危险废物等离子体焚烧处理技术

危险废物等离子体/

焚烧处理技术力学所工程科学研究部内容引言力学所的危废工作基础危废处理实例—化武下一步工作计划科学与工程问题研究处理三类废物的两种炉型（三种工艺流程）结束语危险废物(HazardousWaste)国家危险废物名录（巴塞尔公约）HW01~HW47，多数有机化合物医疗/医药废物等化学品与化工废料PCBs、PCDD/Fs、氰化物含有毒重金属废物焚烧处置残渣废矿物油、油漆、染料、涂料废物爆炸性废物其他危险废物焚烧污染控制标准GB18484-2001国内外危废处理现状高温热处理技术焚烧/热解/等离子体/熔融/微波/红外化学方法Findon,SCWO,电化学氧化等国际：焚烧等离子体热解/玻璃化（PP/V）化武、低放、焚烧炉飞灰等国内：仅部分得到处理（焚烧/水泥窑）电子废物—氰化物—黄金等离子体热解，环保效果好，国家环保局引进示范工程——发展方向美国星科热处理技术等离子体/焚烧：高温使化学键断裂—无机化前/后处理原理相同氧化气氛：放热彻底氧化尾气量大——空气中氮78%，辅助燃料燃烧还原气氛：吸热有机物裂解，无机物还原热源：传热，等离子体加热尾气量小：裂解气（氧化法的5-10%）危废相关基础—等离子体研究学科带头人——吴承康院士钱学森同志1956年建立中科院力学所后，为了航天器再入大气，安排由吴承康院士领导研究导弹防热烧蚀和通讯中断问题。吴承康院士采用电弧风洞作为研究手段，开创了我国等离子体技术的事业。中国力学学会等离子体专业委员会主任委员国际等离子体化学委员会委员（1987-1995年）13届国际等离子体化学会议大会主席（1997年）危废相关工作基础燃烧研究为基础，1991，所长基金启动焚烧废物焚烧基础研究小型医疗废物炉、流化床焚烧炉等离子体热解实验化学武器销毁、电子废物、医疗废物工程可研+工程设计（工艺设计）嘉兴垃圾焚烧国家经贸委示范工程前、后处理/发电系统焚烧技术基础研究非均匀布风内旋流流化床（院八五重点，50kg/h，煤,MSW,医疗,RDF）燃烧特性流动特性传热特性建立设计计算方法协助引进三井技术小型医疗垃圾焚烧炉所长基金，1995，50kg/h80，120kg/h立式系列100-500kg/h卧式系列CFB固废焚烧技术院“九五”重大项目预处理系统、燃烧特性、传热特性上庄示范基地（100t/d生活垃圾）非典垃圾焚烧嘉兴-国家经贸委示范工程工艺设计总负责人，盛宏至成功并网发电，12MW，300t/dX2投资=进口技术1/4采用“外置过热器”HCl高温腐蚀问题—垃圾焚烧的世界性难题国际：蒸汽温度限制320‘C，发电效率14%高镍铬合金材料制造过热器国际首创，引入工程实际450‘C/3.82MPa，发电效率21%HCl=500ppmHCl=12ppm固废处理相关工作环保产业协会顾问执笔起草环保产品标准2项，国外标准/国内现状小型焚烧炉HJ/T-18-1996国内首部有关焚烧标准，成为范本危险废物焚烧炉HBCXXXX-2002，报批中参与多项焚烧污染控制标准的制定相关政策制定环保产品鉴定/评审专家咨询计委中咨公司各省市环卫/环保局城市建设机械协会垃圾处理专业委员会副主任力学所相关工作和成果多年积累+学科基础各种等离子体技术（吴承康，960kW电弧风洞，1961）焚烧和等离子体技术—危废热处理—综合优势氧化/裂解提出还原气氛（基于冶金技术的积累）等离子体处理危废的新方向高环保标准，低成本—尾气量小广泛国际学术交流，新思想国际燃烧大会，等离子体大会，IT3，ICIPEC等美、加、德、英、法、日、韩、泰等系统集成技术经验：前处理、后处理等不同类型问题等离子体弧发生器250kW30kW高频发生器及设备100kW高频实例—日本遗弃化武5000吨，在中国处理，日本方案存在环境后遗症总参兵种部履约事务局/外交部日本化武办含砷量大、处理难度大，遍及14省数十处毒剂类型多：HD、L、DA、DC、光气弹量大、弹种复杂、规格多、弹体结构复杂弹体炸药装量大，弹体破碎困难弹体敏感度高，易爆炸保存条件极差，污染物多创新点：控制引爆+还原气氛—砷还原国际无先例，氧化法—As2O32001-7：“用控制引爆—交流等离子体技术销毁日本遗弃化学武器的技术可行性研究报告”2003-4：小型机动式销毁装置（日本尚无此技术）主任基金+创新经费，原理性装置小型机动式化武销毁装置尾气量仅为焚烧法的2-5%处理时间短，设备尺寸小，车载20kg/h，所有弹种化学战剂销毁实验-2002总装防化兵研究院：3-30~9-27DM(Adams)C12H9NClAsDM+造渣材料~连续进料/出渣玻璃体性质稳定实验结果-20023-30批处理，渣含砷3%总砷：渣35%，气体（碳黑）65%9-27连续进料，20-30kg/h增加总渣量/减少渣含砷量，提高渣对砷的捕集量改进气体/颗粒中砷捕集方法医疗、电子废物实验模拟肢体：肉塑料、橡胶残渣电子废物等离子体裂解处理尾气排放表中：CO、NOx、SO2是中科院生态中心为力学所试验测试的数据。PCDD是参考美国Startech公司提供的数据，等离子体炉的PCDD排放为美国焚烧炉排放新标准限制值的1/1250左右。种类单位GB18484等离子体美国标准德国标准荷兰标准PCDD/Fsng/Nm3（TEQ）0.5~0.00010.14~0.210.10.1颗粒物mg/Nm3800.38~0.69

