热等离子体技术处理危险废物研究进展
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【摘要】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。
【关键词】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。
基于高温等离子体的有机废弃物处理技术研究
基于高温等离子体的有机废弃物处理技术研究近几十年来，由于人口增长和技术进步的缘故，全球范围内的城市化进程和工业化进程日益加速，这同样也推动了大量有机废弃物的产生。
有机废弃物的产生对环境和健康都带来了巨大的威胁，因此加强有机废弃物处理是非常必要的。
而在处理有机废弃物的技术中，基于高温等离子体的有机废弃物处理技术已经成为一种研究热点。
一、高温等离子体的概念和特点高温等离子体也称为等离子态气体，是由于加热后气体电离、自由电子、离子等带电粒子和非带电粒子混合、相互作用而形成的物质态态。
高温等离子体的特点是：热量充足，气体成分稳定，反应响应速度快，氧化还原性能强，通量与反应速度成正常相关，具有自净作用。
基于高温等离子体的有机废弃物处理技术就是通过将大量气体加热到高温，形成高温等离子体，利用等离子体的大量自由电子带电离子和气体反应，将有机废弃物分解、燃烧、脱氧和还原成无害和易处理成分。
二、基于高温等离子体的有机废弃物处理技术的优点相较于传统的废弃物处理技术，基于高温等离子体的有机废弃物处理技术具有以下优点：1. 处理速度快基于高温等离子体的有机废弃物处理技术采用高温等离子体作为反应介质，其反应速度非常快，处理大量的有机废弃物速度极快，而且在处理的过程中有机废弃物受到的热量也非常充分，很少会造成二次污染。
2. 处理效率高基于高温等离子体的有机废弃物处理技术能够将废弃物处理成基本无害的成分，很少会产生难以处理的废渣，并且对于有机废弃物的毒性、危险程度等影响因素没有严格的限制，处理效率非常高。
3. 无二次污染基于高温等离子体的有机废弃物处理技术处理的废弃物中，没有任何有害物质残留，排放出来的气体和废液也经过很好的治理，不存在二次污染的风险。
三、基于高温等离子体的有机废弃物处理技术的应用前景基于高温等离子体的有机废弃物处理技术，近年来在国际上得到广泛的关注和研究。
利用高温等离子体的物理特性，不仅能处理大量的城市生活垃圾，还能处理化工、医药、电子等领域产生的废弃物。
科技成果——等离子体危废处置技术
科技成果——等离子体危废处置技术技术开发单位中国航天科技集团有限公司第六研究院适用行业节能环保适用范围适合于危险废弃物的无害化处理及资源化利用成果简介该技术系统主要由等离子体炬系统、气化熔融炉、可燃气焚烧系统、余热利用系统、烟气净化系统构成。
由等离子体炬系统产生温度高达3000-5000℃，能量密度高的等离子体；在气化熔融炉内，等离子体提供高温、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供热或发电，烟气经净化后达标排放。
技术效果（1）该技术处置范围广，适用于爆炸性、辐射性、酸碱性较强以外的大多数危废。
（2）清洁性与彻底性，次生污染物量极少，熔融出料后的玻璃态底渣为一般无机物，经《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别（GB5085.3-2007）》所述之方法鉴别后，各项浸出毒性检测值小于其标准值，可用作建材原料。
烟气可实现欧盟2010标准排放，污水达一级污水标准，可直接排放。
（3）融合了电弧放电等离子体技术、气化熔融技术、烟气净化技术，整体技术水平达到了国内领先、国际先进。
（4）兼容性好，可用于新建危废处理厂，也可配套于原危废处理厂，用于处置次生危废。
（5）经济性好，处置费用低于回转窑焚烧处置。
应用情况在基础研究方面，建设的机理样机系统验证了危废等离子体气化熔融技术“清洁性、彻底性”的核心优势，并揭示“高温、还原性气氛”对二噁英、飞灰等次生危废抑制减量机理。
在关键设备研发方面，成功研发系列化等离子体炬、气化熔融炉等核心设备。
等离子体炬阴极寿命≥600h，电热效率≥80%。
气化熔融炉核心温度保持3000-5000℃，熔池温度保持1500-1700℃，已实现连续80余天连续运行。
在整体工艺方面，形成了包括危废配伍、气化熔融、烟气净化等完整危废处置工艺。
热等离子体技术处理危险废物研究进展
热等离子体技术处理危险废物研究进展遇鑫遥施加标孟月东(中国科学院等离子体物理研究所,安徽合肥 230031)摘要应用热等离子体处理危险废物是一种创新性技术.与传统焚烧炉相比,真正做到无害化,减量化和资源化的目的.着重介绍应用热等离子体处理危险废物的原理及优点,等离子体废物处理系统以及国外应用这种技术处理危险废物的研究现状,以引起人们对这种新技术的认识和重视.关键词危险废物热等离子体等离子体气化/玻璃化过程等离子体废物处理Research progress of hazardous waste treatment using thermal plasma technology Yu Xinyao,Shi Jiabiao,Meng Yuedong.(Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences,Hefei Anhui 230031)AbstractHazardous waste treatment using thermal plasma was a creative technology which achieves the aim of detoxification, reduction, and reuse of waste indeed compared with traditional incinerator. The theory and advantages of hazardous waste treatment using thermal plasma, the thermal plasma waste treatment system and the present studies of abroad were mainly introduced hoping that people could have a good knowledge of this new technology and pay attention to this new technology. Keywords: hazardous waste; thermal plasma; plasma gasification/vitrification process; plasma waste treatment system随着我国经济高速发展,产生了大量危险废物,包括医疗废物,化学毒品等,这些危险废物对于环境和经济的可持续发展造成了严重的危害.应用等离子体技术来处理危险废物是一种全新的方法.由气体电离产生的等离子体在等离子体发生器中温度可达 5 000 ℃.电能通过等离子体转化为热能.选择不同类型的工作气体可使等离子体系统工作在氧化,还原或者惰性的环境下.不同的工作环境具有不同的功能,如氧化性环境通常用来破除有机危险废物;还原性环境通常被用来提取金属,固化含有毒重金属的废物如飞灰等[1].目前发展较成熟的国家包括美国,加拿大,法国,英国,瑞士,日本以及以色列等.其中,美国的Retech公司,IET公司,西屋环境公司(Westinghouse Environmental Service),PEAT公司,Startech公司,法国的航太公司(Aerospatial Espace & Defence),英国的Tetronics公司以及以色列EER公司的等离子体处理技术皆已达到商业化运转阶段.其他一些国家还处于一些基础的可行性证明的实验阶段,如希腊正在研究用电弧等离子体处理废物[2,3];台湾在这方面做了大量的工作,虽然处于研究阶段,但取得了不小的成果[4-7];韩国也正在研究用电弧处理放射性废物[8]和液体有毒废物PCB[9];俄罗斯和瑞典等国家也进行了相关的研究并取得了一定的成果[10].1 热等离子体技术介绍热等离子体技术已从20世纪60年代主要用于空间相关的研究转向材料处理,如今热等离子体已经广泛用于材料加工领域,如等离子切割和喷涂.近年来,应用热等离子体处理危险废物成为研究的热点.大多数等离子体废物处理系统采用等离子体炬来产生等离子体能量.另一种设计是利用直流(DC)电弧等离子体.另外,还有研究用射频等离子体[11]和微波等离子体[12]处理危险废物的,本文不做介绍.1.1 电弧等离子体主要特征气压下的电弧是处于局域热力学平衡(LTE)的热等离子体.处于局域热平衡的电弧等离子体中的电子,离子和其它中性基团具有接近的温度.电弧的能量密度以及电子的密度分别在107～109 J/m3和1022～1025 m-3.