等離子體技術是回轉(zhuǎn)窯焚燒技術的替代還是替補

1、等離子體技術是回轉(zhuǎn)窯焚燒技術的替代述是替補？時間:2018-08-2315:00來源：再生資源分享最近兩三年，隨著環(huán)保監(jiān)管越來越嚴厲，工業(yè)危險廢物處置市場也越來越紅 火，由此帶火了等離子體處理技術的相關話題。早在2014年9月，危險廢物處 置工程技術導則(hj 2042-2014)(以下簡稱技術導則)就已發(fā)布實施，技術 導則將等離子體技術正式列入危險廢物處理可選技術路線。即便如此，業(yè)內(nèi)仍然有各種各樣的疑惑、質(zhì)疑的聲音，諸多行業(yè)人士發(fā)聲， 直指等離子體技術的弱點。等離子體技術的適用性問題，一吋成為爭論的焦點。 受此影響，不少危廢項目負責人心中猶豫，穩(wěn)字當先，危廢處置行業(yè)投資在等離 子體技術上躊躇

2、難行。究竟等離子體技術是回轉(zhuǎn)窯焚燒技術的替代，還是替補？逬料管料床進料口合成氣岀口合成氣出口二次鼓風口alter耐火材料三次鼓風口三次鼓風口底焦等離子體火炬二次鼓風口等離子體火炬十刪口 "一、技術導則怎么說眾所周知，行業(yè)標準是菲常嚴肅的，開不得玩笑。環(huán)保部（現(xiàn)生態(tài)環(huán)境部）發(fā) 布的標準至少經(jīng)過“三審兩稿”，是政策專家、技術專家和行業(yè)行家從各個角度 完善、權衡過的，因此，標準的條款是經(jīng)得起推敲和檢驗的。危險廢物處置工 程技術導則對于等離子體技術的規(guī)定，凝聚了監(jiān)管層、技術層和行業(yè)層的最大 共識。(4.1.3.2) “危險廢物非焚燒處置主要包括、電弧等離子處置等?！眰鬟_了 兩方面的信息，一是

3、我們討論的是電弧等離子體，實指熱等離子體;二是等離子 體處置技術屬于非焚燒技術路線，可以不需要氧氣或者空氣。(423.3)“電弧等離子體技術適用于處置毒性較高、化學性質(zhì)穩(wěn)定，并能長 期存在于環(huán)境中的危險廢物，特別適宜處置垃圾焚燒后的飛灰、粉碎后的電子垃 圾、液態(tài)或氣態(tài)有毒危險廢棄物等表達了處置對象的適用性，特別指出了四 類危險廢物。(7.5.6)“采用等離子體技術處置危險廢物時，應考慮其技術應用的范圍，對 擬處理的危險廢物應根據(jù)廢物特點進行預處理。包括去除包裝、分離、固體混配、 一次性包裝物破碎、粉狀廢物造粒、液體過濾等，以確保滿足其處理工藝要求?！?提示預處理是非常必要的，并列舉了預處理可能

4、用到的方法。(7.6.23) “采用等離子體技術處置危險廢物，應根據(jù)需要進行系統(tǒng)配置，確 保等離子體熔融爐、電源設備、測量控制設備和制氮設備穩(wěn)定運行，并配備相應 的進料單元、熱能回收單元、廢氣處理單元以及玻璃體輸出成型單元。等離子體 處置過程產(chǎn)生的廢氣在沒有專門標準的前提下可參照gb18484執(zhí)行。電弧等離 子體技術的電弧溫度達到7000 °c以上，反應區(qū)溫度控制在12001500°c范圍?！?提示了系統(tǒng)配置的要求以及關鍵工藝參數(shù)。技術導則以上四條基本上講清楚了等離子體處理危廢技術的工藝特征、 適用性特點、預處理要求以及系統(tǒng)配置和關鍵工藝參數(shù)，既沒有夸大優(yōu)點之語， 也沒有貶