COmg/Nm31001.25~1.75

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

0.18~0.35

三相工频等离子体炉特点1980年代，冶炼铌铁，150kW实验炉八五重大成果、97院三等奖，发明专利1000kW工业冶金炉特殊交流稳弧电路，三个电极形成球形电弧不依赖于炉料的导电性能量集中，弧温高，高温冶金设备简单，电热转换效率高可随时开停炉H2等离子体还原气氛处理有机废物的优点：还原气氛，尾气量小无PCDDs、SO2、NOX、CO生成条件交流等离子体150kW实验炉1000kW工业冶金炉（广西）工业炉工程应用的问题工艺配套：前处理--实处理(氧化/还原)--后处理进料、出渣：处理对象不同工作效率：对象不同尾气：处理对象和处理工艺不同，优化工艺干、湿、半干，碱吸收，集尘温度、尾气监测自动化、可操作性可靠性、寿命成本控制……危废等离子体处理技术方案基础：现有炉子

交流等离子体创新点：

还原气氛优化方案：弧/炬，还原/氧化—对象针对3类不同对象，提出不同设计方案优化等离子体发生技术直流弧/炬性能稳定国际通行交流工频弧/冶金医疗/化学/电子高频用得少无电极污染效率低成本高载气：氧化、中性、还原技术方案优化三类废物：三种工艺流程及两种炉型医疗化学品电子等离子体炬等离子体弧H2Air后处理渣玻璃体合金后处理后处理增强裂解—医疗垃圾体积大，量大，轻，病原体，热值高，渣少炉膛放大几十倍：能量扩散保证高温环境加大载气量组织流动等离子体炬（射流）连续工作，进料：大尺寸、整包装，进料口大，严密隔离防护空气向内泄漏，石墨电极/炉壁烧蚀医疗垃圾热值高—利用-加空气，经济性空气等离子体增强裂解+二燃室增强焚烧高温耐火材料（冶金）/水冷金属电极增强裂解—医疗垃圾（续）等离子体增强裂解，利用垃圾自身能量高温空气（3000‘C）+部分燃烧放热比N2等离子体（800-1500‘C,800kW-h/T）裂解温度高（>1200‘C），反应快电耗减少80%比纯焚烧温度高，二次污染少PCDDs、CO、HC、NOx、颗粒物可燃气体二次燃烧颗粒物量少尾气处理简单等离子体矩空气空气空气增强裂解—医疗垃圾处理流程医疗垃圾进料机裂解炉二燃室降温/净化袋式除尘烟囱引风机空气等离子体炬飞灰渣空气水空气裂解/还原—化学品/电子废物密度较大，炉膛增大数倍还原气氛：裂解/还原玻璃体/合金工作温度高，处理费用较高石墨电极、坩埚特点物料通过弧心，减少载气量尾气量小，便于湿法处理湿法净化问题玻璃体性质及有害物质捕集能力尾气处理工艺化学品/电子废物处理流程化学品/电子破碎/进料等离子体弧炉净化燃烧室烟囱引风机污水处理玻璃体/合金氢中和剂造渣材料空气研究发展计划技术、工艺路线优化的原则根据处理对象设计工艺流程实验室装置改进：多种工艺—后处理（气）两种炉型：还原气氛裂解中试炉5t/d电子废物示范基地—中关村科技园区，核心设备150万10t/d危废示范工程，全套设备研制600万等离子体增强裂解5t/d医疗废物—主要设备约10