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1、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 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 Find
2、on, 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） 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,美国星科,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%）,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
3、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）,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，煤, MSW, 医疗,
4、 RDF） 燃烧特性 流动特性 传热特性 建立设计计算方法 协助引进三井技术 小型医疗垃圾焚烧炉 所长基金，1995，50kg/h 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,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320C，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
5、际 450C/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 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 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
6、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 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,30 kW高频,发生器及设备,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 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
7、，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 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
8、%，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 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,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 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
9、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 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 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/
10、氧化对象 针对3类不同对象， 提出不同设计方案 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,等离子体弧,H2,Air,后处理,渣,玻璃体,合金,后处理,后处理,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
11、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,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（3000C）+ 部分燃烧放热 比N2等离子体（800-1500C, 800kW-h/T） 裂解温度高（1200C），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 可燃气体二次燃烧 颗粒物量少 尾气处理简单,等离子体矩,空气,空气,空气,增强裂解医疗垃圾处理流程,医疗垃圾,进料机,裂解炉,二燃室,降温/净化,袋式除尘,烟囱,引风机,空气等离 子体炬,飞灰,渣,空气,水,空气,裂解/还原
12、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 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,破碎/进料,等离子体弧炉,净化,燃烧室,烟囱,引风机,污水处理,玻璃体/合金,氢,中和剂,造渣材料,空气,研究发展计划,技术、工艺路线优化的原则 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： 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,谢 谢 ！,