5、低不足之處，當然，也就無法給出題目的答案。二、關于等離子體技術的擔憂業(yè)內(nèi)業(yè)外關于等離子體處理危廢技術的擔憂，主要體現(xiàn)在三方面：技術適用 性、處理是否徹底、運行成本。提出問題不難，難在提對問題。很多帖子討論三 方面擔憂的時候，是否提出正確的問題了呢？首先，什么是技術適用性?字面理解，指技術與對象、工況、目標的匹配程 度。比較抽象，舉例說明?；剞D(zhuǎn)窯焚燒技術是國內(nèi)危險廢物無害化處理的普適技術選項，可以處理多達 二十多大類危廢，包括固態(tài)的、液態(tài)的和氣態(tài)的;工藝參數(shù)比較寬容，多數(shù)廢料 可以直接進窯，窯溫控制精確度要求不高，操作要求不高，很多操作工不掌握窯 爐和焚燒原理，一樣上崗;理論上，回轉(zhuǎn)窯焚燒技術的

6、有機物焚毀率299.9%、殘渣熱灼減率w5%,雖然，實際情況很不怎觀。國內(nèi)普遍接受，回轉(zhuǎn)窯焚燒技術 的技術適用性最好。用同樣的邏輯，看看等離子體處理技術的適用性。電弧等離子體，此處可能 有人質(zhì)疑，不是說等離子體技術嗎，為何乂變成電弧等離子體了。（先來科普一 下。我們常見的物質(zhì)有三態(tài)：固液氣，尤其是氣體，如空氣，看不見摸不著還不 導電。那么高度電離的氣體，還是氣體嗎?發(fā)光、發(fā)熱、導電、大量電子粒子自 由基，與氣體完全是兩種物質(zhì)。這種高度電離的氣體，就是物質(zhì)第四態(tài)，等離子 體。日常生活中最常見的等離子體包括h光燈和閃電，不常見但大名鼎鼎的當然 是用于核聚變的氟宛等離子體了。我們?nèi)祟愖钊菀撰@得的可控

7、有用等離子體都是 電弧引發(fā)和電流維持的。因此，電弧等離子體理解成等離子體沒毛病。）科普完 t,回到正題。電弧等離子體技術適用于處理高毒、穩(wěn)定、難降解的有機廢物， 難道對于一般危險廢物就無能為力了嗎?結果不言自明，對于處理對彖而言，電 弧等離子體技術擁有與冋轉(zhuǎn)窯焚燒技術同等甚至更好的匹配程度。等需子體0攝氏度100攝氏度10000攝氏度物質(zhì)第四態(tài)：等離子體對于危廢處理工況，由于全電操作，電弧等離子體技術的工藝過程和參數(shù)更 加穩(wěn)定、一致，自動化程度更高，匹配程度更高。對于危廢處理目標，電弧等離 子體技術的有機物焚毀率$99.99%,熔融玻璃體排渣，煙氣處理負荷相當于冋轉(zhuǎn) 窯焚燒技術的1020%,匹

8、配程度更高。分析至此，我們己經(jīng)能夠得出結論，電 弧等離子體技術的適應性高于回轉(zhuǎn)窯焚燒技術。為何總有人質(zhì)疑適應性呢?可能 是混淆了技術適應性與處理是否徹底、運行成本的區(qū)別。第二，處理是否徹底，或者，按某些“專家”之言，電弧等離子體技術并非 危廢終極處理技術，回轉(zhuǎn)窯焚燒技術、安全填埋、剛性填埋同樣不是終極處理技 術啊。冋轉(zhuǎn)窯焚燒技術理論上高溫焚燒、過量氧氣、煙氣凈化處理，能達到很好 的減量減容降害效果。但作者觀察的實際案例則不然，回轉(zhuǎn)窯內(nèi)混合、干燥、焚 燒、熱解、熔融同時存在，工況非常復雜，殘渣熱灼減率達到5%標準并不容易， 其至超過20%的情況也不少見;二燃室氣流擾動不足，可燃氣體與空氣混合不充

