tài)，它屬于物質(zhì)的第四種狀態(tài)，是一種高溫，離子化和傳導(dǎo)性的氣體，在氣體電離后形成，具有宏觀尺度內(nèi)的電中性與高導(dǎo)電性。
2.等離子氣化技術(shù)概述：
等離子氣化是一種新興技術(shù)，它可以從垃圾中提取可回收的物品和轉(zhuǎn)換碳基廢物為合成氣。這種類似于天然氣的合成氣是一種簡(jiǎn)單的一氧化碳和氫氣為主要成份的可燃?xì)怏w，可以直接燃燒或用于提煉成更高等級(jí)的燃料和化學(xué)品。冷卻后的灰渣是一種玻璃狀物質(zhì)，由于其緊密的結(jié)構(gòu)，非常適合作為建筑材料使用。等離子技術(shù)已在如危險(xiǎn)廢棄物/醫(yī)療廢棄物焚燒飛灰和化學(xué)武器殘留物等危險(xiǎn)廢物無(wú)害化處理中成功應(yīng)用多年。利用等離子氣化技術(shù)將城市固體廢棄物轉(zhuǎn)化為能源和建材是一項(xiàng)新技術(shù)，具有很大的潛力。
等離子氣化技術(shù)與垃圾焚燒的根本區(qū)別在于一個(gè)是無(wú)氧高溫氣化，一個(gè)是有氧焚燒：等離子氣化爐內(nèi)由于等離子炬提供熱源(5500℃)而能保持在1300℃～1500℃以上的高溫;垃圾焚燒時(shí)候溫度最高只有700℃～900℃左右。1200℃以上的溫度能使二噁英的主要成分——苯環(huán)徹底瞬間裂解。
3.等離子體氣化工藝：包括預(yù)處理裝置+等離子氣化爐+合成氣凈化裝置等。
按照工藝流水線劃分，可分成以下幾個(gè)組成部分：①危險(xiǎn)化學(xué)廢棄物儲(chǔ)存及送料系統(tǒng)；②等離子氣化爐；③控制中心；④合成氣凈化及檢測(cè)系統(tǒng)；⑤爐渣處理系統(tǒng)；⑥熱量回收系統(tǒng)。
4.等離子氣化產(chǎn)物：
（1）合成氣
經(jīng)過(guò)濾器和脫硫器后產(chǎn)生的清潔合成氣主要由氫、一氧化碳和少量的甲烷組成，這三種物質(zhì)均為可燃物（占合成氣的95.9％），二氧化碳僅占4.1％。幾乎不含粉塵、二氧化硫、碳黑、氮氧化物等有害物質(zhì)，接近零排放。
（2）玻璃化渣
等離子氣化爐產(chǎn)生玻璃化渣作為副產(chǎn)品，這些副產(chǎn)品可安全用作建材等應(yīng)用，不會(huì)污染土壤或者飲用水。
核心設(shè)備介紹
等離子氣化爐
等離子氣化爐中產(chǎn)生的等離子體，由等離子火炬采用380V交流電產(chǎn)生。等離子體的發(fā)生裝置功率在5kW～300kW，溫度可達(dá)4000℃～7000℃，射流速度超過(guò)200m/s，工作氣體為氮?dú)狻⒖諝狻錃獾取Ｔ诟邚?qiáng)度熱源下，基本粒子的活動(dòng)能量遠(yuǎn)大于任何分子間化學(xué)鍵的作用，物質(zhì)的微觀運(yùn)動(dòng)以原子熱運(yùn)動(dòng)為主，原有物質(zhì)被打碎為原子物質(zhì)，以破壞有害成分或使其喪失活力，從而將復(fù)雜的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)害物。
目前，世界上最大的等離子體氣化熔融爐位于美國(guó)，處理規(guī)模在1000噸/天。設(shè)備的關(guān)鍵部件主要是等離子體棒和熱解爐隔溫材料，等離子體氣化設(shè)備之所以造價(jià)高，主要不在于材料成本，而是技術(shù)壟斷。
5.等離子氣化技術(shù)優(yōu)勢(shì)
1）極少的進(jìn)料預(yù)處理要求
– 極少的粉碎要求
– 極少的分類要求
2）處理原料種類廣泛
– 生活垃圾，廢舊輪胎，工業(yè)廢物，污泥等混合進(jìn)料
– 根據(jù)進(jìn)料可供性來(lái)優(yōu)化，減少對(duì)原料的依賴
3）可靠性強(qiáng)
– 可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下操作
4）能耗低
5）低污染
– 凈化后的合成氣燃燒類似天然氣
– 玻璃化的底渣為惰性，不會(huì)污染土壤和地下水
–減少的溫室氣體排放
6.等離子體氣化技術(shù)VS回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)
國(guó)內(nèi)外大多危廢處置企業(yè)采用的回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)，并不能徹底解決危廢的無(wú)害化處置難題：揮發(fā)性金屬隨著煙塵排除形成新的污染物，非揮發(fā)性金屬則沉積在爐渣中增加了處理成本。種種現(xiàn)實(shí)難題促使人們將原本應(yīng)用于航天領(lǐng)域的等離子體氣化技術(shù)，應(yīng)用到危廢和城市垃圾處理領(lǐng)域。
爐口煤氣濃度熱值分析
物質(zhì)
單位
濃度
H2
%VOL
51.6
CO
%VOL
43.3
CO2
%VOL
4.1
CH4
%VOL
1
H2S
mg/m3
＜50
HCL
mg/m3
＜50
HF
mg/m3
＜50
從上表可以看出等離子氣化爐出口為常規(guī)煤氣成本H2、CO、CO2、CH4，且H2、CO濃度較高，具有經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值。煤氣熱值可以采用武漢天禹智控科技有限公司便攜煤氣熱值儀&在線防爆煤氣熱值系統(tǒng)進(jìn)行煤氣濃度和熱值分析，為經(jīng)濟(jì)化利用提供數(shù)據(jù)支持。
H2S、HCL、HF等污染性氣氛，可采用武漢天禹智控科技有限公司在線激光氣體分析系統(tǒng)，分別實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)H2S、HCL、HF的濃度，為環(huán)保工藝調(diào)節(jié)。
（H2S在線激光氣體分析儀）
（HCL/HF在線激光分析儀）
（在線紅外煤氣熱值分析系統(tǒng)）
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