由于具有高的能量密度和电子密度使得电弧放电可以在相对低的电场(通常500～5 000 V/m)下达到107～109 A/m2的高电流密度.电弧的温度可以达到5 000～50 000 K.1.2 等离子体炬技术人们已研制开发了各种各样的等离子体炬.图1画出了两种典型的等离子体炬构型[13],左侧是使用金属作为电极的,右侧的是采用无电极的射频等离子体.其中有电极的等离子体炬主要有两种,一种工作在转移弧,一种工作在非转移弧.其区别在于是否将所要加工的工件作为一个电极,若将加工工件作为一个电极则是工作在转移弧,否则是工作在非转移弧.图1 主要的等离子体炬构型2 应用热等离子体处理危险废物的原理及其优点2.1 原理热等离子体放电产生的电弧具有极高的温度,其产生辐射热,对流传热以及电子引起的传热等.能够用它来熔融危险废物形成无害化产物.主要形成物为简单的气体分子(主要为CO,H2),玻璃体以及熔融的金属单质.在等离子体反应腔中,处于上部的是气体,中部的是熔融玻璃体,下部是金属单质.形成气体分子是等离子体气化的过程,形成玻璃体的过程是等离子体玻璃化的过程.废物经过等离子体化学反应完成转化的时间在0.01～0.50 s.这个反应时间依赖于所处理的废物种类以及温度[12].2.1.1 等离子体化学反应过程能量的传递能量的传递大致如下:(1) 电子在电场的加速作用下成为高能电子.(2) 高能电子与分子(或原子)碰撞,形成受激原子,受激基团,游离基团等活性基团.(3) 活性基团与分子(或原子)碰撞生成新的物质并放出一定的热量.(4) 活性基团与活性基团碰撞生成新的物质并放出一定的热量.(5) 高能电子被卤素和氧气等电子亲和力特强的物质所俘获,成为负离子.这类负离子具有较好的化学活性,在等离子体化学反应中起到重要的作用.2.1.2 等离子体气化几乎人们所知的所有有机物和许多无机物在热等离子体的高温环境下都会发生氧化或者还原反应分解为原子和最简单的分子.这些原子和分子在温度较低的部位又会重新合成形成热力学稳定的2～3个原子的化合物(氧化物,氢化物,卤族化合物等).这些化合物的形成依赖于所处理的废物的成分以及形成等离子体的气体,另外,这些有机物形成的气体可以用来做化工原材料或者转化成一种混合气作为燃料.最重要的是其中的有毒有机物尤其是二恶英和呋喃都被彻底的分解为了无毒的小分子物质[14,15].图2以二恶英为例说明了等离子体气化的原理.图2 二恶英的等离子体气化示意图2.1.3 等离子体玻璃化玻璃化将废物与玻璃等物质混合在热等离子体的高温作用下熔融形成一种稳定的玻璃态物质,原废物中的有害金属则包封在玻璃体中,即可达到稳定化,减量化及资源化目的.玻璃化最初是用来处理放射性废物,在这个过程中高放射性废物的液体和泥浆与玻璃颗粒进行混合并加热到非常高的温度来产生熔融玻璃态混合物,当混合物冷却时它就会变为一种坚硬且稳定的玻璃体,这种玻璃体将放射性元素包封在内部,并阻止其迁移到水和大气中.一般其反应机制是利用SiO2网络结构形成难溶物质,见图3.一般可从玻璃体的特性探讨其处理效果,其特性项目包括灼烧减量,强度,空隙率,浸取毒性等.得到的玻璃体经过一定的或者不经过加工可以用来作为建筑材料或者陶瓷材料,这依赖于所处理的废物的化学成分.图4为美国IET公司经过PEM技术处理得到的玻璃体和用玻璃体加工的建筑材料.图3 网络结构二维示意图例图4 IET公司PEM技术玻璃体及加工的建筑材料2.2 优点2.2.1 与传统的焚烧炉相比的优点(1) 热等离子体具有较高的温度和能量密度.一个氧气-燃料火焰的最大热量通量大约为0.3 kW/cm2,而一个直流转移弧的热量通量可以达到大约16.0 kW/cm2.具有如此高的热量通量是因为其有较高的温度,较高的气体流动速度以及较高热导率的等离子气体.尤其是对于转移弧来说,有一部分额外的热量通量,即从电子转移到所处理的作为阳极的物质.(2) 维持等离子体弧所需要的气体体积比靠燃料燃烧的焚烧炉要少很多.据估计,对于给定数量的处理物质,等离子体系统所需的气体体积仅为燃料焚烧炉所需气体的10%左右.这也意味着对于等离子体系统的尾气处理系统能极大的简化.(3) 等离子系统的能量供给与系统中氧气的浓度是能够独立控制的,即氧化性,还原性以及惰性气体环境是独立于反应器的温度的.而对于传统的焚烧炉能量通量与氧气的浓度不能独立于反应器的温度.这使得在极高的还原性或者惰性气体环境下具有极高的能量通量成为可能.(4) 与传统焚烧技术相比,等离子体技术能够完全的破除有毒有害废物,装置的体积和尺寸要小的多.可以对反应过程的完全自动化的控制.高温等离子体源的维修费用和时间相对较少.(5) 最为重要的是,传统的焚烧技术会产生二次污染,如形成包含有毒重金属的飞灰,氢氧化物,硫化物,氮的氧化物,含氯化合物如二恶英和呋喃.传统的焚烧技术要达到各个国家有关环境标准就要花费大量的钱在二次污染物的去毒化上面.3 等离子体废物处理系统介绍3.1 系统的主要构成等离子体废物处理系统主要由进料系统,等离子体主反应腔,金属/玻璃体收集系统,热能回收利用系统,尾气净化处理系统,二次燃烧室,自动控制系统等构成.3.2 系统的工作流程一般而言,其工作流程如下:首先是进料系统将废物输进等离子体主反应腔,然后在主反应腔中经历等离子体气化/玻璃化过程,其中金属和玻璃体经金属玻璃体收集系统得到收集,如果存在二次燃烧室气体进入二次燃烧室,然后气体进入尾气处理系统,最后排放的气体达到标准.如果有能量回收利用系统,气体还要通过能量回收利用.图5为系统工作流程图.图5 系统工作流程图3.3 系统所能处理的废物种类(1)有机溶剂废弃物(2)废矿物油(3)含多氯联苯废弃物(4)医院废弃物,废药物,药品(5)农药废弃物(6)有机树脂类废弃物(7)含金属羰基化合物废弃物(8)含有色金属,重金属的废弃物(9)石棉废弃物(10)放射性废弃物(11)从理论上讲,所有能用传统的焚烧炉处理的都可以用等离子体系统来处理.但是,实际中的等离子体系统都是针对某一种或者某一类物质而专门设计的,还没有能够处理所有种类的炉子问世.4 国内外的研究现状介绍国外在用热等离子体处理危险废物方面已取得相当大成就,有的已经产业化,有的正从研究走向产业化阶段.美国早于1986年即用热等离子技术模拟处理放射性废弃物,至今已有多家处理厂处于商业运转阶段,处理废弃物种类甚广,包括放射性废物,焚化炉灰渣,重金属污泥及土壤以及有毒废液等危险废物.目前技术成熟且成功商业运转的公司主要有Westinghouse Electric公司,Retech公司,IET公司,Startech 公司,EPI公司等.日本近来为解决垃圾焚化灰渣的问题,积极着手开发热等离子体熔融技术,并已获得相当的成果.由日本KHI,KSC及东京电力共同开发的灰渣等离子体熔融炉已经在其千叶市设置一日处理量为24 t的废物处理中心.TAKUMA公司自1992年着手于底灰和飞灰的混合灰渣为对象,开发石墨电极等离子体熔融炉以来,经过多次实验于1998年达到每天处理25t焚化灰的规模.Mitsubishi公司也在用等离子体技术处理飞灰方面取得了很大的成就[16].除了美国和日本之外,法国,加拿大,澳大利亚,瑞典,英国,以色列等发达国家也开发了热等离子体技术.法国的Europlasma公司开发的等离子炬技术除发展欧洲市场外,同时将技术转移到日本.加拿大Resorption公司设计了一日处理量为24 t的等离子体熔炉,用以处理生物/感染性医疗废物.瑞典的Scan Dust公司与B.U.S(Berzelius Umwelt-Service AG)共同开发设置了一年处理量为55 t的等离子体熔融炉,主要是处理金属冶炼尘灰,并回收有价金属.英国的Tetronics公司于1990年便成功开发直流电极等离子体熔融技术,并在最近几年内协助日本各大厂商(如EBARA,KOBE,MHI等)设置等离子体熔融炉,以解决日本境内日益严重的焚化灰渣处理问题.澳大利亚的SRL公司开发的PLASCON等离子体技术能有效处理化学农药及PCB 等有毒废物[17].以色列EER公司运用其开发的PGM(Plasma Gasification Melting)技术,于俄罗斯莫斯科附近设置一日处理量 2 t的等离子体熔融炉,主要用于处理低放射性废物,并已运转近10年.我国在用热等离子体技术处理危险废物方面起步比较晚,尚属于研究阶段,国内所应用的技术大多是从国外进口的.5 展望等离子体处置危险废物技术是环境界公认的无害化处置最先进技术,在发达国家已进入应用阶段.热等离子体处理危险废物具有很多优点,在发达国家已经成为危险废物处理研究领域的一个热点,甚至成为一些危险废物处理如垃圾焚烧飞灰的最有效的处理方法.随着,环境问题越来越严重,热等离子体技术必将会在危险废物处理方面发挥巨大的作用.我国应该加大投资和人员力度研究用热等离子体处理危险废物的机理以支持自主知识产权的等离子体废物处理炉的开发和应用转化以解决越来越严峻的危险废物处理处置问题.