1、危險(xiǎn)廢物等離子體/焚燒處理技術(shù),力學(xué)所工程科學(xué)研究部,內(nèi)容,引言 力學(xué)所的危廢工作基礎(chǔ) 危廢處理實(shí)例化武 下一步工作計(jì)劃 科學(xué)與工程問題研究 處理三類廢物的兩種爐型（三種工藝流程） 結(jié)束語,危險(xiǎn)廢物(Hazardous Waste),國家危險(xiǎn)廢物名錄（巴塞爾公約） HW01 HW47，多數(shù)有機(jī)化合物 醫(yī)療/醫(yī)藥廢物等 化學(xué)品與化工廢料 PCBs、PCDD/Fs、氰化物 含有毒重金屬廢物 焚燒處置殘?jiān)?廢礦物油、油漆、染料、涂料廢物 爆炸性廢物 其他 危險(xiǎn)廢物焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn) GB18484-2001,國內(nèi)外危廢處理現(xiàn)狀,高溫?zé)崽幚砑夹g(shù) 焚燒/熱解/等離子體/熔融/微波/紅外 化學(xué)方法 Find

2、on, SCWO, 電化學(xué)氧化等 國際： 焚燒 等離子體熱解/玻璃化（PP/V） 化武、低放、焚燒爐飛灰等 國內(nèi)： 僅部分得到處理（焚燒/水泥窯） 電子廢物氰化物黃金 等離子體熱解，環(huán)保效果好，國家環(huán)保局引進(jìn)示范工程發(fā)展方向,美國星科,熱處理技術(shù),等離子體/焚燒： 高溫使化學(xué)鍵斷裂無機(jī)化 前/后處理原理相同 氧化氣氛：放熱 徹底氧化 尾氣量大空氣中氮78%，輔助燃料燃燒 還原氣氛：吸熱 有機(jī)物裂解，無機(jī)物還原 熱源：傳熱，等離子體加熱 尾氣量小：裂解氣（氧化法的 5-10%）,危廢相關(guān)基礎(chǔ)等離子體研究,學(xué)科帶頭人吳承康院士,錢學(xué)森同志1956年建立中科院力學(xué)所后，為了航天器再入大氣，安排由吳承

3、康院士領(lǐng)導(dǎo)研究導(dǎo)彈防熱燒蝕和通訊中斷問題。吳承康院士采用電弧風(fēng)洞作為研究手段，開創(chuàng)了我國等離子體技術(shù)的事業(yè)。,中國力學(xué)學(xué)會(huì)等離子體專業(yè)委員會(huì) 主任委員 國際等離子體化學(xué)委員會(huì)委員（1987-1995年） 13屆國際等離子體化學(xué)會(huì)議 大會(huì)主席（1997年）,危廢相關(guān)工作基礎(chǔ),燃燒研究為基礎(chǔ)，1991，所長基金啟動(dòng)焚燒 廢物焚燒 基礎(chǔ)研究 小型醫(yī)療廢物爐、流化床焚燒爐 等離子體熱解實(shí)驗(yàn) 化學(xué)武器銷毀、電子廢物、醫(yī)療廢物 工程可研 + 工程設(shè)計(jì)（工藝設(shè)計(jì)） 嘉興垃圾焚燒國家經(jīng)貿(mào)委示范工程 前、后處理/發(fā)電系統(tǒng),焚燒技術(shù)基礎(chǔ)研究,非均勻布風(fēng)內(nèi)旋流流化床（院八五重點(diǎn)，50kg/h，煤, MSW, 醫(yī)療,

4、 RDF） 燃燒特性 流動(dòng)特性 傳熱特性 建立設(shè)計(jì)計(jì)算方法 協(xié)助引進(jìn)三井技術(shù) 小型醫(yī)療垃圾焚燒爐 所長基金，1995，50kg/h 80，120kg/h 立式系列 100-500kg/h 臥式系列,CFB固廢焚燒技術(shù),院“九五”重大項(xiàng)目 預(yù)處理系統(tǒng)、燃燒特性、傳熱特性 上莊示范基地（100t/d 生活垃圾） 非典垃圾焚燒 嘉興-國家經(jīng)貿(mào)委示范工程 工藝設(shè)計(jì)總負(fù)責(zé)人，盛宏至 成功并網(wǎng)發(fā)電，12MW，300t/d X 2 投資=進(jìn)口技術(shù) 1/4,采用“外置過熱器”,HCl 高溫腐蝕問題垃圾焚燒的世界性難題 國際： 蒸汽溫度限制320C，發(fā)電效率14% 高鎳鉻合金材料制造過熱器 國際首創(chuàng)，引入工程實(shí)

