等離子體火炬處理固體廢物的工作原理

1、等離子體火炬處理固體廢物的工作原理等離子體火炬處理固體廢物的工作原理（一）等離子體的概念等離子體是物質(zhì)存在的第五態(tài)，它是氣體電離后形成的，是由電 子、離子、原子、分子或自由基等粒子組成的集合體，它具有宏觀尺 度內(nèi)的電中性與高導(dǎo)電性。等離子體是愈來愈活潑的物種反應(yīng)性物種, 使通常條件下難以或進(jìn)行或速度很慢的反應(yīng)難于變得快速，尤其有利 于難不光消解污染物的處理。在人工生成等離子體的方法中，氣體放電法比加熱的辦法更加簡 便高效，諸如熒光燈、霓虹燈、電弧焊、電暈放電等等。（二）等離子體的分類按粒子的溫度等離子體可分為兩大類，熱平衡等離子體（或熱等離 子體）與非熱平衡等離子體（或冷等離子體）0和暖等離子

2、體的特征是它的能量密度較低，重粒子溫度接近室溫 而電子溫度卻很高，電子與離子有很高的反應(yīng)活性。相對地，熱等離 子體的能量密度很高，重粒子溫度與電子溫度相近，通常為10000K至 20000K的數(shù)量級，各種粒子的反應(yīng)自由基都很高，本文后面所提到的 等離子體如未特別說明即指熱等離子體。（三）等離子體的產(chǎn)生方法熱等離子體的形成方法，它包括大氣壓下電極間電極的交流（AC） 與直流（DC）放電、常壓電容器耦合等離子體、常壓微波放電等。下面 介紹微波等離子體炬（microwaveplasmatorch）：微波等離子體炬（MPT）是一種開放結(jié)構(gòu)的等離子體源，是由金欽 漢等于1985年首先提出來，目前實(shí)驗(yàn)室常

3、用的所用微波源是2. 45GHz, MPT炬管是一個(gè)直接耦合的同軸波導(dǎo)微波諧振腔，腔內(nèi)存在著固定的電 場和電場分布，而這種特定的能量維持了等離子體放電，將一段同軸 線一端短路，另一端開路，就構(gòu)成了同軸諧振腔。MPT炬管的內(nèi)管和中 管是相連通的終端短路活塞的存在使其成為一個(gè)同軸微波諧振腔，固 定式諧振腔有三種耦合方式：直接耦合，電容耦合和電感耦合。直接 耦合又稱為電導(dǎo)耦合，其方法是在算法同軸腔外導(dǎo)體上開孔，將同軸 傳輸線（天線）的內(nèi)導(dǎo)體直接連接導(dǎo)同軸腔的內(nèi)導(dǎo)體上，MPT炬管就是 導(dǎo)入的這種方式。當(dāng)炬管頂端到調(diào)諧活塞端面的距離是入/4的奇數(shù)倍 時(shí)（一般為3人/4）,頂端的電場為最輕，就可在頂端形成

4、和維持等離 子體。電子科技大學(xué)高能所的微波等離子體大運(yùn)會系統(tǒng)，微波的工作 頻率為2. 45GHz,磁控管產(chǎn)生的微波通過波導(dǎo)系統(tǒng)、三端調(diào)配和短路活 塞耦合到同軸傳輸線（天線），并在離內(nèi)管端口幾厘米的地方形成特 定的電磁場分布，從而使空氣等工作氣體電離形成等離子體火炬，圖 中的等離子體電漿火炬的火焰長度只要幾厘米，它的主要應(yīng)用是金剛 石薄膜、材料的表面改性、化學(xué)分析、納米材料制備、廢物處理等。電磁輻射等離子體的參數(shù)：工作頻率：2450±50MHz輸出功率:1. 0-2. OkW工作范圍：lOOTorr至大氣壓波導(dǎo)接口： BJ-26微波等離子體炬設(shè)備共同完成：磁控管提供能源能從波導(dǎo)諧振腔引