参考文献[1] HERLIRZ H G. Plasma technology[J]. Environ. Sci. Technol.,1986,20(11):1102-1103.[2] MOUSTAKAS K,FATTA D,MALAMIS S K,et al. Demonstration plasma gasification/vitrification system for effective hazardous waste treatment[J]. J. Hazard. Mater.,2005,123(1/3):120-126.[3] MOUNTOURIS A,VOUTSAS E,TASSIOS D. Solid waste plasma gasification: equilibrium model development and energy analysis[J]. Energ. Convers. Manage.,2006,47(13/14):1723-1737.[4] TZENG C C,KUO Y Y,HUANG T F,et al. Treatment of radioactive wastes by plasma incineration and vitrification for final disposal[J]. J. Hazard.Mater.,1998,58(1/3):207-220.[5] HUANG Y C,WANG H PAUL,HUANG H L,et al. Speciation of copper in plasma-melted slag[J]. J. Electron. Spectrosc.,2007,156/158:214-216.[6] CHU J P,CHEN Y T,MAHALINGAM T,et al. Plasma vitrification and re-use of non-combustible fiber reinforced plastic, gillnet and waste glass[J]. J.Hazard.Mater.,2006,138(3):628-632.[7] Cheng T W,Huang M Z,Tzeng C C. Production of colored glass–ceramics from incinerator ash using thermal plasma technology[J]. Chemosphere,2007,46(1):1-9.[8] MIN B Y,KANG Y,SONG P S,et al. Study on the vitrification of mixed radioactive waste by plasma arc melting[J]. J. Ind. Eng. Chem.,2007,13(1):57-64.[9] Kim S W,Park H S,Kim H J. 100 kW steam plasma process for treatment of PCBs(polychlorinated biphenyls) waste[J]. Vacuum.,2003,70(1):59-66.[10] RUTBERG P G,BRATSEV A N,SAFRONOV A A,et al. The technology and execution of plasma chemical disinfection of hazardous medical waste[J]. IEEE. T. Plasma. Sci.,2002,30(4):1445-1448.[11] MINA S,MOTOFUMI T,TAKAYUKI W. Application of radio-frequency thermal plasmas to treatment of fly ash[J]. Thin. Solid. Films,2001,386(2):189-194.[12] BAILIN L J,HERTZLER B L,DONALD A. Oberacker development of microwave plasma detoxification process for hazardous wastes[J]. Environ. Sci. Technol.,1978,12(6):673-679.[13] KOGELSCHATZ U. Atmospheric-pressure plasma technology[J]. Plasma. Phys. Control. Fusion.,2004,46(12B):63-75.[14] RUTBERG P G. Plasma pyrolysis of toxic waste[J] Plasma. Phys. Control. Fusion.,2003,45(6):957-969.[15] MICHAEL T,PHILIP R,GUIDO O. Plasma based waste treatment and energy production[J]. Plasma. Phys. Control. Fusion.,2005,47(5A):219-230.[16] MASAO Y A. Contribution of waste to energy technology to global warming[J]. Mitsubishi Heavy Industiries Technical Review,2004,41(4):1-5.[17] MURPHY A B,MCALLISTER T. Modeling of the physics and chemistry of thermal plasma waste destruction[J]. Physics of Plasma.,2001,8(5):2565-2571.（注：文档可能无法思考全面，请浏览后下载，供参考。
热等离子体技术处理危险废物的应用
热等离子体技术处理危险废物的应用作者：彭亚环来源：《中国新技术新产品》2020年第16期摘 ;要：近年来，随着我国社会经济的快速发展，各行各业的发展都得到了有力的推动，尤其现代工业发展十分迅速，成为了推动社会经济发展的重要产业。
现代工业虽然发展迅速，但是也带来了一定的环境污染问题，这是因为现代工业在发展过程中容易形成一些有毒有害气体、废物等，这些危险气体、废物如果没有得到科学合理的处理，那么就会直接影响到环境质量。
随着各种危险废物的不断增多，如何有效处理危险废物是目前需要重点考虑的问题。
而热等离子体技术在处理危险废物方面就发挥着重要的作用。
热等离子体技术可以通过等离子体高温、高焓的特点将危险废物快速分解为无毒无害的物质。
基于此，该文就热等离子体技术处理危险废物的应用进行详细分析。
关键词：危险废物;热等离子体技术;处理技术中图分类号：X705 ; ; 文献标志码：A0 引言据统计，进几年来我国工业危险废物产生量正在逐年增加，以2015年数据结果来看，危险废物产量高达3 976.11万t。
工业危险废物分布在不同的行业，如化学原料和化学制品制造业、非金属矿采选业、有色金属冶炼等行业。
这些行业在发展过程中会产生大量的危险废物，一直以来处理工业危险废物都是我国重点关注和重视的问题。
为了提高危险废物处理能力和效率，就必须加强有关处理技术的研究。
近年来，在处理危险废物汇总，对热等离子体技术的研究和应用越来越受到了关注和重视。
这是因为热等离子体技术在处理危险废物方面具有安全、可靠、有效的特点，对于一些难以用传统技术进行处理的危险废物，也可以利用热等离子体技术进行处理。
正是因为热等离子体技术的优势和特点，所以在处理危险废物中应用该技术是必然的趋势。
而为了保证热等离子体技术的应用有效性，加强对该技术应用的具体研究也显得十分重要。
1 热等离子体技术等离子体是属于物质的第四种状态，与常见的气、液、固3种状态不同，其是由电离的导气体组成，包括电子、正负离子、激发态原子、基态原子等，其属于一种高度电离的气体。
气化及高温等离子体技术在废物处理中的应用
科
技
纵
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
横
