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等离子危废处置技术介绍

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-06-15  来源:危废鉴定利用  浏览次数:478
核心提示:我国危险废弃物处理现状一、危险废弃物处理现状目前,由于我国对危险废弃物的处置缺乏安全、有效的处置手段,各地无奈只好消极封
我国危险废弃物处理现状

一、危险废弃物处理现状

目前,由于我国对危险废弃物的处置缺乏安全、有效的处置手段,各地无奈只好消极封存,至使工业危險废弃物污染引发的亊故,已成为环境污染亊故的突出问题。一系列工业危废污染亊件,直接危害着人民身体健康和生存环境。危险废弃物的安全、高效处置,随着国内外对环保的高度重视,也愈加成为我国迫切须解决的重大课题,同时也成为全球环保领域的一大难题。危险废弃物在我国大量积压的主要原因是缺乏安全有效的处理处置手段。目前,处理危险废弃物最普遍的方法是采用燃油焚烧技术,所釆用的回转炉或热解炉型,总体技术水低,管理运行成本高,后续焚烧尾气(可大量产生高致癌物—-二噁英)处理系统可靠性缺乏保障。

这种处理方法的弊端是:
① 普通茗彩时时彩登入的温度最高在 800℃左右,危险废弃物在炉内不能充分燃烧分解,尾气排放往往达不到国家标准,造成恶臭、烟尘、二噁英等有毒有害物质大量生成,给周边环境带来严重的二次污染;联合国世卫组织(WHO)的调查报告指出,垃圾焚烧是产生二噁英等极为有害物质的重要来源,到目前为止尚未找到解决二噁英的有效办法。
② 采用普通焚烧技术,投入费用极其昂贵,管理运行成本高;
③ 传统燃油炉不能很有效的处置高危工业废弃物,油气能源消耗很大,不符合国家长远的能源战略政策。
二、运用等离子体技术处置危险废弃物是最优选择
“等离子热解、裂解高危废弃物处理装置” ,运用了现代科学的相关高新技术——电弧等离子体技术——处置危险废弃物。我们科研团队早在 2002 年 5 月就巳硏制出的第一代产品——“等离子医疗危废处理装置” 並推向市场,获得市场良好反响。
中科院基础局于 2004 年11月29日主持召开的创新方向项目“等离子体热解、裂觧危险废弃物研究” 可行性论证会上,来自清华大学、中科院生态环境中心、国家环保产业协会、核二院等国内相关领域的专家小组,一致认为,采用等离子技术处理高危废物,具有无害化彻底、减容量大、二次污染小的特点,采用还原∕无氧等离子体子热解、裂解方案,可以避免氧化法的一些缺点,其学术理论先进,具有新颖的创新性,创新目标符合国家环保和可持续性发展战略,具有极佳的环保效益和经济、社会效益。主要技术指标先进,预期成果不仅有科技理论创新性,而且具有巨大的产业化前景,有望产生我国自主知识产权的高危废物处理系统,在国际髙科技环保项目中,将取得明显竞争优势。这一装置可使危险废弃物在高温下,有害物质的分子、原子结构发生变化,並迅速热解、裂解,断绝二噁英产生的机会,迅速使其減容並并无害化,彻底解决了处理危险废弃物可能造成二次污染的问题。专家认为,通过本项目的实施,形成可产业化应用的危废处理技术,为我国环保产业做出实际贡献,寄予厚望。
经过近年来我们科研团队的进一步深化、优化硏究,使这一装置更先进、更实用、更完善、更具有市场竞争力。这项技术产品具有快速、高效、安全、洁净、余热再利用和节约资源的特征,保证了危险废弃物最大限度的资源化、减量化和无害化。
三、电弧等离子体在环保领域具有十分广泛的可应用范围:
① 核电、核军工领域的放射性废料的安全处置;
② 工业高危废弃物、医疗垃圾、电子垃圾、生活垃圾的处置;
③ 高熔点材料,如各种矿石冶炼、耐火保温材料熔制、废旧金属回收;
④ 纳米材料制造;
⑤ 殡葬业;
⑥ 热电厂等工业炉无油点火技术;
四、 “ 电弧等离子体工业高危废弃物处理装置 ” 有以下特征:
① 启动快,升温迅速,温度高,分解速度快。装置启动 0.5 秒内炉膛焰芯温度可达 2-3万摄氏度,焰周温度可达 3000 摄氏度。在高温下危险废物被高效热解、裂解,所有的传染病毒及其他有害有毒物质将全部分解,达到彻底无毒无害化。
② 占地面积小,结构可小型化,以等离子体处置为主的尾气处置可以大大简化。例:一个日处理 5~6 吨的中型等离子体处理装置,占地面积仅 100 多㎡。
③ 电热转换效率高 90%。
④ 洁净、安全、无污染。等离子处理系统不用煤、油燃气只用电、水和空气。
⑤ 简化后的尾气装置排出的烟气,完全符合国家标准,并且可以做到无黑烟排放。
⑥ 对二噁英控制方面有非常明显的优越性,烟气、二噁英排放完全符合国家标准。
⑦ 操作简单,启动、停机快,可全自动控制。特别适合高危废弃物处置所要求的快速启动、频繁启动的控制与操作。
⑧ 采用等离子体方式进行多种类型危险废物处置,效率高。
⑨ 适用范围广,可以处置多种类型的危险废弃物。
运用等离子体处置废弃物,将会取得很好的社会效益和经济效益。
装置的技术原理
一、等离子体的基本原理:

