等離子體技術(shù)應(yīng)用于環(huán)保和工業(yè)節(jié)能減排前景廣闊

1、等離子體技術(shù)應(yīng)用于環(huán)保和工業(yè)節(jié)能減排前景廣闊一、帶等離子體炬加熱系統(tǒng)的新型冶煉爐在傳統(tǒng)工業(yè)爐窯的技術(shù)改 造中有巨大應(yīng)用潛力等離子體技術(shù)是指利用等離子體炬作為工業(yè)爐的熱源， 而不是傳 統(tǒng)的點(diǎn)火和熔爐。等離子體炬有著能產(chǎn)生高強(qiáng)度熱源的優(yōu)勢(shì)（約 5500C）,而且操作相當(dāng)簡(jiǎn)單，工業(yè)爐內(nèi)的等離子體則是一種高度電 離或者充電氣體。等離子技術(shù)可廣泛應(yīng)用于工業(yè)爐窯， 并能收到顯著的節(jié)能環(huán)保效 果。可以下述三種大宗工業(yè)產(chǎn)品為例。鐵合金是鋼鐵工業(yè)和機(jī)械鑄造行業(yè)必不可少的重要原料之一， 主 要用于煉鋼的脫氧劑和合金劑， 鑄造晶核孕育劑。 我國(guó)是世界上鐵合 金產(chǎn)量最大的國(guó)家，年生產(chǎn)能力超過25 0 0萬噸。鐵合金工

2、業(yè)又是典型的冶金傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)， 冶煉大部分鐵合金的傳統(tǒng)設(shè)備是一種插入式電 極結(jié)構(gòu)的被稱為“礦熱爐”的還原電爐。電石是重要的化學(xué)工業(yè)原料和其他工業(yè)需要的化學(xué)品。 我國(guó)是世 界上電石產(chǎn)量最大的國(guó)家， 年生產(chǎn)能力超過2200萬噸。 電石工業(yè) 又是典型的化工傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)， 冶煉電石的傳統(tǒng)設(shè)備也是一種插入式電極 結(jié)構(gòu)的被稱為“礦熱爐”的還原電爐。黃磷也是農(nóng)藥、 輕工和軍工需要的重要化工原料。 我國(guó)是世界上黃磷產(chǎn)量最大的國(guó)家， 黃磷工業(yè)也是典型的化工傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。 冶煉黃磷的傳統(tǒng)設(shè)備也是一種插入式電極結(jié)構(gòu)的被稱為 “礦熱爐”的還原電爐。這種“礦熱爐”為圓筒形工業(yè)爐，內(nèi)襯耐火材料；電極插入爐內(nèi) 的物料中， 依靠電極電弧

3、和電流通過物料而產(chǎn)生的電阻加熱。 熔化的 鐵合金和爐渣、電石和爐渣、或黃磷和爐渣聚集在爐底，通過排料口 流出。而爐內(nèi)產(chǎn)生的爐氣（主要成分為一氧化碳，CO）則從爐頂部排出。由于要讓爐氣通過物料空隙順利排出， “礦熱爐”的原料進(jìn)料 （碳質(zhì)還原材料和其他原料） 必須呈塊狀顆粒， 從而大大增加了物料 的熔融熱。又由于電極帶有復(fù)雜的短網(wǎng)系統(tǒng)，也存在一些電熱損失。 “礦熱爐”多數(shù)為半密閉爐，除爐面熱損失外，排出的爐氣未加利用 也很不合理。這種電爐耗電較高，生產(chǎn)1噸硅75產(chǎn)品需耗電8000度以上，生 產(chǎn)1噸電石或黃磷產(chǎn)品分別需耗電3 4 0 0度和 13400度左右。因此 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的“礦熱爐 ”有“電老虎”

4、和“污染大戶”的名聲。按照國(guó) 家提出的對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造和節(jié)能減排的方針，盡管鐵合金、 電石和黃磷行業(yè)長(zhǎng)期以來都在積極對(duì)傳統(tǒng)“礦熱爐 ” 采取多種節(jié)電 措施，近年來還不斷推廣大型密閉式爐以保護(hù)環(huán)境， 并收到一定成效； 但因?yàn)槲茨軓母旧细淖儌鹘y(tǒng)“礦熱爐 ”的結(jié)構(gòu)，因此不能消除其弊 病。而另一方面， 由于我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展需要，鐵合金行業(yè)又屬于 重要的基礎(chǔ)原材料工業(yè)， 且對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。 以及根據(jù) 我國(guó)資源的特點(diǎn)和化學(xué)工業(yè)對(duì)電石、 黃磷產(chǎn)品的強(qiáng)勁需求 （主要用于 生產(chǎn)聚氯乙烯樹脂和磷化工產(chǎn)品） ，以及其他工業(yè)（鋼鐵、輕工、軍 工等）對(duì)電石和黃磷的需求， 電石和黃磷行業(yè)又屬于重要的