燃转化气综合利用包括发 电 、 供汽等， 发电可以采用高 效的联合循环系统。根据实际情况， 规模小的装置可采 用先进的高效率 （)&<,)A< ） 发电机发电， 规模大的可以 采用燃气轮机发电， 单级发电量即可完全满足全厂的用 电。发电后排出的高温烟气， 经余热锅炉， 还可以产生蒸 汽。产生的烟气可以直接排入大气。 二、 气化及等离子体技术与焚烧技术的比较 用气化及等离子体技术处理废物，其优点首先是对 能源的回收利用率要大于焚烧法。由于产生的可燃洁净 转化气量仅相当于焚烧烟气量的 )&<,’&< ， 因此， 对于 排烟的热量损失， 等离子热解法要比焚烧少很多。 特别是 对于中小型的废物处理装置，如果焚烧法产生的余热蒸 汽没有热用户， 并且蒸汽量较少， 而无法运用蒸汽透平发 电时， 只能将大部分余热浪费掉， 这样就大大增加了运行 成本。而气化 B 等离子技术产生的二次能源为洁净转化 气， 可以供发电机发电， 最大限度地回收能源。 使用气化及等离子体技术处理废物， 其辅助燃料为 焦炭或木头， 而焚烧方式使用的辅助燃料为柴油或天然 气， 在提供相同辅助热量的情况下， 焦炭、 木头的成本要 远远低于柴油或天然气。 对于各种废物的处置，气化 B 等离子法产生的转化 气洁净处理过程中， 可以省略对二恶英的活性炭吸附和 脱 53: 的处理过程。 焚烧法将产生需要安全填埋的灰渣；气化 B 等离子 法通过系统内部处理， 将飞灰转化为无害熔渣。 气化 B 等离子法处理废物的缺点在于对废物预处理 的要求； 而焚烧法则可以对各种粒径尺寸的散装废物直 接焚烧处理。 三、 等离子体技术的运营成本及前景 国内工业危险废物的处理， 按标准 CD+=’=’B%&&+ 的 要求， 大部分烟气焚烧炉二燃室焚烧温度大于 ++&&- ， 并 且要求具有较高的空气过量系数，这需要大量的柴油或 天然气助燃。用气化B 等离子体技术， 由于使用焦炭或木 头代替天然气 8 柴油作为辅助燃料， 使处置废物的燃料成 本大大下降； 虽然使用等离子火炬的电耗高， 但若采用完 整的能量回收发电系统， 完全可以满足系统的自用电。 例 如，采用每天 处 理 %’ 吨 危 险 废 物 的 系 统 ， 废 物 热 值 为 需添加%&<的焦炭或木头， 吨废物的电耗在 %E&&>?@1 8 >7， 产生的气化气用效率为 )(< 的引擎发电机发 F+& 度左右， 电， 发电量在F(&>G左右， 系统同时可以提供约)*(,’*&H 8 I 的低压蒸汽。因此， 这项技术具有广阔的市场空间， 特别 适合于含重金属的电子电器类废物， 以及各种废液、 废气 的无害化处理。
热等离子体危险垃圾处理技术研究进展
热等离子体危险垃圾处理技术研究进展柴寿明1王建伟2陈立波1杨前明2(1.青岛西海岸公用事业集团有限公司，青岛266400; 2.山东科技大学机械电子工程学院，青岛266590)摘要：本文回顾了热等离子体垃圾处理技术的国内外研究现状，整理目前处于实验室和工业化规模的最重 要的试验和模拟研究结果。
在以上工作基础上，对热等离子体处理医疗垃圾、城市垃圾焚烧残渣、含石棉垃圾等 各种各样危险垃圾的科技文献进行综合分析，并对热等离子体的激发原理以及体玻璃化产物的潜在应用前景进行 概括性介绍。
文献总结发现，热等离子体技术用于处理危险垃圾具有很多优势，相对于其他填埋等处理方式，是 一种强大的、可替代性的新方法，有望在将来得到越来越多的商业化应用。
关键词：垃圾处理热等离子体玻璃化引言世界范围内人口、消费的不断增加以及工业规模的扩大，导致了大量危险固体废物的产生，包括多氯联苯、剧毒农药、垃圾焚烧灰、空气污染控制残留物、石棉、医疗垃圾、电子 垃圾、炼钢垃圾等危险垃圾的危害性极大。
例如，多氯联苯 和剧毒农业具有高毒性与髙残留性，能通过地下水和食物链 在人体及动物体内富集，从而导致癌症及基因变异；垃圾焚 烧飞灰和空气污染控制残留物中含有高浓度的重金属和危险 有机物二噁英及呋喃，在欧洲垃圾目录中被列为绝对危险的 有害物；而在人的肺中，即使仅存在非常低浓度的石棉纤维，也会引起严重的肺部疾病；医疗垃圾中则含有大量的细菌和 病毒，具有极高的疾病传染性；电子产品元件中普遍含有铅、铬、镉等数百种高度有害的化学物质。
目前，如何处理这些 高危险性环境污染物，已成为国际各国共同关心的重要课题。
国内外对于固体垃圾的处理方法包括焚烧、填埋、堆肥 等，但迄今为止用于处理危险垃圾的主要是前两种方法。
填 埋法存在占地面积大、二次污染等诸多问题，使得很多国家 转而选择焚烧法来处理危险垃圾。
焚烧法虽然能实现垃圾无 害化、减量化和资源化，但是垃圾在燃烧时易产生大量的二 噁英和呋喃，而二噁英是目前世界上最具毒性的有机物之一，在极小剂量下对动物即具有致命的毒性。
等离子体技术在工业危险废物处置中的应用
等离子体技术在工业危险废物处置中的应用摘要：近年来，随着我国工业发展速度的不断加快，虽然大大带动了我国国民经济的迅速增长，但与此同时也带来了诸多环境问题。
工业生产会产生许多危险废物，这些危险废物不但会造成严重的环境污染，更可能引起一系列安全事故，所以，如何有效处理处置工业危险废物成为了当前的一项重要研究课题。
传统的工业危险废物处置技术已经渐渐无法满足实际治理需要，一些新的技术开始在该领域中崭露头角，其中，等离子体技术是目前最具发展前途的一种工业危险废物处置技术。
本文主要针对等离子体技术在工业危险废物处置中的应用进行了探讨，希望有助于促进相关技术的不断进步和发展。
关键词：等离子体技术；工业危险废物；废物处置当今时代，环境污染问题已经成为了一项迫在眉睫的问题，而随着环境污染日益严重，人们也在不断寻求更加先进有效的废物处理技术，以适应越来越复杂的工业危险废物处理要求。
在此背景下，等离子体技术应运而生。
利用等离子体技术，可以有效处理现代工业生产中产生的那些复杂的有害混合废料，如重金属残渣、放射性物质、污泥、飞灰等等，同时还不会带来二次污染。
正是由于这些优点，使得等离子体技术成为了当前最具发展前途的一种工业危险废物处置技术。
以下笔者就联系实际来谈谈等离子体技术在工业危险废物处置中的应用，仅供参考。
一、等离子体技术简介1、等离子体技术的概念等离子体技术出现于二十世纪90年代。
等离子态是物质的一种状态，一般物质常见的状态有固态、液态及气态等，而等离子态是与之相并列的第四种状态。
简单来说，等离子体是由大量相互作用的非束缚状态的带电离子组成的一个宏观体系，其无论是温度、密度亦或磁场强度，均可跨越十几个数量级，换言之可以存在的参数范围非常广阔。
由于等离子体的能量极为集中，具有85%以上的极高电热效率，所以它所产生的高温可以瞬间还原那些难以还原的物质及难溶物质。
目前等离子体技术在信息、能源、环境、通信、材料及生物工程等领域中均有着十分重要的应用。
科技成果——危废等离子熔融处理技术
科技成果——危废等离子熔融处理技术适用范围医药卫生、冶金矿产、石油化工等行业产生的医疗垃圾、工业危废、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物等。
该技术主要消耗能源为电能，运行还需要压缩空气和去离子水，需要配套完善的水、气、电设备设施。
该技术热源来自于等离子发生器产生的等离子炬，单台等离子发生器功率受限，一般单台等离子熔融装置（可配置数个等离子发生器）处理规模不大，危废总处理量较大时需多台处理装置同时工作。
成果简介危险废物经预处理后送入等离子熔融炉内，危险废物与等离子炬接触，高温等离子体炬彻底焚毁了危险废物中的有毒有机物，包括二噁英，残留的无机物在等离子炬的灼烧下变为熔融态浆液，进入急冷水池中，形成稳定无害的玻璃态熔渣。
该技术关键设备包括：预处理及给料设备、等离子体熔融炉、等离子喷枪、余热回收及烟气净化设备等。
技术效果生成玻璃态熔渣重金属浸出毒性检测浓度低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007）中规定的限值。
以危废处理规模1吨/小时的装置为例，运行功率为1320KW，按每年运行8000小时计算，耗能为1060万度/年，实现危废无害化处理规模为8000吨/年。
无害化处理1吨危废，耗能1320度。
产生副产物玻璃体，可用于建筑材料和混凝土及沥青道路骨料，实现危废处理的无害化和资源化。
知识产权情况授权专利8项：一种等离子点燃低燃值放散气体装置，ZL201410127274.7；热等离子体焚烧舰船垃圾装置，ZL200910244885.9；等离子危废处理系统的螺旋式进料装置，ZL201721226898.X；等离子熔炉，ZL201721226896.0；一种处理炉灰及炉渣的等离子焚烧熔化系统，ZL201721241616.3；等离子危废处理系统，ZL201721226780.7；等离子熔炉的直流电源，ZL201721226897.5；自动调气式直流等离子体发生器，ZL201020636290.6。
等离子体消除危险固体废弃物技术
消除
特殊废弃物
Ａｂ ｔａ ｔ Ｉ ｉ ｐ ｐ ｒ ｔ ｅ ｂ ｓｃｆ ｎ ａ ｎ ｆ ｌ ｓ ｌ ｎ ｔ ｇｓ ｌ ａ ｔｓｉ ｒ ｔ ｘ ａ ｉｔ ｄ Ｔｈ ｎ ｔ ｅａ ｐ ｉ ａｉ ｎｏ ｓ ｒ ｃ ｎｔ ｓ ａ ｅ ， ｈ ａ ｉ ｄ ｍｅ ｔ ａ ｍａｅｉ ａ ｉ ｏ ｉ ｗ ｓ ｓ ｉ ｌ ｅ ｐ ｔ ｅ ． ｅ ｐ ｌ ｔ ｆ ｔ ｈ ｕ ｏｐ ｍｉ ｎ ｄ ｅ ｆｓ ｙ ａ ｈ ｃ ｏ ｉ ｉ ｎ ｃｐ ｌ ｓｅ ， ｄ ｃ ｌ ｓｅ ， ａ ｇ ｒ ｕ ｄ ｓｒ ａ ｔｓ ｌ ｗ ｒ ｄ ｏ ｃｉ ｅｗａ ｔ ｓａ ｄ ｍｉ ｔｒ ａ ｔｓｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｉ ｅ ａｌ ｎ ｍｕ ｉｉ ａ ｔ ｓ ｍｅ ｉａ ｔ ｓ ｄ ｎ ｅ ｏ ｓｉ ｕ ｔｙ ｗ ｓｅ ， ｏ ａ ｉａ ｔ ｓｅ ｎ ｌ ａ ｗ ｓｅ ｓｉ ｒ ｕ ｅ ｎ ｄ ｔ ｉ ｗａ ｗａ ｎ ｖ ｉｙ ｎ ｏ ． Ａｔ ａ ｔ ｏ ｒ ｂ ｅ ｆ ｌｓ ｌ ｎ ｔｏ ｎ ｓｐ ｏ ｐ ｃ ｒ ｉｃ ｓ ｅ ． ｓ ｓ ｍｅｐ ｏ ｌｍｓ ａ ｍａｅ ｉ ａｉ ｎａ ｄｉ ｒ ｓ ｅ ｔ ｅｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｌ ｏｐ ｍｉ ｔ ａ
Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｏ ｉ ｎ ｔ ｇ Ｓｏｌ ａ ｔ ｓ Ｕｓｎ ａ ｍ ａ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆＥｌ ｍｉ ａ ｉ ｉ Ｗ ｓ ｅ ｉ ｇ Ｐｌｓ ｎ ｄ
杜 平 ，于开录。 ，朱春 来
（． １ 海军驻保定地 区航空军事代表室 保定 ０ １ ０ ７０ ）； ０ （ ． 船重工第七一八研究所 河北邯郸 ０６２ ） ２中为 固体废弃 物的有效处理提供完善的解决方案。
１ 基本原理
等离子体是物质除固、液、气之外的第 四种
形态 。根据等离子体温度 的不同，可分为高温等
等离子技术终极处置危废项目
等离子“熔融气化炉”危废终极无害化处理设备国内危废主要处置方法国内危废处置企业现有的处置方式主要为回转窑、热解窑、水泥窑协同处置，采用此类方式处置危废，焚烧产生的烟气污染物排放具有不稳定性、不均衡性：（1）其中挥发性金属有汞、铅、镉、砷、铜、锌等，非挥发性金属有铝、铁、钡、钙、镁、钾、硅、钛等，挥发性金属部分吸附于烟尘排出，非挥发性金属则主要存在于炉渣中，无法有效处置；（1）而焚烧产生的二噁英类化合物随尾气排出，无法解决。
传统方式焚烧过程中产生的二噁英及呋喃物质主要产生自三个方面：废物本身成分、炉内形成和炉外低温再合成。
我国危废处置能力不足，无法满足现有的危废产生量，而大多数危废处置企业处置危废，采取的回转窑等传统焚烧方法，无法彻底解决危废的无害化处置难题，且大多数只能达到50%左右的减量效果，尾气处理等后道工艺过程中又产生了新的吸附物残渣，各类残渣仍然只能通过填埋解决，甚至有些危废处置企业自身无法解决焚烧残渣、飞灰的最终处置，还需要委托其他企业处置。
我国危废的处理现状采用等离子体技术的各种设备，以等离子火炬作为热源，具有能产生高强度、稳定的热源优势，温度操作可控，工作相对简单，产生的等离子体是一种过热的导电气体，存在于自然界的闪电和太阳表面，人工的等离子火炬产生的温度可以达到5000℃甚至更高，这足以摧毁地球上绝大多数材料，工业半导体、新能源、人造太阳、核聚变都离不了“等离子体”。
这样的优势使等离子技术在处理各种危险物和废弃物领域的应用变得非常广泛。
★等离子气化技术属国际上称之为“第三代”的固废处理技术——熔融气化技术，有着其他技术不可比拟的环保优势和巨大的应用前景；★在国外，等离子火炬应用于航天材料测试领域。
近些年又开始应用于有害固体废弃物和城市垃圾的处理，在处理固废包括城市固体垃圾、危废、电子废弃物和含重金属有毒化工浓缩液等方面都取得了成功。
★在国内，等离子技术除航天领域外，目前仅普遍用于锅炉点火和金属切割，在危废、固废处置行业正在逐步推广采用等离子技术处置。
等离子体技术处理放射性废物的研究进展
０ 引 言
随着 核技术 的迅 速 发 展 ， 放 射性 物 质 在 核 能 发 电 、 医学 治疗 等领 域得 到 了 日益广 泛 的应用 ， 对 促 进 国 民经济 和科 学
染 问题 。放 电等离 子体技 术 因其 不 会带 来 二次 污染 问题 ， 并 且 处理 时间短 ， 进 一 步 显现 出其 环保 性 和高 效 性 ， 成 为处 理 放 射性废 物领 域 中最具有 发展 前途 、 最 引 人瞩 目的一 项新 型
ｐ ｌ ａ ｓ ｍａ ） 和非 热 等 离 子 体 （ Ｎｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｒ ｍａ ｌ ｐ ｌ ａ ｓ ｍａ ） 。热 等 离 子
等 离子 体 技 术 （ Ｐ ｌ ａ ｓ ｍａ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ） 是 近年 来 发 展 起 来 的一种 物理 、 化学、 微观 电子学 相结 合 的新 型 技术 ， 具有 工 艺
等离子气化熔融技术处理化工园区危险废物工艺介绍及技术优势分析
等离子气化熔融技术处理化工园区危险废物工艺介绍及技术优势分析摘要：我公司在如东县洋口化学工业园，新建一个危险废物集中无害化处置中心，主要采用等离子气化熔融技术对危险废物进行玻璃化安全处置。
目前已开工建设两条生产工艺线，主要设施包括破碎系统、炉前进料系统、等离子气化熔融系统、二燃室系统、余热回收系统、烟气处理系统、在线监测系统等。
等离子气化熔融技术，有其他方式不能企及的环保效果，可以使处理未端得到“最终解决”和基本实现“零填埋”的，可以防止“二次污染”。
关键词：危险废物处理；等离子气化熔融技术；等离子炬；玻璃体；无害化近年来，国家持续出台相关政策指导性文件，鼓励推广应用等离子等新型危险废物高温处理技术，包括《危险废物污染防治技术政策》、《国家鼓励发展的重大环保技术装备目录》、《危险废物处置工程技术导则》等一系列文件。
等离子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。
文中介绍了本公司根据园区危险废物产生状况，结合有关技术规范和导则，所确定的技术工艺路线和主要处置系统组成。
为大家初步了解等离子气化熔融危废处理工艺提供帮助。
1工艺方案及规模介绍1.1项目地基本情况及物料情况1.1.1 项目地基本情况如东县洋口化学工业园（江苏省如东沿海经济开发区），是一个以医药、农药和精细化工企业为主的工业园区，并已逐步形成集新材料、新医药、新农药和环保产业为主导的四大产业板块群。
现有入园企业达119家，在产企业89家，拥有世界五百强投资企业3家上市公司及其控股企业33家。
2018年开发区GDP 产值达112亿元，2019年开发区GDP产值121亿，预计2020年GDP产值达到200亿元。
2020年11月，苏政发〔2020〕94号文件正式宣布如东县洋口化学工业园，成为全省14家定位化工园区当中的一家，整个南通市也就两个全省定位化工园区。
基于等离子体技术的区域危险废物处置方法探讨
基于等离子体技术的区域危险废物处置方法探讨摘要：随着科学技术快速发展，等离子体技术已被广泛应用于工业生产的方方面面。
对于如今污染严重的环境问题，等离子体技术的出现更是对环境污染起了一定的遏制作用。
等离子技术也被业内人士称为处理工业污染、废气排放的最佳办法。
关键词：等离子体技术区域危险废物处置方法探讨科技工业的快速化发展以及城市现代化节奏的加快使得环境问题演变为社会焦点。
如何利用先进的等离子体技术治理环境污染将是我们本文注重要探讨的内容。
1 等离子技术的产生以及方式等离子体被科学人士称为物质界以第四种状态存在的高级物质，等离子体是一种特殊的空间存在物质。
等离子体体积小、热量大的特性适时的满足了现代工业以及环境治理的需求，形象的说，等离子体就像我们生活中的电，都是依靠两种物质的相互工作而产生的。
与电力不同的是，等离子体拥有很强的转换能力。
例如在夏天经常有雷电天气，当电闪雷鸣的时候就可以产生等离子体；像我们平时很难见到的流星也可以产生等离子体。
当然这些都是自然界等离子体的产生方式，那么我们平时工业中以及环境治理中的等离子体是如何产生的呢？其实，在现实中利用先进技术产生等离子体是需要一定条件。
因为等离子体拥有极其难把控的特性，在现实实验中，技术人员需要做好安全措施，利用高温或低温都可以产生等离子体。
在进行实验时，技术人员可以利用放电原理产生等离子体，利用放电原理产生等离子体时，技术人员一定要注意电量把控，把控好放电时间长短。
在选择放电时，一定要选取噪音较小的封闭性实验室。
用放电原理产生等离子体的这种方法，我们称之为热源等离子体。
热源等离子体拥有极高的粘黏性以及愈合性。
在现实中利用实验产生等离子体不只有放电这一种试验方式，技术人员也可以以燃烧的方式产生等离子体。
在利用燃烧产生等离子体时，技术人员应确保火焰的高温都集中在火焰的中心位置。
火和电都是我们日常生活中最为危险的东西，使用方式不对，就会受到很大的生命危险。
等离子处理废物技术在舰船上的应用和进展
等离子处理废物技术在舰船上的应用和进展等离子处理废物技术在舰船上的应用和进展随着舰船一直在大洋上漂泊，废物排放已经成为一个严重的问题。
大量垃圾、废水和污泥的产生被证明对海洋环境和海洋生态系统造成了严重的破坏。
因此，保护海洋环境变得异常重要。