9、 分，焚毀率很難達到99.9%的要求;一次進風過量10-20%,二次進風過量20-30%, 煙氣處理負荷很大，煙氣的顆粒物含量很高，飛灰（危廢類別hw18）的產(chǎn)生量甚 至高達危廢處理量的20%,更不用說大量的煙氣洗滌廢堿液需要處理。很顯然， 不僅理論上冋轉(zhuǎn)窯焚燒技術的危廢處理徹底程度低于電弧等離子體技術，而且實 際運行上，回轉(zhuǎn)窯焚燒技術的處理效果也不如某些“專家”宣講的那樣徹底。第三，作者看到很多“專家”表達過電弧等離子體技術運行成本高的觀點， 卻很少看到具體的測算數(shù)據(jù)，估計大家也很想了解，電弧等離子體技術處理危廢 的運行成本高在哪里?高到什么水平?我們從三個角度嘗試分析。其一，等離子體火矩（

10、一說陰極）更換成本。通常選用液冷直流脈沖等離子體 火炬，功率75300kw,引弧陰極與火炬同壽命，工作陰極通常選用銅合金材質(zhì)， 根據(jù)工作電流、爐內(nèi)氣氛、電弧強度和工作氣流的不同，陰極壽命在300800h 范圍（常規(guī)工況600h）,陰極消耗過大影響等離子體形態(tài)和電熱效率，因此，爐 內(nèi)等離子體火炬需要定期更換工作陰極或者整個火炬（通常火炬兀余配置，以應 對更換需要）。以每小時處理1噸危廢核算，約600噸處置量更換三個陰極，備 件及更換服務費用不超過3*6=18萬元，每噸分擔費用w300元。對于當下 3000-6000元的危廢處置價格，降低毛利率0.5-l%o其二，等離子體火炬的電費成木。等離子體火

11、炬電熱轉(zhuǎn)換效率約7080%, 低于粉煤鍋爐95%的熱轉(zhuǎn)換效率，也低于柴油噴槍的90%的熱效率，是否據(jù)此 可以認定離子體火炬消耗的電費非常高昂？以15okwx3的等離子體火炬熱解爐 （功率影響處理效率，不影響處理效果），處理1噸危廢電能消耗450度，每噸分 擔電費w360元。以1噸危廢產(chǎn)生0.2噸的可燃氣體，熱值約2600kwh,假設燃 氣輪機的發(fā)電效率40%,發(fā)電量1040度，則電力富裕590度（相當于節(jié)約電費 472元），可以補充煙氣處理及其他輔助工藝的用電需求。此處，可能會有“專家” 質(zhì)疑：沒有那么多的可燃氣體怎么辦?不能上燃氣輪機怎么辦?繼續(xù)上數(shù)據(jù)。回轉(zhuǎn) 窯焚燒技術的設計危廢進料熱值要求

12、30003500kcal/kg ,相當于熱值 34804068kwh/噸，是前面案例的假設熱值的1.34-1.56倍，也就是說，如果采 用等離子體技術處理冋轉(zhuǎn)窯焚燒技術的危廢，能夠產(chǎn)生足夠多的可燃氣體。至于 上不上燃氣輪機，根據(jù)物質(zhì)守恒、能量守恒定律，可燃氣體及其能量既不會減少 也不會消失，能量回收利用方案綜合權衡，未必非燃氣輪機不可，二燃室、燃氣 鍋爐，或者直接銷售，皆可考慮。其三，飛灰、殘渣、煙氣處理成木。這部分成木是回轉(zhuǎn)窯焚燒危廢的處置成 本的大頭，占比30-60%o等離子體技術產(chǎn)生的飛灰量相當于回轉(zhuǎn)窯焚燒技術的 1020%,可以適當摻入危廢進料屮循環(huán)處理;玻璃體殘渣屬于一般固廢，作為建

13、 筑材料的原料，大幅減少填埋費用;可燃氣體和煙氣處理負荷相當于冋轉(zhuǎn)窯焚燒 技術的1020%,處理成本相比回轉(zhuǎn)窯焚燒技術降低4060%。從等離子體火炬更換成本、電量消耗和飛灰殘渣煙氣處理三方面的比較分 析，同等規(guī)模、相似類別危廢無害化處理，等離子體處理技術的直接成本并不比 回轉(zhuǎn)窯焚燒技術高，由于飛灰、殘渣和煙氣處理成本的節(jié)約，很可能直接成本更 低。當然，這是假設兩種技術全部規(guī)范運營、達標排放的情況，而不是當下真假 虛實不清不楚的數(shù)據(jù)對比。三、等離子體技術的突岀優(yōu)勢作者看到業(yè)內(nèi)對等離子體技術的擔憂比較多，但對等離子體技術的優(yōu)勢卻語 焉不詳。其實，等離子體技術處理危廢至少在三方面具有突出的優(yōu)越性：自