我们知道,随着温度上升物质的存在状态一般会呈现出固态、液态、气态三种物态的转化过程,我们把这三种基本形态称为物质的三态,对于气态物质、温度升至几千度时,由于物质分子热运动加剧、相互间的碰撞就会使气体分子产生电离,这样物质就变成自由运动并相互作用的正离子和电子组成混合物, 我们把这样存在的状态称为物质的第四态即等离子体。 

其温度分布从 100K 的低温等离子体到超高温核骤变等离子体的 108 ~10 9 K (1~10 亿℃)。而我们所使用的等离子体为电弧放电也即热等离子体,在实际的热等离子体发生装置中,阴极和阳极间的电弧放电作用使得流入工作气体发生电离,输出的等离子体呈喷射状,用作等离子体射流或等离子体喷焰等,具体来说,我们采用的是直流放电法,在电极上所加电压的极性在时间上是恒定的。正电位一侧为阳极、负电位一侧称为阴极,当电极所加电压达到一定值后,电极间的工作气体被电离形成正离子和电子混和物,高速喷射出发生器口,形成等离子体喷焰,此时,喷焰具有很高的热焓,其焰芯温度可达 8000℃~12000℃,外焰部份也可达到 2000℃。正是电弧放电等离子体的高温高热焓等特性已被国外先进国家首选为无害化处理各种工业有毒有害废弃物的技术之一,并已逐步应用。

功率从 25 kW 到 500 kW 不等,当使用空气作为工作气体时连续工作时间可达 30 小时,当使用氮气作为工作气体时连续工作时间可达 300 小时以上,并且稳定可靠,为电弧等离子体发生器工业化应用铺平了道路。需要特别指出的是非转移弧等离子体发生器,适用于任何形式的工业废弃物,不管被处理物是固态、液态、气态及是否属于导电性质的都能处理近年来,电弧等离子技术在现代工业中得到广泛应用,尤其在工业、医疗、化工、核工业等危险废物处罝上日益显现威力,为环境保护发挥着越来越重要的作用。我们曾运用这一技术,成功研制出电弧等离子体医疗危废处理装置。目前,正在制造工业固废、工业液(汽)危废物处理装置,已着手研究电弧等离子体核危废处理装置以及在殡葬业、晶体工业高炉无油点火等不同领域的应用。