等离子处理废物技术在舰船上的应用和进展得到了越来越广泛的认可。
本文将介绍等离子处理废物技术在舰船上的应用和进展。
等离子处理废物技术是一种比较新颖的技术，它可以将废弃物转变为有用的物质或无害的物质，这也使得该技术被广泛应用于各个领域。
在舰船上应用等离子处理废物技术，主要是使用等离子炬进行处理，产生高温等离子体，在处理的同时，因为高温等离子体的存在，可以使有机废物进行快速氧化分解，从而将废物转化为有用物质。
从目前来看，等离子处理废物技术在舰船上的主要应用包括以下几个方面：首先，等离子处理废物技术可以有效处理舰船上的有机废物，如厨余垃圾、油脂和废水等。
特别是在厨余垃圾和油脂处理方面，等离子处理技术可以将其转化为为生物饲料或工业原材料，从而实现废物资源化利用，减少船上的废弃物排放。
其次，等离子处理废物技术还可以处理舰船上的液体垃圾和固体垃圾。
对于舰船上产生的一些易挥发的有害废气可利用等离子处理技术进行处理，将其转化为无害物质并排放。
另外，在医疗废物处理、废油处理和废船拆解等方面，等离子处理技术也在舰船相关领域得到了广泛应用。
尽管等离子处理废物技术在舰船上的应用前景巨大，但其仍存在一些问题。
首先，等离子处理废物技术资金投入较高，需要更多的技术和人力。
其次，该技术处理废物需要能源支持，此项技术不适用于载油船等船只。
总之，等离子处理废物技术在舰船上的应用和进展非常好。
它已经成为减少舰船废物排放的有效途径。
在这一领域内，科学家们需加强研究，完善技术，使之成为船舶建造的一个必要环节。
关于等离子处理废物技术在舰船上的应用和进展，以下列出一些相关数据，并进行分析。
首先，根据国际航运组织（IMO）的数据显示，全球每年船舶产生的垃圾量超过800万吨，其中包括固体垃圾、液体垃圾、船载物质垃圾、污染物和危险品垃圾等。
211018611_等离子体技术处置危险废物的应用研究
第51卷第9期 辽 宁 化 工 Vol.51，No. 9 2023年3月 Liaoning Chemical Industry September，2022收稿日期： 2023-02-13等离子体技术处置危险废物的应用研究王天庆，崔静涛，韩微微（辽宁省石油化工规划设计院有限公司，辽宁 沈阳 110000）摘 要：介绍了等离子体技术处理危险废物的原理、特点和工艺路线，综合分析了国内已工业化示范应用的几种等离子体处理技术和案例，提出了等离子体技术处理危险废物在工艺可靠性、能耗、综合运行成本等方面改进和优化的建议。
关 键 词：等离子体；等离子体处理技术；危险废物；等离子体气化熔融中图分类号：TQ09 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）03-0430-031 等离子体技术简介等离子体是由等离子体矩（又称等离子体发生器），通过阴阳极之间的弧光放电，将工作气体（通常为空气、氮气、氩气、氢气等）电离，进而能产生定向“低温”（约2 000～20 000 K）。
通常阴阳极之间的弧光放电产生的弧柱较粗，不受约束，温度也较低（约5 000～6 000 K），实际应用中通过外界气流、发生器器壁、施加外磁场或水流压缩电弧，使弧柱变细，温度增高（约10 000 K）。
电弧等离子体矩工作原理如图1所示。
图1 电弧等离子体矩工作原理示意图等离子体矩产生的等离子体射流是由电子、离子和中性粒子组成的物质的第四态，具有高温和高能量密度、化学性质极其活泼等属性。
实际运行中，等离子体射流温度范围约在3 700～25 000 K （取决于工作气体种类和功率大小）。
这为废物热解、气化、玻璃化熔融提供了所需的能量。
2 等离子体处理废物的原理和特点2.1 等离子体高温分解特性由于等离子体具有高温、高能量属性，使其适合处理有关稳定性较高和危险性较大的危险废物。
温度越高越容易分解成小分子化合物，且C/H 越高；高温分解的许多物质的化学反应随温度降低而降低。
危废处置等离子熔融技术
危废处置等离子熔融技术
危险废物是指对人类健康和环境造成潜在危害的废弃物，它们需要得到安全有效的处理和处置。
等离子熔融技术是一种被广泛应用于危险废物处理的方法，它通过高温等离子体将废物转化成无害的物质。
以下是对这一技术的多角度全面解释：
1. 技术原理，等离子熔融技术利用高温等离子体对废物进行分解和转化。
在高温条件下，废物中的有机物质和无机物质被分解成基本元素和化合物，从而实现废物的无害化处理。
2. 环境效益，等离子熔融技术能够有效降解有机废物、重金属废物等，减少对环境的污染。
通过高温处理，废物中的有害物质得以分解，从而降低了对土壤和水源的污染风险。
3. 能源消耗，等离子熔融技术需要高温条件，因此在能源消耗方面存在一定的问题。
然而，一些先进的等离子熔融设备采用了能源回收和再利用技术，可以部分弥补能源消耗带来的负面影响。
4. 处置效率，相比传统的焚烧和填埋方式，等离子熔融技术在处理危险废物时具有更高的处置效率。
它能够将废物彻底分解转化
成无害物质，减少了废物的体积和对环境的潜在危害。
5. 应用范围，等离子熔融技术可以处理多种类型的危险废物，
包括有机废物、塑料废物、重金属废物等。
它在医疗废物处理、化
工废物处理、固体废物处理等领域都有广泛的应用。
总的来说，等离子熔融技术作为一种先进的危险废物处理技术，具有较高的环境效益和处理效率。
然而，其高能耗和设备投资成本
也需要在实际应用中进行综合考量，以便更好地平衡环境、经济和
社会效益。
浅论高温等离子炬在危废处理领域的产业化应用
·111浅论高温等离子炬在危废处理领域的产业化应用文_耿荐 南京创能电力科技开发有限公司摘要：本文结合高温等离子炬自身的特点，初步探讨了其在危险废弃物处理领域的产业化应用。
只有技术装备与行业的有机结合、科学发展，才能使得高温等离子炬在危废处理领域产业化应用得以健康发展。
关键词：等离子体；危险废弃物；使用寿命；阴极；产业化；应用On the industrial application of high temperature plasma torch in the field ofhazardous waste treatmentG eng Jian[ Abstract ] Based on the characteristics of high temperature plasma torch, this paper preliminarily discusses its industrial application in the field of hazardous waste treatment. Only the organic combination and scientific development of technical equipment and industry can make the industrial application of high temperature plasma torch in the field of hazardous waste treatment healthy and prosperous.[ Key words ] Plasma, Hazardous waste, Service life, Cathode, Industrialization, Application 高温等离子炬在本文中定义为以金属为电极产生等离子体的装备。
- 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)。
热等离子体技术处理危险废物研究进展遇鑫遥施加标孟月东(中国科学院等离子体物理研究所,安徽合肥230031)摘要应用热等离子体处理危险废物是一种创新性技术.与传统焚烧炉相比,真正做到无害化,减量化和资源化的目的.着重介绍应用热等离子体处理危险废物的原理及优点,等离子体废物处理系统以及国外应用这种技术处理危险废物的研究现状,以引起人们对这种新技术的认识和重视.关键词危险废物热等离子体等离子体气化/玻璃化过程等离子体废物处理Research progress of hazardous waste treatment using thermal plasma technology Yu Xinyao,Shi Jiabiao,Meng Yuedong.(Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences,Hefei Anhui 230031)AbstractHazardous waste treatment using thermal plasma was a creative technology which achieves the aim of detoxification, reduction, and reuse of waste indeed compared with traditional incinerator. The theory and advantages of hazardous waste treatment using thermal plasma, the thermal plasma waste treatment system and the present studies of abroad were mainly introduced hoping that people could have a good knowledge of this new technology and pay attention to this new technology.Keywords: hazardous waste; thermal plasma; plasma gasification/vitrification process; plasma waste treatment system随着我国经济高速发展,产生了大量危险废物,包括医疗废物,化学毒品等,这些危险废物对于环境和经济的可持续发展造成了严重的危害.应用等离子体技术来处理危险废物是一种全新的方法.由气体电离产生的等离子体在等离子体发生器中温度可达5 000 ℃.电能通过等离子体转化为热能.选择不同类型的工作气体可使等离子体系统工作在氧化,还原或者惰性的环境下.不同的工作环境具有不同的功能,如氧化性环境通常用来破除有机危险废物;还原性环境通常被用来提取金属,固化含有毒重金属的废物如飞灰等[1].目前发展较成熟的国家包括美国,加拿大,法国,英国,瑞士,日本以及以色列等.其中,美国的Retech公司,IET公司,西屋环境公司(Westinghouse Environmental Service),PEAT公司,Startech公司,法国的航太公司(Aerospatial Espace & Defence),英国的Tetronics公司以及以色列EER公司的等离子体处理技术皆已达到商业化运转阶段.其他一些国家还处于一些基础的可行性证明的实验阶段,如希腊正在研究用电弧等离子体处理废物[2,3];台湾在这方面做了大量的工作,虽然处于研究阶段,但取得了不小的成果[4-7];韩国也正在研究用电弧处理放射性废物[8]和液体有毒废物PCB[9];俄罗斯和瑞典等国家也进行了相关的研究并取得了一定的成果[10].1 热等离子体技术介绍热等离子体技术已从20世纪60年代主要用于空间相关的研究转向材料处理,如今热等离子体已经广泛用于材料加工领域,如等离子切割和喷涂.近年来,应用热等离子体处理危险废物成为研究的热点.大多数等离子体废物处理系统采用等离子体炬来产生等离子体能量.另一种设计是利用直流(DC)电弧等离子体.另外,还有研究用射频等离子体[11]和微波等离子体[12]处理危险废物的,本文不做介绍.1.1 电弧等离子体主要特征气压下的电弧是处于局域热力学平衡(LTE)的热等离子体.处于局域热平衡的电弧等离子体中的电子,离子和其它中性基团具有接近的温度.电弧的能量密度以及电子的密度分别在107～109 J/m3和1022～1025 m-3.由于具有高的能量密度和电子密度使得电弧放电可以在相对低的电场(通常500～5 000 V/m)下达到107～109 A/m2的高电流密度.电弧的温度可以达到5 000～50 000 K.1.2 等离子体炬技术人们已研制开发了各种各样的等离子体炬.图1画出了两种典型的等离子体炬构型[13],左侧是使用金属作为电极的,右侧的是采用无电极的射频等离子体.其中有电极的等离子体炬主要有两种,一种工作在转移弧,一种工作在非转移弧.其区别在于是否将所要加工的工件作为一个电极,若将加工工件作为一个电极则是工作在转移弧,否则是工作在非转移弧.图1 主要的等离子体炬构型2 应用热等离子体处理危险废物的原理及其优点2.1 原理热等离子体放电产生的电弧具有极高的温度,其产生辐射热,对流传热以及电子引起的传热等.能够用它来熔融危险废物形成无害化产物.主要形成物为简单的气体分子(主要为CO,H2),玻璃体以及熔融的金属单质.在等离子体反应腔中,处于上部的是气体,中部的是熔融玻璃体,下部是金属单质.形成气体分子是等离子体气化的过程,形成玻璃体的过程是等离子体玻璃化的过程.废物经过等离子体化学反应完成转化的时间在0.01～0.50 s.这个反应时间依赖于所处理的废物种类以及温度[12].2.1.1 等离子体化学反应过程能量的传递能量的传递大致如下:(1) 电子在电场的加速作用下成为高能电子.(2) 高能电子与分子(或原子)碰撞,形成受激原子,受激基团,游离基团等活性基团.(3) 活性基团与分子(或原子)碰撞生成新的物质并放出一定的热量.(4) 活性基团与活性基团碰撞生成新的物质并放出一定的热量.(5) 高能电子被卤素和氧气等电子亲和力特强的物质所俘获,成为负离子.这类负离子具有较好的化学活性,在等离子体化学反应中起到重要的作用.2.1.2 等离子体气化几乎人们所知的所有有机物和许多无机物在热等离子体的高温环境下都会发生氧化或者还原反应分解为原子和最简单的分子.这些原子和分子在温度较低的部位又会重新合成形成热力学稳定的2～3个原子的化合物(氧化物,氢化物,卤族化合物等).这些化合物的形成依赖于所处理的废物的成分以及形成等离子体的气体,另外,这些有机物形成的气体可以用来做化工原材料或者转化成一种混合气作为燃料.最重要的是其中的有毒有机物尤其是二恶英和呋喃都被彻底的分解为了无毒的小分子物质[14,15].图2以二恶英为例说明了等离子体气化的原理.图2 二恶英的等离子体气化示意图2.1.3 等离子体玻璃化玻璃化将废物与玻璃等物质混合在热等离子体的高温作用下熔融形成一种稳定的玻璃态物质,原废物中的有害金属则包封在玻璃体中,即可达到稳定化,减量化及资源化目的.玻璃化最初是用来处理放射性废物,在这个过程中高放射性废物的液体和泥浆与玻璃颗粒进行混合并加热到非常高的温度来产生熔融玻璃态混合物,当混合物冷却时它就会变为一种坚硬且稳定的玻璃体,这种玻璃体将放射性元素包封在内部,并阻止其迁移到水和大气中.一般其反应机制是利用SiO2网络结构形成难溶物质,见图3.一般可从玻璃体的特性探讨其处理效果,其特性项目包括灼烧减量,强度,空隙率,浸取毒性等.得到的玻璃体经过一定的或者不经过加工可以用来作为建筑材料或者陶瓷材料,这依赖于所处理的废物的化学成分.图4为美国IET公司经过PEM技术处理得到的玻璃体和用玻璃体加工的建筑材料.图3 网络结构二维示意图例图4 IET公司PEM技术玻璃体及加工的建筑材料2.2 优点2.2.1 与传统的焚烧炉相比的优点(1) 热等离子体具有较高的温度和能量密度.一个氧气-燃料火焰的最大热量通量大约为0.3 kW/cm2,而一个直流转移弧的热量通量可以达到大约16.0 kW/cm2.具有如此高的热量通量是因为其有较高的温度,较高的气体流动速度以及较高热导率的等离子气体.尤其是对于转移弧来说,有一部分额外的热量通量,即从电子转移到所处理的作为阳极的物质.(2) 维持等离子体弧所需要的气体体积比靠燃料燃烧的焚烧炉要少很多.据估计,对于给定数量的处理物质,等离子体系统所需的气体体积仅为燃料焚烧炉所需气体的10%左右.这也意味着对于等离子体系统的尾气处理系统能极大的简化.(3) 等离子系统的能量供给与系统中氧气的浓度是能够独立控制的,即氧化性,还原性以及惰性气体环境是独立于反应器的温度的.而对于传统的焚烧炉能量通量与氧气的浓度不能独立于反应器的温度.这使得在极高的还原性或者惰性气体环境下具有极高的能量通量成为可能.(4) 与传统焚烧技术相比,等离子体技术能够完全的破除有毒有害废物,装置的体积和尺寸要小的多.可以对反应过程的完全自动化的控制.高温等离子体源的维修费用和时间相对较少.(5) 最为重要的是,传统的焚烧技术会产生二次污染,如形成包含有毒重金属的飞灰,氢氧化物,硫化物,氮的氧化物,含氯化合物如二恶英和呋喃.传统的焚烧技术要达到各个国家有关环境标准就要花费大量的钱在二次污染物的去毒化上面.3 等离子体废物处理系统介绍3.1 系统的主要构成等离子体废物处理系统主要由进料系统,等离子体主反应腔,金属/玻璃体收集系统,热能回收利用系统,尾气净化处理系统,二次燃烧室,自动控制系统等构成.3.2 系统的工作流程一般而言,其工作流程如下:首先是进料系统将废物输进等离子体主反应腔,然后在主反应腔中经历等离子体气化/玻璃化过程,其中金属和玻璃体经金属玻璃体收集系统得到收集,如果存在二次燃烧室气体进入二次燃烧室,然后气体进入尾气处理系统,最后排放的气体达到标准.如果有能量回收利用系统,气体还要通过能量回收利用.图5为系统工作流程图.图5 系统工作流程图3.3 系统所能处理的废物种类(1)有机溶剂废弃物(2)废矿物油(3)含多氯联苯废弃物(4)医院废弃物,废药物,药品(5)农药废弃物(6)有机树脂类废弃物(7)含金属羰基化合物废弃物(8)含有色金属,重金属的废弃物(9)石棉废弃物(10)放射性废弃物(11)从理论上讲,所有能用传统的焚烧炉处理的都可以用等离子体系统来处理.