14、催化 高溫極速熱解反應、工藝過程和參數(shù)高可控性、煙氣處理負荷大幅度降低。首先，我們從原理上分析等離子體技術優(yōu)越性的基礎。自催化高溫極速熱解 反應，顧名思義，可總結岀四個關鍵詞來反映等離子體技術處理危廢的原理。關鍵詞一，自催化。電弧等離子體本身富有大量高能高活性的自由基、電子、 電離基團，對于有機物分解反應具有很強的催化作用，這種催化作用相對于單純 的高溫熱解反應，加速反應數(shù)十倍至數(shù)百倍，而且大幅度降低熱解反應的自由能, 使得危險廢物中的有機物成分在進入等離子體氛圍的瞬間即可發(fā)牛高速熱解反 應。關鍵詞二，高溫。工作區(qū)溫度在1200-1500°c范圍，電弧等離子體核心溫度 高達7000&

15、#176;c以上，相對于危廢中的有毒難降解的有機物成分徹底分解所需的溫 度（一般危廢1100°c, pcbs等危廢1200°c）,高出100-400°c o高溫可以數(shù)十倍 加速熱解反應，以及增強熱解的徹底性。(e )= k. expk ki丿反應速度常數(shù)關鍵詞三，極速。采用熱解爐的等離子體處理技術，混勻的危廢物料勻速進 入，與高溫熱解可燃氣體充分換熱干燥,等離子體高溫反應區(qū)發(fā)生劇烈熱解反應, 極短的時間內(nèi)物料的有機物成分分解為ch4、h2、co、hc1、h2s、hf等，而 無機成分進入熔融槽內(nèi)形成玻璃化熔渣(微量汞、鋅、鉛、銅、鎘、錚、碑等易 蒸發(fā)重金屬元素被可燃

16、氣體帶走，難蒸發(fā)重金屬元素融入玻璃體熔渣屮。)，不 存在翻勻、攪拌、湍流等工藝，因此，熱解反應時間非常短，反應非常徹底。關鍵詞四，熱解。具體指有機物的熱分解，值得說明的是，相對回轉(zhuǎn)窯焚燒 技術的過量氧氣參與的焚燒分解和熱分解共存的復雜反應過程，等離子體處理技 術的熱分解反應簡單、直接、徹底，當然，工藝過程更容易控制。作者要補充一 點，雖然推薦還原性氣體或惰性氣體，但等離子體可以輸入氧氣或空氣等氧化氣 氛，同樣會形成焚燒分解和熱分解共存的情形，由于自催化和高溫的共同作用， 分解反應更快更徹底，工藝控制也比回轉(zhuǎn)窯焚燒技術容易的多。其次，我們從工藝設計和工藝控制的角度分析等離子體技術的優(yōu)越性。一方面

17、，從技術原理很容易發(fā)現(xiàn)，熱解反應器以及熔渣槽的設計相對簡單清 晰，基本上全部設計參數(shù)都可以計算出精確的數(shù)值，相比回轉(zhuǎn)窯的經(jīng)驗值和模糊 性，更可靠更可控。另一方面，因為設計的精確性和熱解反應的極速、徹底性，工藝參數(shù)變動范 圍大大縮小，控制難度大大降低。而且，等離子體技術全電輸入、控制，相比機 械控制的精確性、可靠性以及可用性要改善很多。在此需要重點提醒一點，工藝控制的優(yōu)越性需耍危廢物料的恰當預處理和精 確的配伍，如果保證不了預處理和配伍，妄談優(yōu)越性或者局限性是不負責任的。第三，我們從煙氣處理負荷的角度分析等離子體技術的優(yōu)越性。前面在成本 分析部分，己經(jīng)簡要分析過煙氣處理負荷低的特點。這里重點從技

