導(dǎo)讀：2017年，我國城市生活垃圾焚燒總量約為9468萬噸，約占垃圾處理總量的40%，垃圾焚燒中產(chǎn)生的二次污染（二噁英）是制約焚燒規(guī)模的最大因素。本文介紹的等離子體氣化技術(shù)始于20世紀(jì)60年代，如今已經(jīng)廣泛應(yīng)用于材料加工、環(huán)保等領(lǐng)域，可從廢棄物中提取可回收物品，轉(zhuǎn)換碳基廢物為合成氣。在危險(xiǎn)廢物處理領(lǐng)域應(yīng)用等離子體氣化技術(shù)，已逐漸成為研究熱點(diǎn)。

01

—

等離子氣化技術(shù)簡介

1. 等離子體：并非一般物質(zhì)的常見的氣、液、固三態(tài)，它屬于物質(zhì)的第四種狀態(tài)，是一種高溫，離子化和傳導(dǎo)性的氣體，在氣體電離后形成，具有宏觀尺度內(nèi)的電中性與高導(dǎo)電性。

2. 等離子體氣化技術(shù)：通過等離子炬產(chǎn)生高達(dá)約5000K的熱源，將氣化爐保持在1300℃～1500℃高溫（1200℃以上的溫度能使二噁英的主要成分——苯環(huán)徹底瞬間裂解），將垃圾中的有機(jī)成分轉(zhuǎn)化為合成氣，其他物質(zhì)則變成類似玻璃體的熔渣。合成氣可進(jìn)行發(fā)電，也可用來生產(chǎn)乙醇、甲醇和生物柴油；熔渣可加工成為建筑材料。

3. 等離子體氣化工藝：包括預(yù)處理裝置+等離子氣化爐+合成氣凈化裝置等。

按照工藝流水線劃分，可分成以下幾個(gè)組成部分：①危險(xiǎn)化學(xué)廢棄物儲(chǔ)存及送料系統(tǒng)；②等離子氣化爐；③控制中心；④合成氣凈化及檢測系統(tǒng)；⑤爐渣處理系統(tǒng)；⑥熱量回收系統(tǒng)。

4. 等離子氣化產(chǎn)物：

（1）合成氣

經(jīng)過濾器和脫硫器后產(chǎn)生的清潔合成氣主要由氫、一氧化碳和少量的甲烷組成，這三種物質(zhì)均為可燃物（占合成氣的95.9％），二氧化碳僅占4.1％。幾乎不含粉塵、二氧化硫、碳黑、氮氧化物等有害物質(zhì)，接近零排放。

（2）玻璃化渣

等離子氣化爐產(chǎn)生玻璃化渣作為副產(chǎn)品，這些副產(chǎn)品可安全用作建材等應(yīng)用，不會(huì)污染土壤或者飲用水。

02

—

核心設(shè)備介紹

等離子氣化爐

等離子氣化爐中產(chǎn)生的等離子體，由等離子火炬采用380V交流電產(chǎn)生。等離子體的發(fā)生裝置功率在5kW～300kW，溫度可達(dá)4000℃～7000℃，射流速度超過200m/s，工作氣體為氮?dú)狻⒖諝狻錃獾取Ｔ诟邚?qiáng)度熱源下，基本粒子的活動(dòng)能量遠(yuǎn)大于任何分子間化學(xué)鍵的作用，物質(zhì)的微觀運(yùn)動(dòng)以原子熱運(yùn)動(dòng)為主，原有物質(zhì)被打碎為原子物質(zhì)，以破壞有害成分或使其喪失活力，從而將復(fù)雜的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單的無害物。

目前，世界上最大的等離子體氣化熔融爐位于美國（西屋G65爐），處理規(guī)模在1000噸/天。設(shè)備的關(guān)鍵部件主要是等離子體棒和熱解爐隔溫材料，等離子體氣化設(shè)備之所以造價(jià)高，主要不在于材料成本，而是技術(shù)壟斷。

1）極少的進(jìn)料預(yù)處理要求

– 極少的粉碎要求

– 極少的分類要求

2）處理原料種類廣泛

– 生活垃圾，廢舊輪胎，工業(yè)廢物，污泥等混合進(jìn)料

– 根據(jù)進(jìn)料可供性來優(yōu)化，減少對(duì)原料的依賴

3）可靠性強(qiáng)

– 可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下操作

4）能耗低

5）低污染

– 凈化后的合成氣燃燒類似天然氣

– 玻璃化的底渣為惰性，不會(huì)污染土壤和地下水

–減少的溫室氣體排放

04

—

等離子體氣化技術(shù) VS 回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)

國內(nèi)外大多危廢處置企業(yè)采用的回轉(zhuǎn)窯焚燒技術(shù)，并不能徹底解決危廢的無害化處置難題：揮發(fā)性金屬隨著煙塵排除形成新的污染物，非揮發(fā)性金屬則沉積在爐渣中增加了處理成本。種種現(xiàn)實(shí)難題促使人們將原本應(yīng)用于航天領(lǐng)域的等離子體氣化技術(shù)，應(yīng)用到危廢和城市垃圾處理領(lǐng)域。

