2017年，我國城市生活垃圾焚燒總量約為9468萬噸，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。
一、等離子氣化技術(shù)簡介
1.什么是等離子體：并非一般物質(zhì)的常見的氣、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)武器殘留物等危險廢物無害化處理中成功應(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)別在于一個是無氧高溫氣化，一個是有氧焚燒：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，可分成以下幾個組成部分：①危險化學(xué)廢棄物儲存及送料系統(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200m/s，工作氣體為氮氣、空氣、氫氣等。在高強度熱源下，基本粒子的活動能量遠(yuǎn)大于任何分子間化學(xué)鍵的作用，物質(zhì)的微觀運動以原子熱運動為主，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)化為簡單的無害物。
目前，世界上最大的等離子體氣化熔融爐位于美國，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
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)料可供性來優(yōu)化，減少對原料的依賴
3）可靠性強
– 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)濟利用價值。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)，分別實時在線監(jiān)測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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