18、術的角度，討 論煙氣處理低負荷的原理。其一，由于白催化和高溫的極速徹底反應，熱解產(chǎn)物分布很窄，形成二惡英 等復雜產(chǎn)物的概率極低（危廢物料自帶的高毒性難降解復雜有機物已經(jīng)分解掉 了），硫、氯、氟、漠等元素直接形成簡單的無機酸性還原態(tài)氣體（h2s、hc1、 hf、hbr等相對處理難度小，而處理效果好），形成有機產(chǎn)物的概率低?？偠?之，煙氣中的特征污染物含量相對回轉(zhuǎn)窯焚燒技術低12個數(shù)量級。其二，熱解爐內(nèi)不需要過量的空氣，氣流速度低得多，幾乎全部無機物熔融, 顆粒物產(chǎn)生量相對冋轉(zhuǎn)窯焚燒技術低12個數(shù)量級。其三，高溫可燃氣體與危廢物料換熱的過程非常短暫，主要帶走物料的水分 和部分voc,進入余熱吸收

19、和氣體凈化工藝段，多余熱能、水分、顆粒物和酸 性無機氣體被吸收過濾，成為優(yōu)質(zhì)的可燃氣體（少量成分復雜的voc可以通過深 度處理降地含量），后續(xù)燃燒做功以及煙氣處理過程與天然氣基木相同。其四，熱解過程和煙氣處理過程都不需要過量空氣，可燃氣體和煙氣的總量 要比冋轉(zhuǎn)窯焚燒技術少8090%。可能有“專家”堅持不用熱解爐，而采用其他 爐型，原理都是相同的，不過是進料和換熱方式有區(qū)別而已，只要密封達到設計 要求，等離子體處理技術的煙氣處理負荷低的優(yōu)勢是非常顯著的。這里沒有把熔融玻璃體岀渣作為一項突岀優(yōu)勢，是出于國標未出、質(zhì)疑算是 有理有據(jù)。但稍微展開一點，熔融出渣的玻璃體相對于回轉(zhuǎn)窯焚燒技術的殘渣（顆 粒

20、狀）減容可達50%（原理：玻璃體渣的密度2點多，而焚燒殘渣的密度只有1點 多。），浸出毒性遠低于國家標準。至于一些“專家”詬病的玻璃化比例，作者 認為配伍階段決定了玻璃化的比例（熔渣輔料需要配伍測算，與危廢物料勻化后 進料），如果因為配伍做不好，而把責任推到等離子體技術身上，是有失公允的。綜上，作者認為，等離子體技術處理危險廢物的優(yōu)勢是非常突出的，業(yè)界對 等離子體技術的擔憂經(jīng)不起認真推敲和論證，技術導則把電弧等離子體技術 作為處理危廢的非焚燒技術，是經(jīng)得起檢驗和驗證的。四、等離子體技術與集屮處置原則的匹配固體廢物污染防治法1995年發(fā)布，即確定了危險廢物集中處理的原則, 這并非我國獨有獨創(chuàng)。1

21、989年的控制危險廢物跨境轉(zhuǎn)移的巴塞爾公約聲明 各會員國應危險廢物統(tǒng)一管理，美歐h等發(fā)達國家在確定危險廢物污染控制的初 期，明確集屮處理原則。其屮的原因比較復雜，作者嘗試分析如下。第一層需要理解的，危險廢物對環(huán)境、生態(tài)和健康的危害具有長期性、潛在 性和不可逆性。如多氯聯(lián)苯類廢物、二惡英類廢物、有機汞有機錫類廢物、鉛汞 鎘銘碑等重金屬，一旦造成污染和健康損害，代價巨大甚至難以承受，恢復到原 狀的幾率接近于零。第二層需要理解的，危險廢物來源的廣泛性、滲透性和變動性?？傮w上， 7080%的危險廢物來源于工業(yè)，包括生產(chǎn)環(huán)節(jié)、銷售環(huán)節(jié)、污染治理環(huán)節(jié)，如 廢酸、廢堿、廢乳化液、精館殘渣等;1015%來源于