5、基礎(chǔ)原材 料工業(yè)且同樣對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義， 這也就更增強(qiáng)了鐵合金 行業(yè)、電石和黃磷行業(yè)加快結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)進(jìn)步的緊迫性。 開發(fā)有節(jié) 能環(huán)保意義的新型冶煉爐已成為這些行業(yè)和其他有關(guān)行業(yè)的重要課 題。北京冠川運(yùn)用先進(jìn)的等離子體技術(shù)開發(fā)出有節(jié)能環(huán)保安全多重 意義的新型冶煉爐。 這種利用等離子體炬高溫射流特性的冶煉爐結(jié)構(gòu) 上完全不同于傳統(tǒng)的“礦熱爐” 。這種新型的冶煉爐完全取消了復(fù)雜的電極和短網(wǎng)系統(tǒng)， 而代之于 結(jié)構(gòu)緊湊， 安裝方便且熱效率高的等離子體炬作為冶煉爐的熱源。 等 離子體炬配有專門的冷卻水組件和工作氣體組件，以及電弧點(diǎn)火器 等，技術(shù)可靠。這種新型冶煉爐的碳質(zhì)還原劑和其他原料可以粉狀進(jìn)

6、料， 這就不僅 減少了對(duì)塊狀顆粒物料的熔融熱， 節(jié)省了電能，而且由于原料是粉狀， 又大大增加了相互的接觸面， 從而可提高反應(yīng)的速率和電石爐的生產(chǎn) 能力。這種新型冶煉爐為密閉爐，排出的爐氣可充分收集和利用（一氧 化碳?xì)怏w可作為有熱值的燃?xì)?，也可凈化后用作化工原料?，既能增 加企業(yè)效益，推進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，又是保護(hù)環(huán)境的有效措施。這種新型冶煉爐可借鑒煤化工中氣化爐的經(jīng)驗(yàn)， 采取部分 “碳熱” （利用碳素原料來產(chǎn)生熱量）的措施來進(jìn)一步節(jié)省電能。這種新型冶煉爐在生產(chǎn)操作中不存在 “礦熱爐” 有時(shí)出現(xiàn)的爐內(nèi)反 應(yīng)不正常和復(fù)雜的電極和短網(wǎng)系統(tǒng)帶來的不安全隱患， 可實(shí)現(xiàn)更加安 全可靠的生產(chǎn)運(yùn)行。這種新型冶

7、煉爐的耐火材料也不同于傳統(tǒng) “礦熱爐“內(nèi)襯的碳素耐 火材料。它不僅能適應(yīng)爐內(nèi)的還原性氣氛也可適應(yīng)爐內(nèi)的部分氧化性 氣氛，從而保證生產(chǎn)操作的順利進(jìn)行。這種新型冶煉爐由于可提高生產(chǎn)效率和能力， 因而可創(chuàng)造結(jié)構(gòu)緊湊 的新型冶煉爐系列， 既有利于節(jié)能減排， 又可降低行業(yè)設(shè)備投資和提 高經(jīng)濟(jì)效益。新型冶煉爐具有節(jié)能（噸產(chǎn)品電耗可降低15%左右） 環(huán)保和安全的綜合優(yōu)勢(shì)， 爐氣綜合利用又促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)和使企業(yè)增加 效益。這種新型冶煉爐適應(yīng)國(guó)家方針且居于技術(shù)前沿， 在傳統(tǒng)工業(yè)爐 窯節(jié)能減排技術(shù)改造中有巨大應(yīng)用潛力， 可創(chuàng)造顯著地經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效二、等離子體技術(shù)是固廢處理的新一代先進(jìn)技術(shù)處理固廢時(shí)，與焚燒完全不同的等