但是,实际中的等离子体系统都是针对某一种或者某一类物质而专门设计的,还没有能够处理所有种类的炉子问世.4 国内外的研究现状介绍国外在用热等离子体处理危险废物方面已取得相当大成就,有的已经产业化,有的正从研究走向产业化阶段.美国早于1986年即用热等离子技术模拟处理放射性废弃物,至今已有多家处理厂处于商业运转阶段,处理废弃物种类甚广,包括放射性废物,焚化炉灰渣,重金属污泥及土壤以及有毒废液等危险废物.目前技术成熟且成功商业运转的公司主要有Westinghouse Electric公司,Retech公司,IET公司,Startech 公司,EPI公司等.日本近来为解决垃圾焚化灰渣的问题,积极着手开发热等离子体熔融技术,并已获得相当的成果.由日本KHI,KSC及东京电力共同开发的灰渣等离子体熔融炉已经在其千叶市设置一日处理量为24 t的废物处理中心.TAKUMA公司自1992年着手于底灰和飞灰的混合灰渣为对象,开发石墨电极等离子体熔融炉以来,经过多次实验于1998年达到每天处理25t焚化灰的规模.Mitsubishi公司也在用等离子体技术处理飞灰方面取得了很大的成就[16].除了美国和日本之外,法国,加拿大,澳大利亚,瑞典,英国,以色列等发达国家也开发了热等离子体技术.法国的Europlasma公司开发的等离子炬技术除发展欧洲市场外,同时将技术转移到日本.加拿大Resorption公司设计了一日处理量为24 t的等离子体熔炉,用以处理生物/感染性医疗废物.瑞典的Scan Dust公司与B.U.S(Berzelius Umwelt-Service AG)共同开发设置了一年处理量为55 t的等离子体熔融炉,主要是处理金属冶炼尘灰,并回收有价金属.英国的Tetronics公司于1990年便成功开发直流电极等离子体熔融技术,并在最近几年内协助日本各大厂商(如EBARA,KOBE,MHI等)设置等离子体熔融炉,以解决日本境内日益严重的焚化灰渣处理问题.澳大利亚的SRL公司开发的PLASCON等离子体技术能有效处理化学农药及PCB等有毒废物[17].以色列EER公司运用其开发的PGM(Plasma Gasification Melting)技术,于俄罗斯莫斯科附近设置一日处理量2 t的等离子体熔融炉,主要用于处理低放射性废物,并已运转近10年.我国在用热等离子体技术处理危险废物方面起步比较晚,尚属于研究阶段,国内所应用的技术大多是从国外进口的.5 展望等离子体处置危险废物技术是环境界公认的无害化处置最先进技术,在发达国家已进入应用阶段.热等离子体处理危险废物具有很多优点,在发达国家已经成为危险废物处理研究领域的一个热点,甚至成为一些危险废物处理如垃圾焚烧飞灰的最有效的处理方法.随着,环境问题越来越严重,热等离子体技术必将会在危险废物处理方面发挥巨大的作用.我国应该加大投资和人员力度研究用热等离子体处理危险废物的机理以支持自主知识产权的等离子体废物处理炉的开发和应用转化以解决越来越严峻的危险废物处理处置问题.参考文献[1] HERLIRZ H G. Plasma technology[J]. Environ. Sci. Technol.,1986,20(11):1102-1103.[2] MOUSTAKAS K,FATTA D,MALAMIS S K,et al. Demonstration plasma gasification/vitrification system for effective hazardous waste treatment[J]. J. Hazard. Mater.,2005,123(1/3):120-126.[3] MOUNTOURIS A,VOUTSAS E,TASSIOS D. Solid waste plasma gasification: equilibrium model development and energy analysis[J]. Energ. Convers. Manage.,2006,47(13/14):1723-1737.[4] TZENG C C,KUO Y Y,HUANG T F,et al. Treatment of radioactive wastes by plasma incineration and vitrification for final disposal[J]. J. Hazard. Mater.,1998,58(1/3):207-220.[5] HUANG Y C,W ANG H PAUL,HUANG H L,et al. Speciation of copper in plasma-melted slag[J]. J. Electron. Spectrosc.,2007,156/158:214-216.[6] CHU J P,CHEN Y T,MAHALINGAM T,et al. Plasma vitrification and re-use of non-combustible fiber reinforced plastic, gillnet and waste glass[J]. J.Hazard.Mater.,2006,138(3):628-632.[7] Cheng T W,Huang M Z,Tzeng C C. Production of colored glass–ceramics from incineratorash using thermal plasma technology[J]. Chemosphere,2007,46(1):1-9.[8] MIN B Y,KANG Y,SONG P S,et al. Study on the vitrification of mixed radioactive waste by plasma arc melting[J]. J. Ind. Eng. Chem.,2007,13(1):57-64.[9] Kim S W,Park H S,Kim H J. 100 kW steam plasma process for treatment of PCBs(polychlorinated biphenyls) waste[J]. Vacuum.,2003,70(1):59-66.[10] RUTBERG P G,BRA TSEV A N,SAFRONOV A A,et al. The technology and execution of plasma chemical disinfection of hazardous medical waste[J]. IEEE. T. Plasma. Sci.,2002,30(4):1445-1448.[11] MINA S,MOTOFUMI T,TAKAYUKI W. Application of radio-frequency thermal plasmas to treatment of fly ash[J]. Thin. Solid. Films,2001,386(2):189-194.[12] BAILIN L J,HERTZLER B L,DONALD A. Oberacker development of microwave plasma detoxification process for hazardous wastes[J]. Environ. Sci. Technol.,1978,12(6):673-679. [13] KOGELSCHATZ U. Atmospheric-pressure plasma technology[J]. Plasma. Phys. Control. Fusion.,2004,46(12B):63-75.[14] RUTBERG P G. Plasma pyrolysis of toxic waste[J] Plasma. Phys. Control. Fusion.,2003,45(6):957-969.[15] MICHAEL T,PHILIP R,GUIDO O. Plasma based waste treatment and energy production[J]. Plasma. Phys. Control. Fusion.,2005,47(5A):219-230.[16] MASAO Y A. Contribution of waste to energy technology to global warming[J]. Mitsubishi Heavy Industiries Technical Review,2004,41(4):1-5.[17] MURPHY A B,MCALLISTER T. Modeling of the physics and chemistry of thermal plasma waste destruction[J]. Physics of Plasma.,2001,8(5):2565-2571.。