危险废物等离子体焚烧处理技术.
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 2001-7：“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 ~ 9-27 – DM (Adams) C12H9NClAs – DM + 造渣材料 ~ 连续进料/出渣 – 玻璃体性质稳定
实验结果-2002
– 3-30 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
CO mg/Nm3 100 1.25~1.75
NOx mg/Nm3 500 0.03~0.05 200
200
70
SO2 mg/Nm3 400 0.29~0.38 50
50
40
THC mg/Nm3
0.18~0.35
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
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，
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
wk.baidu.com
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
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=500 ppm
HCl=12 ppm
固废处理相关工作
• 环保产业协会顾问
• 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150 kW实验炉
1000 kW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
– 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100万
• 开发关键技术 • 配套技术借鉴成熟工业技术，加以集成 • 利用力学所已有的等离子体技术方面的积累 • 合作单位：
– 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 Air
等离子体弧
H2
后处理 渣
后处理 玻璃体
后处理 合金
• 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
美国星科
– 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
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%）
排放为美国焚烧炉排放新标准限制值的1/1250左右。
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
– 中科院生态中心—化工流程及环境监测 – 信息产业部电子工程设计院—电子废物处理规划 – 中关村科技园区—示范基地 – 企业—投资、推广 – 防化兵—小型化武
结束语
• 有等离子体和焚烧方面工作基础 • 有危废处理经验（化武、医疗、电子） • 有废物处理系统集成工程经验 • 针对三类废物的方案合理 • 分类处理的研究发展计划可行
• 可燃气体二次燃烧
– 颗粒物量少 – 尾气处理简单
空气
空气 等离子体矩
空气
增强裂解—医疗垃圾处理流程
烟囱
医疗垃圾
空气
空气
水
引风机
进料机
裂解炉 二燃室
降温/净化 袋式除尘
渣
空气等离
子体炬
飞灰
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
煤, MSW, 医疗, RDF） 8.0
– 燃烧特性
6.0
Nu Number of Calculation
– 流动特性
4.0
– 传热特性
2.0
– 建立设计计算方法
• 协助引进三井技术
0.00.0
2.0
4.0
6.0
8.0
Nu Number of Experimentation
• 小型医疗垃圾焚烧炉
– 所长基金，1995，50kg/h
– 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
250 kW
发生器及设备
30 kW高频
100 kW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
• 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）
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）
• 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
• 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
种 类 单 位 GB18484 等离子体 美国标准 德国标准 荷兰标准
PCDD/Fs ng/Nm3
0.5
~0.0001 0.14~0.21
0.1
0.1
（TEQ）
颗粒物 mg/Nm3
80 0.38~0.69
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(Hazardous Waste)
• 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
谢 谢！
• 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—As2O3
– 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HBC XXXX-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
• 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
氢
中和剂
破碎/进料
等离子体弧炉
净化
烟囱 引风机 燃烧室
造渣材料
玻璃体/合金
污水处理
空气
研究发展计划
• 技术、工艺路线优化的原则
– 80，120kg/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/d X 2 • 投资=进口技术 1/4
• 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 ~ 9-27 – DM (Adams) C12H9NClAs – DM + 造渣材料 ~ 连续进料/出渣 – 玻璃体性质稳定
实验结果-2002
– 3-30 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
CO mg/Nm3 100 1.25~1.75
NOx mg/Nm3 500 0.03~0.05 200
200
70
SO2 mg/Nm3 400 0.29~0.38 50
50
40
THC mg/Nm3
0.18~0.35
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
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，
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
wk.baidu.com
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
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=500 ppm
HCl=12 ppm
固废处理相关工作
• 环保产业协会顾问
• 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150 kW实验炉
1000 kW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
– 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100万
• 开发关键技术 • 配套技术借鉴成熟工业技术，加以集成 • 利用力学所已有的等离子体技术方面的积累 • 合作单位：
– 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 Air
等离子体弧
H2
后处理 渣
后处理 玻璃体
后处理 合金
• 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
美国星科
– 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
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%）
排放为美国焚烧炉排放新标准限制值的1/1250左右。
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
– 中科院生态中心—化工流程及环境监测 – 信息产业部电子工程设计院—电子废物处理规划 – 中关村科技园区—示范基地 – 企业—投资、推广 – 防化兵—小型化武
结束语
• 有等离子体和焚烧方面工作基础 • 有危废处理经验（化武、医疗、电子） • 有废物处理系统集成工程经验 • 针对三类废物的方案合理 • 分类处理的研究发展计划可行
• 可燃气体二次燃烧
– 颗粒物量少 – 尾气处理简单
空气
空气 等离子体矩
空气
增强裂解—医疗垃圾处理流程
烟囱
医疗垃圾
空气
空气
水
引风机
进料机
裂解炉 二燃室
降温/净化 袋式除尘
渣
空气等离
子体炬
飞灰
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
煤, MSW, 医疗, RDF） 8.0
– 燃烧特性
6.0
Nu Number of Calculation
– 流动特性
4.0
– 传热特性
2.0
– 建立设计计算方法
• 协助引进三井技术
0.00.0
2.0
4.0
6.0
8.0
Nu Number of Experimentation
• 小型医疗垃圾焚烧炉
– 所长基金，1995，50kg/h
– 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
250 kW
发生器及设备
30 kW高频
100 kW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
• 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）
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）
• 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
• 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
种 类 单 位 GB18484 等离子体 美国标准 德国标准 荷兰标准
PCDD/Fs ng/Nm3
0.5
~0.0001 0.14~0.21
0.1
0.1
（TEQ）
颗粒物 mg/Nm3
80 0.38~0.69
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(Hazardous Waste)
• 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
谢 谢！
• 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—As2O3
– 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HBC XXXX-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
• 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
氢
中和剂
破碎/进料
等离子体弧炉
净化
烟囱 引风机 燃烧室
造渣材料
玻璃体/合金
污水处理
空气
研究发展计划
• 技术、工艺路线优化的原则
– 80，120kg/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/d X 2 • 投资=进口技术 1/4