浅谈危废等离子体气化熔融处置技术

浅谈危废等离子体气化熔融处置技术

【Summary】对于危废处置，主要为焚烧法、填埋法、物化法等处理处置技术。但由于缺乏行之有效的处置技术，导致我国危废处置能力长期严重不足，且常规技术存在次生危废二次污染问题。固体废弃物等离子体熔融气化处置技术，利用等离子体炬高温、高能量密度、低氧化气氛之优势，可在气化炉内产生高达1600℃高温，在此温度下，固体废弃物中的有机物质（含毒性、腐蚀性、传染性物质）完全裂解气化为可燃合成气（主要成分为CO、H2），无机物质（含矿物质、重金属类物质）高温熔融为玻璃态物质并回收利用。【Keys】危废等离子体高温玻璃态1、技术背景环境问题是当今世界共同面临的重大课题之一。各类废弃物，特别是危险废物，由于具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性或感染性等一种或几种危险特性，环境危害特别严重。对于危废处置，主要为焚烧法、填埋法、物化法等处理处置技术。但由于缺乏行之有效的处置技术，导致我国危废处置能力长期严重不足，且常规技术存在次生危废二次污染问题。在环保监管力度增强，危废政策不断出台，尤其是省级细则落地，各省均推出省级督查方案背景下，危废处置刚需再次提升，尤其是要求进入规范渠道处置的量增加。固体废弃物等离子体熔融气化处置技术，利用等离子体炬高温、高能量密度、低氧化气氛之优势，可在气化炉内产生高达1600℃高温，在此温度下，固体废弃物中的有机物质（含毒性、腐蚀性、传染性物质）完全裂解气化为可燃合成气（主要成分为CO、H2），无机物质（含矿物质、重金属类物质）高温熔融为玻璃态物质并回收利用。等离子体无害化处理装备及相关技术已被纳入《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录》，政策利好，前景广阔；技术发展趋势为填埋逐步向热处理技术发展，目前市场以回转窑技术为主，热解炉协同其他形式焚烧炉为辅，以等离子体炉为代表的高温气化熔融技术凭借经济、环保、高效等优势将蓬勃发展。2、技术背景采用等离子体气化熔融危险废物，在气化熔融炉内，等离子体炬提供高温、高反应活性的还原性气氛，将危废中的有机质（包括各类难降解有机污染物）转化为以CO、H2为主的可燃气，将危废中的无机物熔融，经冷萃，熔融态残渣将重金属包裹与硅-氧网格中，转化为玻璃体态一般无机物。可燃气在焚烧系统中进一步焚烧释放出热量，并被余热利用系统转化为热蒸汽，烟气经净化后可实现超低排放，符合全球最为严格的欧盟2010标准，实现了从单纯的危废末端治理，扩展为防治二次污染与资源高效利用一体化的全过程控制模式。系统包括：破碎系统、原料预处理系统、等离子系统、渣冷却及排除、二燃室、余热锅炉、急冷系统、干式脱酸、袋式除尘、引风机、碱洗系统、烟气再热及排放、SNCR脱硝、水处理、飞灰收集、洗涤、压缩空气系统、阀门、电气系统、仪控系统、钢结构及平台、辅助系统等。系统工艺流程为：危废经过破碎、配伍等预处理后进入等离体炉，在炉内1150-1600℃以上的高温环境下，其中的有机物气化生成可利用的合成气，所含无机物在高温下成熔融状态，在反应器炉底彻底熔融后由溢流口排出反应器形成玻璃态熔渣；为保证等离子体气化炉产生烟气中可能生成二恶英在高温下彻底分解，等离子炉产生的烟气进入二燃室，再次高温燃烧在1150℃以上温度，且停留时间大于2秒；二燃室出口烟气进入余热锅炉，采用膜式壁余热锅炉降温措施，将烟气温度从1100～1200℃降至约550℃，产生的饱和蒸汽，余热锅炉系统中增加SNCR系统脱除烟气中的NOX；余热锅炉后烟气进入急冷塔在1秒内将烟气从550℃降至200℃以下；急冷塔后烟气进入干脱酸塔通过加入氢氧化钙与烟气中的酸性气体进行充分混合，去除酸性气体；急冷塔后设置布袋除尘器，完全反应后的飞灰及部分反应的氢氧化钙、活性炭、随烟气带入的粉尘在滤布上形成过滤层，吸附二恶英和重金属；经干法脱酸、活性碳吸附重金属及布袋除尘器除尘后的烟气进入湿法脱酸系统进一步脱出烟气中的酸性气体；湿法脱酸后的烟气经过加热后通过烟囱排放。用等离子体技术处置工业固体废物基本上不产生二噁英，另一突出的优点就是炉渣为玻璃化残渣，为惰性物质，其渗透性极低，在国外玻化渣均可作为路基材料来利用，图3为等离子玻璃化残渣产物图4为经等离子体处理后玻璃体渣样品测试结果，根据上述玻璃化渣的检测结果，玻璃体渣的重金属浸出浓度低于国家危险废物相关浸出标准要求，同时属于玻璃态物质，可认定其为一般工业废物，可委托一般工业废物填埋场进行处置或作为建筑材料产品。3、工艺流程图危险废弃物综合处理系统工艺流程图如图1所示。4、等离子体处理危险废物的类别由于等离子体用于处理各类污染物具有处理高效、环保、适用范围广等特点，几乎可处理除放射性核废料、不相容性废料外的所有固体废弃物；更适合于多氯联苯类(PCBs)、氟里昂类等难消解含卤化合物及生物技术产业、农药、焚烧炉渣飞灰、化学武器、低放射性废物等特殊废物的处理。同时，等离子体可用于处理废气、废水、固体废物、污泥、医疗垃圾、石棉等，应用热等离子体处理危险废物已成为热点。等离子体无害化处理装备及相关技术已被纳入《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录》，根据HJ2042-2014危险废物处置工程技术导则4.2.3.2条，熔融技术适用于处置危险废物焚烧处置残渣和固体废物焚烧处置产生的飞灰等。4.2.3.3条电弧等离子体技术适用于处置毒性较高、化学性质稳定，并能长期存在于环境中的危险废物，特别适宜处置垃圾焚烧后的飞灰、粉碎后的电子垃圾、液态或气态有毒危险废弃物等。Reference[1]陈德珍，贾其亮，袁园，张鹤声.预处理对垃圾焚烧飞灰玻璃化的影响[J].工程热物理学报，2005（3）：523