危險廢物等離子體/

焚燒處理技術力學所工程科學研究部內容引言力學所的危廢工作基礎危廢處理實例—化武下一步工作計劃科學與工程問題研究處理三類廢物的兩種爐型（三種工藝流程）結束語危險廢物(HazardousWaste)國家危險廢物名錄（巴塞爾公約）HW01~HW47，多數有機化合物醫療/醫藥廢物等化學品與化工廢料PCBs、PCDD/Fs、氰化物含有毒重金屬廢物焚燒處置殘渣廢礦物油、油漆、染料、涂料廢物爆炸性廢物其他危險廢物焚燒污染控制標準GB18484-2001國內外危廢處理現狀高溫熱處理技術焚燒/熱解/等離子體/熔融/微波/紅外化學方法Findon,SCWO,電化學氧化等國際：焚燒等離子體熱解/玻璃化（PP/V）化武、低放、焚燒爐飛灰等國內：僅部分得到處理（焚燒/水泥窯）電子廢物—氰化物—黃金等離子體熱解，環保效果好，國家環保局引進示范工程——發展方向美國星科熱處理技術等離子體/焚燒：高溫使化學鍵斷裂—無機化前/后處理原理相同氧化氣氛：放熱徹底氧化尾氣量大——空氣中氮78%，輔助燃料燃燒還原氣氛：吸熱有機物裂解，無機物還原熱源：傳熱，等離子體加熱尾氣量小：裂解氣（氧化法的5-10%）危廢相關基礎—等離子體研究學科帶頭人——吳承康院士錢學森同志1956年建立中科院力學所后，為了航天器再入大氣，安排由吳承康院士領導研究導彈防熱燒蝕和通訊中斷問題。吳承康院士采用電弧風洞作為研究手段，開創了我國等離子體技術的事業。中國力學學會等離子體專業委員會主任委員國際等離子體化學委員會委員（1987-1995年）13屆國際等離子體化學會議大會主席（1997年）危廢相關工作基礎燃燒研究為基礎，1991，所長基金啟動焚燒廢物焚燒基礎研究小型醫療廢物爐、流化床焚燒爐等離子體熱解實驗化學武器銷毀、電子廢物、醫療廢物工程可研+工程設計（工藝設計）嘉興垃圾焚燒國家經貿委示范工程前、后處理/發電系統焚燒技術基礎研究非均勻布風內旋流流化床（院八五重點，50kg/h，煤,MSW,醫療,RDF）燃燒特性流動特性傳熱特性建立設計計算方法協助引進三井技術小型醫療垃圾焚燒爐所長基金，1995，50kg/h80，120kg/h立式系列100-500kg/h臥式系列CFB固廢焚燒技術院“九五”重大項目預處理系統、燃燒特性、傳熱特性上莊示范基地（100t/d生活垃圾）非典垃圾焚燒嘉興-國家經貿委示范工程工藝設計總負責人，盛宏至成功并網發電，12MW，300t/dX2投資=進口技術1/4采用“外置過熱器”HCl高溫腐蝕問題—垃圾焚燒的世界性難題國際：蒸汽溫度限制320‘C，發電效率14%高鎳鉻合金材料制造過熱器國際首創，引入工程實際450‘C/3.82MPa，發電效率21%HCl=500ppmHCl=12ppm固廢處理相關工作環保產業協會顧問執筆起草環保產品標準2項，國外標準/國內現狀小型焚燒爐HJ/T-18-1996國內首部有關焚燒標準，成為范本危險廢物焚燒爐HBCXXXX-2002，報批中參與多項焚燒污染控制標準的制定相關政策制定環保產品鑒定/評審專家咨詢計委中咨公司各省市環衛/環保局城市建設機械協會垃圾處理專業委員會副主任力學所相關工作和成果多年積累+學科基礎各種等離子體技術（吳承康，960kW電弧風洞，1961）焚燒和等離子體技術—危廢熱處理—綜合優勢氧化/裂解提出還原氣氛（基于冶金技術的積累）等離子體處理危廢的新方向高環保標準，低成本—尾氣量小廣泛國際學術交流，新思想國際燃燒大會，等離子體大會，IT3，ICIPEC等美、加、德、英、法、日、韓、泰等系統集成技術經驗：前處理、后處理等不同類型問題等離子體弧發生器250kW30kW高頻發生器及設備100kW高頻實例—日本遺棄化武5000噸，在中國處理，日本方案存在環境后遺癥總參兵種部履約事務局/外交部日本化武辦含砷量大、處理難度大，遍及14省數十處毒劑類型多：HD、L、DA、DC、光氣彈量大、彈種復雜、規格多、彈體結構復雜彈體炸藥裝量大，彈體破碎困難彈體敏感度高，易爆炸保存條件極差，污染物多創新點：控制引爆+還原氣氛—砷還原國際無先例，氧化法—As2O32001-7：“用控制引爆—交流等離子體技術銷毀日本遺棄化學武器的技術可行性研究報告”2003-4：小型機動式銷毀裝置（日本尚無此技術）主任基金+創新經費，原理性裝置小型機動式化武銷毀裝置尾氣量僅為焚燒法的2-5%處理時間短，設備尺寸小，車載20kg/h，所有彈種化學戰劑銷毀實驗-2002總裝防化兵研究院：3-30~9-27DM(Adams)C12H9NClAsDM+造渣材料~連續進料/出渣玻璃體性質穩定實驗結果-20023-30批處理，渣含砷3%總砷：渣35%，氣體（碳黑）65%9-27連續進料，20-30kg/h增加總渣量/減少渣含砷量，提高渣對砷的捕集量改進氣體/顆粒中砷捕集方法醫療、電子廢物實驗模擬肢體：肉塑料、橡膠殘渣電子廢物等離子體裂解處理尾氣排放表中：CO、NOx、SO2是中科院生態中心為力學所試驗測試的數據。PCDD是參考美國Startech公司提供的數據，等離子體爐的PCDD排放為美國焚燒爐排放新標準限制值的1/1250左右。種類單位GB18484等離子體美國標準德國標準荷蘭標準PCDD/Fsng/Nm3（TEQ）0.5~0.00010.14~0.210.10.1顆粒物mg/Nm3800.38~0.69