22、市政和消費環(huán)節(jié)，如集中回 收的廢藥品廢含汞光源、生活垃圾焚燒殘渣、實驗室廢液、機動車維修的廢鉛酸 電池廢礦物油等;510%來源于農(nóng)林牧漁行業(yè)的殘廢農(nóng)藥、廢棄藥品疫苗以及包 裝物;另外還有1%左右的壞境突發(fā)事故來源的危險廢物?？梢哉f，工業(yè)社會的各 行各業(yè)都持續(xù)產(chǎn)生著危險廢物，而且，隨著人類對化學合成物質(zhì)認識的加深，越 來越多的廢棄物逐漸進入危險廢物監(jiān)管的名單，如如火如荼的廢舊動力鋰電池列 入危險廢物名錄的呼聲就越來越高。第三層需要理解的，危險廢物的有毒有害成分復雜，危害特性不易鑒別。雖 然國家危險廢物名錄經(jīng)過三次修訂，己經(jīng)盡可能的按照行業(yè)、工藝、有害成 分等分類索引危險廢物，但46大類、479個

23、危廢代碼根本不足以涵蓋所有的危 險廢物，更不用說工藝差異、成分差異給危害特性鑒別造成的困擾了。綜上分析，非集中監(jiān)管無以控制危險廢物的無序轉(zhuǎn)移和非法擴散，非集中處 置無以保證危險廢物污染防治效果。理解了集中處置的必要性，理解集中處置的 優(yōu)勢相對就簡單了。監(jiān)管優(yōu)勢。集中處置極大的降低了環(huán)保監(jiān)管的難度和工作量，盯住處置環(huán)節(jié), 基本保證了大多數(shù)中小企業(yè)的危險廢物污染防治合規(guī)合法。配伍優(yōu)勢。通過合理混合熱值、氯含量、硫含量、酸堿度等不同的危險廢物, 達到危廢進料均勻、穩(wěn)定，保證危廢處置工藝運行在最佳區(qū)間。相比單一種類、 來源的危廢，配伍處理極大的降低處理成本和難度，保證了運行穩(wěn)定和低排放水 平。規(guī)模優(yōu)勢

24、。危險廢物處理裝置的建設和運行成本，對于絕人多數(shù)的中小產(chǎn)廢 企業(yè)而言，是難以承受的。集中處置的規(guī)模效應大大降低了危廢處置場的建設投 資風險和運行成本，較好的化解了中小企業(yè)的危險廢物處置難題。結合前面關于等離子體處理技術的分析，等離子體處理危廢裝置的工藝參 數(shù)、運行狀態(tài)、處置效果全部是電信號，非常方便集中監(jiān)控和公示，與集中處置 原則的匹配程度相比回轉(zhuǎn)窯焚燒裝置（進風量、高溫段的氧含量等很難在線精確 測量），更好一些。五、等離子體技術與現(xiàn)行管理制度的匹配現(xiàn)行危險廢物管理制度集中體現(xiàn)為源頭分類、轉(zhuǎn)移聯(lián)單和經(jīng)營許可三項制 度，包括一部法律固體廢物污染環(huán)境防治法、一項法規(guī)危險廢物經(jīng)營許可 證管理辦法和兩

25、項部門規(guī)章危險廢物轉(zhuǎn)移聯(lián)單管理辦法、國家危險廢物名 錄。源頭分類。國家危險廢物名錄確保危險廢物從產(chǎn)生到處置的全過程是分 類細致、全程跟蹤的，與某些“專家”將危廢處置和生活垃圾焚燒混為一談的情 形，恰恰相反。而且，我國是在完全繼承巴塞爾公約分類規(guī)則的基礎上，結 合國內(nèi)的實際情況，進行了三次合理的制修訂。源頭分類有助于等離子體技術處 理危廢的預處理和準確配伍。轉(zhuǎn)移聯(lián)單。危險廢物轉(zhuǎn)移聯(lián)單管理辦法保證危險廢物從產(chǎn)生單位到處置 企業(yè)的全部轉(zhuǎn)移過程依法記錄、交接、存檔備查。有助于等離子體技術處理危廢 的生產(chǎn)調(diào)度和經(jīng)營統(tǒng)計。經(jīng)營許可。危險廢物經(jīng)營許可證管理辦法對于各種不同技術路線的處置 設施一視同仁，相對而言，等離子體技術的處置設施更加緊湊，自動化水平更高, 排放強度和排放總量相對更低，危險廢物減量