5、際 450C/3.82MPa，發(fā)電效率21%,HCl=500 ppm,HCl=12 ppm,固廢處理相關(guān)工作,環(huán)保產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)顧問 執(zhí)筆起草環(huán)保產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，國外標(biāo)準(zhǔn)/國內(nèi)現(xiàn)狀 小型焚燒爐 HJ/T-18-1996 國內(nèi)首部有關(guān)焚燒標(biāo)準(zhǔn)，成為范本 危險(xiǎn)廢物焚燒爐HBC XXXX-2002，報(bào)批中 參與多項(xiàng)焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)的制定 相關(guān)政策制定 環(huán)保產(chǎn)品鑒定/評審 專家咨詢 計(jì)委中咨公司 各省市環(huán)衛(wèi)/環(huán)保局 城市建設(shè)機(jī)械協(xié)會(huì) 垃圾處理專業(yè)委員會(huì)副主任,力學(xué)所相關(guān)工作和成果,多年積累+學(xué)科基礎(chǔ) 各種等離子體技術(shù)（吳承康，960kW電弧風(fēng)洞，1961 ） 焚燒和等離子體技術(shù)危廢熱處理綜合優(yōu)勢 氧化/裂解

6、提出還原氣氛（基于冶金技術(shù)的積累） 等離子體處理危廢的新方向 高環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，低成本尾氣量小 廣泛國際學(xué)術(shù)交流，新思想 國際燃燒大會(huì)，等離子體大會(huì)，IT3，ICIPEC等 美、加、德、英、法、日、韓、泰等 系統(tǒng)集成技術(shù)經(jīng)驗(yàn)：前處理、后處理等 不同類型問題,等離子體弧發(fā)生器,250 kW,30 kW高頻,發(fā)生器及設(shè)備,100 kW高頻,實(shí)例日本遺棄化武,5000噸，在中國處理，日本方案存在環(huán)境后遺癥 總參兵種部履約事務(wù)局/外交部日本化武辦 含砷量大、處理難度大，遍及14省數(shù)十處 毒劑類型多：HD、L、DA、DC、光氣 彈量大、彈種復(fù)雜、規(guī)格多、彈體結(jié)構(gòu)復(fù)雜 彈體炸藥裝量大，彈體破碎困難 彈體敏感度高

7、，易爆炸 保存條件極差，污染物多 創(chuàng)新點(diǎn)：控制引爆+還原氣氛砷還原 國際無先例，氧化法As2O3 2001-7：“用控制引爆交流等離子體技術(shù)銷毀日本遺棄化學(xué)武器的技術(shù)可行性研究報(bào)告” 2003-4：小型機(jī)動(dòng)式銷毀裝置（日本尚無此技術(shù)） 主任基金+創(chuàng)新經(jīng)費(fèi)，原理性裝置,小型機(jī)動(dòng)式化武銷毀裝置,尾氣量僅為焚燒法的2-5% 處理時(shí)間短，設(shè)備尺寸小，車載 20kg/h，所有彈種,化學(xué)戰(zhàn)劑銷毀實(shí)驗(yàn)-2002,總裝防化兵研究院： 3-30 9-27 DM (Adams) C12H9NClAs DM + 造渣材料 連續(xù)進(jìn)料/出渣 玻璃體性質(zhì)穩(wěn)定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果-2002,3-30 批處理，渣含砷3% 總砷：渣35

8、%，氣體（碳黑）65% 9-27 連續(xù)進(jìn)料，20-30kg/h 增加總渣量/減少渣含砷量，提高渣對砷的捕集量 改進(jìn)氣體/顆粒中砷捕集方法,醫(yī)療、電子廢物實(shí)驗(yàn),模擬肢體：肉 塑料、橡膠 殘?jiān)?電子廢物,等離子體裂解處理尾氣排放,表中：CO、NOx、SO2 是中科院生態(tài)中心為力學(xué)所試驗(yàn)測試的數(shù)據(jù)。 PCDD是參考美國Startech公司提供的數(shù)據(jù)，等離子體爐的PCDD 排放為美國焚燒爐排放新標(biāo)準(zhǔn)限制值的1/1250左右。,三相工頻等離子體爐特點(diǎn),1980年代，冶煉鈮鐵，150kW實(shí)驗(yàn)爐 八五重大成果、97院三等獎(jiǎng)，發(fā)明專利 1000kW工業(yè)冶金爐 特殊交流穩(wěn)弧電路，三個(gè)電極形成球形電弧 不依賴于爐