环保领域:高危工业废弃物的无毒外化处理处理基本原理:
为便于介绍我们把固体废弃物分成两大类型,一类为有机型危险废弃物,另一类为无机型危险废弃物,当然还有放射性废弃物,另外还有液体型或半流动型危险废弃物;
有机型危险废弃物在等离子体中的基本处理原理:
(如:医疗垃圾等)普通焚烧炉的温度最高在 800℃~1100℃之间,危险废弃物在炉内不能充分燃烧分解,而燃烧后残余灰烬中排出的灰尘,均含有重金属类物质或二恶英(dioxin)类有害物质,极大的加重了系统的尾气处理工作量。而在等离子体炉中,投放到炉内也即一燃室等离子体中的有机废弃物被高温高密度的等离子体分解,高熔点的金属氧化物经还原反应作为金属而被熔化,低沸点的物质被气化、裂解,有机废物运行在不低于 1200℃~1400℃的高温中,分子键在强大的冲击下,分解成基本原子结构,此过程是非燃烧过程,99.9%的二噁英类的物质能被完全分解,在此高温中病源微生物被彻底消灭,被气化及分解出来的气体进入第二燃烧室进行再次燃烧,能更加彻底的消除气体中夹带的飞灰,再通过第三降温室进行骤然降温,低于400℃, 扼制二恶英的再次合成,处理烟气排出后采用急冷技术使烟气在 0.2 秒内急速冷却到100℃以下,从而跃过二噁英易生成的温度区,最后进入尾气处理系统。
一般废物的燃烧过程可以分为几个阶段,加热阶段、发射阶段和挥发物的燃烧、热解、裂解阶段以及残留束缚碳、焦灰的后燃烧阶段,每个阶段均以他自己的时间常数为特征,由于等离子体反应室内点燃温度足够大于1200℃可以忽略加热阶段,废物中的有机物质的分解,挥发物的发射和燃烧、热解、裂解均在瞬间完成,所以处理速度极快。
在等离子体处置炉中,投放到炉内第一燃室中的有机废弃物被高温高密度的等离子体分解,高熔点的金属氧化物经还原反应作为金属而被熔化,低沸点的物质被气化、裂解,有机废物运行在不低于 1200℃~1400℃的高温中,分子键在强大的冲击下,分解成基本原子结构,此过程是非燃烧过程,99.9%的二噁英类的物质能被完全分解,在此高温中病源微生物被彻底消灭。被气化及分解出来的气体形成烟气进入第二燃烧室进行充分燃烧,更加彻底消除气体夹带飞灰现象。通过热交换器使烟气温度降至低于 400℃,然后采用极冷技术使烟气在 0.2秒内急速冷却到 100℃以下,从而越过二噁英易生成的温度区,扼制二噁英的合成,最后进入尾气处理系统。一般废物的燃烧过程可以分成几个阶段,加热阶段、发射阶段、核挥发物的燃烧、热解、裂解阶段以及残留束缚碳、焦灰的后燃烧阶段,每个阶段均以他自己的时间常数为特征。由于等离子体反应室内点燃温度足够大,可以忽略加热阶段,废物中的有机物质的分解,挥发物的发射和燃烧、热解、裂解均在瞬间完成,所以处置速度极快。无机物有害成分被玻璃体隔离处理成为无害无毒、无放射的新物体,有效地起到了防止污染的作用。
“电弧等离子体工业高危废弃物处理装置”是一个适合规模化的安全、有效处理危险废弃物的方法,我们运用了现代科学中的相关高新技术,潜心研究数年,终于研究出了运用等离子体技术处置危险废弃物的技术装置。这一装置可使危险废物在高温下迅速热解、裂解并无害化,彻底解决了处理危险废弃物可能造成二次污染的问题。正是电弧放电等离子体的高温高热焓等特性已被国外发达国家着手研究,开始应用在环保领域、冶金领域、核电领域(处置放射性废料)等,并已逐步推广应用。

二、本装置处理系统
工艺系统组成
供电系统220V-380V、等离子体弧电源200KW/H供气供电系统、等离子电弧发生器投料、排灰、送气、尾气处理、中央自动控制系统 。

工艺流程(不同的物料情况工艺流程有所不同)