COmg/Nm31001.25~1.75

NOxmg/Nm35000.03~0.0520020070SO2mg/Nm34000.29~0.38505040THCmg/Nm3

0.18~0.35

三相工頻等離子體爐特點1980年代，冶煉鈮鐵，150kW實驗爐八五重大成果、97院三等獎，發明專利1000kW工業冶金爐特殊交流穩弧電路，三個電極形成球形電弧不依賴于爐料的導電性能量集中，弧溫高，高溫冶金設備簡單，電熱轉換效率高可隨時開停爐H2等離子體還原氣氛處理有機廢物的優點：還原氣氛，尾氣量小無PCDDs、SO2、NOX、CO生成條件交流等離子體150kW實驗爐1000kW工業冶金爐（廣西）工業爐工程應用的問題工藝配套：前處理--實處理(氧化/還原)--后處理進料、出渣：處理對象不同工作效率：對象不同尾氣：處理對象和處理工藝不同，優化工藝干、濕、半干，堿吸收，集塵溫度、尾氣監測自動化、可操作性可靠性、壽命成本控制……危廢等離子體處理技術方案基礎：現有爐子

交流等離子體創新點：

還原氣氛優化方案：弧/炬，還原/氧化—對象針對3類不同對象，提出不同設計方案優化等離子體發生技術直流弧/炬性能穩定國際通行交流工頻弧/冶金醫療/化學/電子高頻用得少無電極污染效率低成本高載氣：氧化、中性、還原技術方案優化三類廢物：三種工藝流程及兩種爐型醫療化學品電子等離子體炬等離子體弧H2Air后處理渣玻璃體合金后處理后處理增強裂解—醫療垃圾體積大，量大，輕，病原體，熱值高，渣少爐膛放大幾十倍：能量擴散保證高溫環境加大載氣量組織流動等離子體炬（射流）連續工作，進料：大尺寸、整包裝，進料口大，嚴密隔離防護空氣向內泄漏，石墨電極/爐壁燒蝕醫療垃圾熱值高—利用-加空氣，經濟性空氣等離子體增強裂解+二燃室增強焚燒高溫耐火材料（冶金）/水冷金屬電極增強裂解—醫療垃圾（續）等離子體增強裂解，利用垃圾自身能量高溫空氣（3000‘C）+部分燃燒放熱比N2等離子體（800-1500‘C,800kW-h/T）裂解溫度高（>1200‘C），反應快電耗減少80%比純焚燒溫度高，二次污染少PCDDs、CO、HC、NOx、顆粒物可燃氣體二次燃燒顆粒物量少尾氣處理簡單等離子體矩空氣空氣空氣增強裂解—醫療垃圾處理流程醫療垃圾進料機裂解爐二燃室降溫/凈化袋式除塵煙囪引風機空氣等離子體炬飛灰渣空氣水空氣裂解/還原—化學品/電子廢物密度較大，爐膛增大數倍還原氣氛：裂解/還原玻璃體/合金工作溫度高，處理費用較高石墨電極、坩堝特點物料通過弧心，減少載氣量尾氣量小，便于濕法處理濕法凈化問題玻璃體性質及有害物質捕集能力尾氣處理工藝化學品/電子廢物處理流程化學品/電子破碎/進料等離子體弧爐凈化燃燒室煙囪引風機污水處理玻璃體/合金氫中和劑造渣材料空氣研究發展計劃技術、工藝路線優化的原則根據處理對象設計工藝流程實驗室裝置改進：多種工藝—后處理（氣）兩種爐型：還原氣氛裂解中試爐5t/d電子廢物示范基地—中關村科技園區，核心設備150萬10t/d危廢示范工程，全套設備研制600萬等離子體增強裂解5t/d醫療廢物—主要設備約10