9、料的導(dǎo)電性 能量集中，弧溫高，高溫冶金 設(shè)備簡單，電熱轉(zhuǎn)換效率高 可隨時(shí)開停爐 H2等離子體還原氣氛 處理有機(jī)廢物的優(yōu)點(diǎn)： 還原氣氛，尾氣量小 無PCDDs、SO2、NOX、CO生成條件,交流等離子體150 kW實(shí)驗(yàn)爐,1000 kW工業(yè)冶金爐（廣西）,工業(yè)爐,工程應(yīng)用的問題,工藝配套：前處理-實(shí)處理(氧化/還原)-后處理 進(jìn)料、出渣：處理對象不同 工作效率：對象不同 尾氣：處理對象和處理工藝不同，優(yōu)化工藝 干、濕、半干，堿吸收，集塵 溫度、尾氣監(jiān)測 自動(dòng)化、可操作性 可靠性、壽命 成本控制 ,危廢等離子體處理技術(shù)方案,基礎(chǔ)：現(xiàn)有爐子 交流等離子體 創(chuàng)新點(diǎn)： 還原氣氛 優(yōu)化方案：弧/炬，還原/

10、氧化對象 針對3類不同對象， 提出不同設(shè)計(jì)方案 優(yōu)化等離子體發(fā)生技術(shù) 直流 弧/炬 性能穩(wěn)定 國際通行 交流 工頻 弧/冶金 醫(yī)療/化學(xué)/電子 高頻 用得少 無電極污染 效率低 成本高 載氣：氧化、中性、還原,技術(shù)方案優(yōu)化,三類廢物：三種工藝流程及兩種爐型,醫(yī)療,化學(xué)品,電子,等離子體炬,等離子體弧,H2,Air,后處理,渣,玻璃體,合金,后處理,后處理,增強(qiáng)裂解醫(yī)療垃圾,體積大，量大，輕，病原體，熱值高，渣少 爐膛放大幾十倍：能量擴(kuò)散保證高溫環(huán)境 加大載氣量 組織流動(dòng) 等離子體炬（射流） 連續(xù)工作，進(jìn)料： 大尺寸、整包裝，進(jìn)料口大，嚴(yán)密隔離防護(hù) 空氣向內(nèi)泄漏，石墨電極/爐壁燒蝕 醫(yī)療垃圾熱值

11、高利用-加空氣，經(jīng)濟(jì)性 空氣等離子體增強(qiáng)裂解+二燃室增強(qiáng)焚燒 高溫耐火材料（冶金）/水冷金屬電極,增強(qiáng)裂解醫(yī)療垃圾（續(xù)）,等離子體增強(qiáng)裂解，利用垃圾自身能量 高溫空氣（3000C）+ 部分燃燒放熱 比N2等離子體（800-1500C, 800kW-h/T） 裂解溫度高（1200C），反應(yīng)快 電耗減少80% 比純焚燒溫度高，二次污染少 PCDDs、CO、HC、NOx、顆粒物 可燃?xì)怏w二次燃燒 顆粒物量少 尾氣處理簡單,等離子體矩,空氣,空氣,空氣,增強(qiáng)裂解醫(yī)療垃圾處理流程,醫(yī)療垃圾,進(jìn)料機(jī),裂解爐,二燃室,降溫/凈化,袋式除塵,煙囪,引風(fēng)機(jī),空氣等離 子體炬,飛灰,渣,空氣,水,空氣,裂解/還原

12、化學(xué)品/電子廢物,密度較大，爐膛增大數(shù)倍 還原氣氛：裂解/還原 玻璃體/合金 工作溫度高，處理費(fèi)用較高 石墨電極、坩堝 特點(diǎn) 物料通過弧心，減少載氣量 尾氣量小，便于濕法處理 濕法凈化 問題 玻璃體性質(zhì)及有害物質(zhì)捕集能力 尾氣處理工藝,化學(xué)品/電子廢物處理流程,化學(xué)品/電子,破碎/進(jìn)料,等離子體弧爐,凈化,燃燒室,煙囪,引風(fēng)機(jī),污水處理,玻璃體/合金,氫,中和劑,造渣材料,空氣,研究發(fā)展計(jì)劃,技術(shù)、工藝路線優(yōu)化的原則 根據(jù)處理對象設(shè)計(jì)工藝流程 實(shí)驗(yàn)室裝置改進(jìn)：多種工藝后處理（氣） 兩種爐型： 還原氣氛裂解中試爐 5t/d電子廢物示范基地中關(guān)村科技園區(qū)，核心設(shè)備150萬 10t/d危廢示范工程，全套設(shè)備研制600萬 等離子體增強(qiáng)裂解 5t/d醫(yī)療廢物主要設(shè)備約100萬,開發(fā)關(guān)鍵技術(shù) 配套