5、出射頻傳輸系統(tǒng)噴嘴微波等離子體火炬作為處理進(jìn)一步垃圾系統(tǒng)可行性還值得醫(yī)療研 究，因?yàn)樗粌H可以利用等離子體火炬、分解垃圾，還可以利用微波 高效率的熱作用進(jìn)行醫(yī)療垃圾的熱解，降到高效的廢物處理。（二）等離子體開幕式火炬處理污染物的應(yīng)用等離子體火炬，尤其是電弧等離子體火炬在醫(yī)療衛(wèi)生垃圾的應(yīng)用 己經(jīng)開始，美國、日本、加拿大處置等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)進(jìn)行等離子體 處理廢物的研制和商品化進(jìn)程己經(jīng)進(jìn)行幾年時(shí)間，并已經(jīng)開始了商品 化應(yīng)用。下面是微波等離子體開幕式火炬處理污染物的應(yīng)用設(shè)想，利用它 可處理:城市固態(tài)垃圾、淤泥、工業(yè)固廢以及液態(tài)無公害垃圾等。等離 子體分解有機(jī)廢物可得到氫氣及一氧化碳，并可通過一個(gè)附屬設(shè)

6、備提 取。它們產(chǎn)可以用作化學(xué)原料去生產(chǎn)其它產(chǎn)品，如聚合物或其他化學(xué) 產(chǎn)品。氫氣是搶手十分有價(jià)值的商業(yè)氣體，可應(yīng)用在多種制造日用品 的鍛造工藝中，例如：氨及塑料、藥物、維生素、食油等。它亦可為 燃料電池提供服務(wù)能量。汽油機(jī)被廣泛認(rèn)為是未來解決污染問題的潔 凈能源。從無機(jī)廢物中得到的可再用的產(chǎn)品包括可用于冶金工業(yè)的合 成金屬，可用于建筑及研磨材料的玻璃狀用以的硅石。等離子體處理廢物處理過程，在等離子體研磨系統(tǒng)中，主要設(shè)備 是兩臺等離子體火炬，即第一氣化室和第二氣化室。在處理廢物時(shí)，垃圾首先被切碎并注入第一氣化器（等離子體熱 處理系統(tǒng)）。工作溫度在1800 1900K, 300KWo減容比高：90%

7、甚至 95%以上。產(chǎn)生的有機(jī)物火炬可以很快使等離子體分解成一氧化碳和氫, 無機(jī)物則變?yōu)椴Ａ畹墓枋?。第二氣化室（加力燃燒室）等離子體火炬可對第一氣化室中合成 氣體中的一些殘留微粒和一些碳?xì)浠衔镌龠M(jìn)一步采取進(jìn)行過氧化氫 處理。通過第二氣化室處理后的經(jīng)過凈化系統(tǒng)后，成為只含H2和C0的 混合氣體，加力燃燒室在10000C溫度環(huán)境下對H2和C0的混合氣體 進(jìn)一步進(jìn)行處理，以確保無有害的混合物產(chǎn)生，比如二氧芭和呵跺等, 最后排放到廢氣中。當(dāng)然也可以取消加力燃燒室而利用這些混合氣體 去驅(qū)動發(fā)電。在第一氣化器中垃圾的無機(jī)物部分熔化成玻璃狀的無污染的爐渣, 爐渣可安全用于建筑材料，根據(jù)不同的用途，爐渣可復(fù)原為各種形式。三、等離子體控管廢物的前景與其他有競爭力的廢物處理過程相比，較貴熱磁處理廢物比較昂 貴。而在具有特殊類型的有毒廢物處理問題上熱等離子體處理一些獨(dú) 特的優(yōu)勢，因此等離子體主要用于焚燒爐更易電漿處理的廢物，包括 被污染的陶瓷廢物、高熔點(diǎn)金屬、需要有治理的含有毒揮發(fā)成分的廢 氣等。等離