三、 “装置”在技术上的成熟性
① 本技术发明人在二零零二年五月就已研制生产出了 2 吨等离子体特种垃圾焚烧炉,并在山东、天津、深圳等省市投入使用了多年,用户反映良好。
② 日处置量为 5~10 吨的该产品装置是针对国家环保总局关于工业、医疗危废必须建成以市为基础的危废集中处置设施与体系。中心城镇规模化集中处置的市场需求而设计的,在处置量偏小的 2 吨等“离子体特种垃圾焚烧炉”的成熟技术基础上,进一步创新而得到的新成果,其技术基础成熟稳固。
③“电弧等离子体 热解、裂解高危废弃物处理装置”理论基础稳固,技术基础成熟,技术队伍经验丰富。

三、现行的传统处理处置技术比较

① 传统处理技术及其缺陷目前处置危险废物最普遍的方法是燃油焚烧技术。
有燃油热解炉、回转炉、炉排炉等,其目的是尽可能焚烧废物,使被焚烧的物质变为无害和最大限度的减容,并尽量减少新的污染物质产生,避免造成二次污染。优点是减量效果好(焚烧后的残渣体积减少 90%以上,重量减少 80%以上),处置相对彻底;缺点是:普通焚烧炉的温度最高在 800℃~1100℃之间,危险废弃物在炉内不能充分燃烧分解,而燃烧后残余灰烬中排出的灰尘,均含有重金属类物质或二噁英类有害物质,极大的加重了系统的尾气处置工作量。所以传统的燃油焚烧技术产生的尾气排放往往达不到国家标准,造成恶臭、烟尘、二噁英等有毒有害物质,给周边环境带来严重的二次污染,也造成空气质量的不断恶化,再加上采用传统技术的前期投入费用也极为昂贵。而最关键是传统燃油炉不能处置高危工业废弃物,处置普通废弃物时能源消耗也很大,不符合国家长远的能源战略政策,因此国家已明令禁止炉排炉之类的炉型生产与销售。
目前普遍采用的传统技术,由于温度及技术的局限无法处置工业高危废物和极具污染的医疗垃圾,因此危险废物处置技术面临现实的挑战,采用传统焚烧技术所造成的二次污染已成为环境保护、污染治理的一大重点、难点。从十九世纪下半叶开始,西方国家已经着手设计和开发垃圾焚烧设备,第一台垃圾焚烧炉是为了解决生活垃圾而设计生产的,但它只是将一种污染形式(固态)转化成了另一种污染方式(大气污染)而未从根本上解决问题。从最初纯粹的垃圾减量化到后来的余热利用(发电等)、二次污染未获有效的控制,人们已经逐步认识到垃圾处置三原则——资源化、减量化、无害化的重要性。西方发达国家投入大量的人力和物力致力于开发优良的处置技术,提高排放标准,逐步完善环保监督管理体系。
而我国前几年在这一领域的研究与应用还处于相对落后阶段,环保治理起步也较晚,处置技术、处置设备相对发达国家存在较大的差距,因此处置危险废物的状况不尽人意。
② 先进的核心处置技术——电弧等离子体技术
电弧等离子体处置技术利用等离子体射流热解和裂解高危废物,等离子体射流温度可达3000℃~20000℃。由于等离子体高温、能量集中、无二次污染等技术优势,目前已被美国、俄罗斯、日本、德国、加拿大等发达国家积极应用于处置各种危险废物,并投入了大量的人力和物力致力于该技术的开发与应用,时至二十世纪九十年代,世界已有相关研究成果投入商业化应用。在国外,日处置能力为两吨的等离子体高危废物处置装置的售价为 80~130 万美元。
电弧等离子体技术处置危险废物,能较彻底地解决传统焚烧技术带来的二次环境污染问题,此技术安全、洁净、节能,保证了危险废物处置的资源化、减量化和无害化。在提高尾气排放标准的同时,也逐步满足了国家环保监督管理体系的各项要求。此外,该技术不仅能处置医疗垃圾、生活垃圾,还能有效地处置工业高危废弃物。
③等离子体处置装置和普通燃油型焚烧炉的对比 :

总结

电弧等离子体处置系统无论是在技术上、处置成本上、操作的易用性上都具有明显的优势,因此国家环保局在下令禁止生产燃油型炉排炉的同时推荐了最新的等离子体处置炉,从长远看等离子体处置技术必将在环保领域占据重要的地位,而且是占据了高危废弃物处置这一效益最大的部分。
 
 
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