05

—

等離子氣化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1. 國外發(fā)展現(xiàn)狀

目前等離子體氣化技術(shù)發(fā)展較成熟的國家包括美國、加拿大、法國、英國、瑞士、日本以及以色列等。美國的Westing house Plasm公司、Retech公司、IET公司、PEAT公司、Startech公司，法國的航太公司，英國的Tetronics公司以及以色列EER公司的等離子體處理技術(shù)均已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)轉(zhuǎn)。

其中，美國西屋等離子炬公司是世界上最早發(fā)明和利用等離子火炬進(jìn)行航天試驗(yàn)和民用推廣的公司，前身由美國國家宇航局和美國西屋電氣公司聯(lián)合投資設(shè)立。根據(jù)西屋采用MSW等離子氣化系統(tǒng)，采用1個(gè)氣化爐＋合成氣冷卻凈化裝置（包括合成氣冷卻余熱鍋爐），大型項(xiàng)目處理規(guī)模1000噸/日；中型項(xiàng)目處理規(guī)模250噸/日；小型項(xiàng)目處理規(guī)模100噸/日。

2. 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)處理城市生活垃圾的方式以填埋和焚燒為主，由于國內(nèi)等離子體氣化技術(shù)發(fā)展時(shí)間較短，缺乏運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)，等離子體氣化技術(shù)在我國尚未得到廣泛的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。國家已將醫(yī)療垃圾等離子體無害化處理裝備納入《國家鼓勵(lì)發(fā)展的重大環(huán)保技術(shù)裝備目錄2014版》中：

目前，國內(nèi)采用等離子體氣化技術(shù)處理城市生活垃圾及危廢的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，有少數(shù)工程案例已經(jīng)開始得到實(shí)踐，但整體規(guī)模不超過100噸/天，還存在很大的發(fā)展空間。以下為部分采用等離子技術(shù)進(jìn)行垃圾處理的企業(yè)：

1）西安航天源動(dòng)力工程有限公司

2018年3月，公司自主研發(fā)建設(shè)的等離子體爐渣氣化熔融固廢處理示范工程項(xiàng)目，在江蘇鹽城連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行超30天，有機(jī)污染物焚毀率可達(dá)99.99%。其等離子體氣化爐在設(shè)計(jì)中依托液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)仿真模擬優(yōu)勢技術(shù)及合理的結(jié)構(gòu)布局，可實(shí)現(xiàn)有機(jī)氣化與無機(jī)熔融的完美結(jié)合。等離子體炬提高了使用空氣作為工作氣體的電極壽命（>600小時(shí)），高于國內(nèi)平均水平的3倍；熱效率達(dá)到80%，高于國內(nèi)平均水平的20%，使用成本較國內(nèi)平均水平降低1/3。

2）吉天師能源科技(上海)有限公司

2012年開始設(shè)計(jì)、制造了國內(nèi)首套30噸/天的工業(yè)化規(guī)模的等離子體氣化熔融系統(tǒng)，并于2013年完成安裝調(diào)試。2014年和上海市固體廢物處置中心及上海大學(xué)在上海市科委立項(xiàng)，2017年5月23日通過上海市科委組織的驗(yàn)收。該系統(tǒng)的處置規(guī)模為30噸/天，處置對(duì)象為危險(xiǎn)廢棄物（醫(yī)廢/飛灰綜合處理示范工程），系統(tǒng)最長連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行90天，玻化渣浸出性檢測完全達(dá)標(biāo)，各項(xiàng)尾氣排放參數(shù)均達(dá)到歐盟2000標(biāo)準(zhǔn)，直接運(yùn)行成本低于2000元/噸。

3）中國光大國際有限公司

2016年12月，光大國際與安徽省定遠(yuǎn)縣人民政府簽署投資協(xié)議，投資建設(shè)定遠(yuǎn)危廢處理項(xiàng)目，項(xiàng)目處理規(guī)模為50000噸/年，以BOO模式分兩期投資建設(shè)，投資額3.54億元，經(jīng)營期30年，主體工藝采用等離子強(qiáng)化氣化技術(shù)。

4）山東魯抗中和環(huán)保科技有限公司

公司設(shè)有處理規(guī)模為20000噸/年的危險(xiǎn)廢物等離子氣化爐處理系統(tǒng)，自2017年6月試運(yùn)行以來運(yùn)行情況穩(wěn)定，主要處理其所在園區(qū)產(chǎn)生的抗生素菌渣、污泥、廢活性炭、廢藥品、廢溶劑、精餾殘?jiān)U催化劑等十多種危險(xiǎn)廢物。系統(tǒng)各項(xiàng)污染物排放能滿足相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)。

5）江蘇遠(yuǎn)創(chuàng)環(huán)保公司

2017年3月，遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保（600292）與南京創(chuàng)能電力科技開發(fā)有限公司以現(xiàn)金方式共同出資成立江蘇遠(yuǎn)創(chuàng)環(huán)保科技有限公司，負(fù)責(zé)等離子氣化熔融技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用，實(shí)施等離子氣化熔融技術(shù)治理危廢項(xiàng)目的開發(fā)、投資、建設(shè)和運(yùn)營等。