8、離子體技術(shù)是一種氣化技術(shù)， 由于其高溫和高熱密度， 等離子技術(shù)幾乎能將碳基廢物中的有機(jī)物完 全轉(zhuǎn)化成合成氣（主要為CO和H2）,而無機(jī)物則可變成無害灰渣（玻 璃體）。對(duì)于固體廢棄物中的城市生活垃圾、 工業(yè)垃圾和有害廢棄物， 等離子體技術(shù)在國(guó)外已被證明是一種可靠的處理措施。 比起其他熱解 和燃燒系統(tǒng)， 等離子體技術(shù)能更有效地運(yùn)行， 因此被稱為第三代焚燒 技術(shù)即“熔融氣化”技術(shù)。國(guó)外有些公司應(yīng)用等離子體炬與等離子氣化技術(shù)已有30 多年的 經(jīng)驗(yàn)。由于等離子體爐內(nèi)的操作溫度可達(dá) 1200C 1500C，因此處理 固體廢物包括城市固體垃圾、 危險(xiǎn)垃圾、工業(yè)垃圾、 建筑垃圾、輪胎、 地毯、汽車粉碎殘?jiān)?、?/p>

9、體與泥漿等，以及石油焦、劣質(zhì)煤和生物質(zhì) 等都取得了成功。固體廢物的等離子氣化處理系統(tǒng)雖是一個(gè)新的應(yīng)用， 但都是由使 用非常成熟的子系統(tǒng)組成的。等離子體爐出來的合成氣的處理過程， 與化學(xué)工業(yè)的煤氣化爐出來的合成氣的處理過程基本相同。 我國(guó)煤化 工歷史悠久且積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。 北京冠川擁有專門的技術(shù)團(tuán)隊(duì)， 具 有良好的開發(fā)等離子氣化技術(shù)和設(shè)備的基礎(chǔ)和條件。等離子體技術(shù)處理固體廢棄物有良好的經(jīng)濟(jì)性， 更有其他技術(shù)不 可比擬的無害化效果，可達(dá)到美、日和歐洲最嚴(yán)格的環(huán)保要求。用等 離子體技術(shù)處理電子和醫(yī)療危廢以及污水污泥不僅能解決目前的環(huán) 保難題，而且項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性要明顯優(yōu)于現(xiàn)有的處理技術(shù)。垃圾處理和固廢

10、綜合利用是“十二五”節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展的 重要內(nèi)容。等離子體技術(shù)的推廣和應(yīng)用有巨大的市場(chǎng)潛力。三、等離子體技術(shù)在利用生物質(zhì)材料和劣質(zhì)煤方面大有可為中國(guó)有豐富的生物質(zhì)材料（秸稈、速生樹林等） ，國(guó)家也鼓勵(lì)生 物質(zhì)材料用于發(fā)電和制取化學(xué)品。 特別是在荒漠和河灘地區(qū)， 鼓勵(lì)種 植速生林木， 從而將綠化和生物質(zhì)材料的利用很好結(jié)合起來。 用等離 子體爐處理各類生物質(zhì)材料是很好的選擇， 不僅效率高而且設(shè)備結(jié)構(gòu) 緊湊，能力調(diào)節(jié)靈活。相比于用其他大型的工業(yè)爐來處理生物質(zhì)材料， 等離子體爐會(huì)有更強(qiáng)的市場(chǎng)潛力。 國(guó)外已有垃圾摻秸稈作等離子體爐 原料來生產(chǎn)乙醇的示范項(xiàng)目，也有一定的示范意義。中國(guó)煤碳資源豐富， 但也有

11、大量的劣質(zhì)煤。 充分利用各類劣質(zhì)煤 是現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)和潔凈煤利用技術(shù)的重要課題。 特別是中國(guó)目前存 在的中小型煤化工廠需要優(yōu)質(zhì)的無煙塊煤作為原料， 采用傳統(tǒng)的常壓 間歇式煤氣化爐生產(chǎn)合成氣， 不僅原料價(jià)格高和供應(yīng)困難， 而且效率 較低和產(chǎn)生大量的 CO2 氣體，充分利用劣質(zhì)煤以節(jié)約資源，并采用等 離子體爐來進(jìn)行這類煤化工廠的技術(shù)改造， 不僅規(guī)模合適， 流程匹配 且能節(jié)約投資，已受到煤化工企業(yè)的歡迎。四、用等離子體技術(shù)對(duì)接現(xiàn)有固廢處理裝置并提升其水準(zhǔn)有較大意義 等離子體技術(shù)對(duì)接現(xiàn)有的城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠，可幫助工廠 很好解決運(yùn)營(yíng)中的大難題危廢飛灰的固化處理和專門填埋。具體 措施是采用等離子體爐對(duì)飛灰進(jìn)行重熔并使熔渣激冷形成無害的玻璃 體。等離子體技術(shù)對(duì)接現(xiàn)有的工業(yè)、醫(yī)療和電子危廢處理裝置，可用 緊湊高效的等離子體爐取代現(xiàn)有的焚燒爐和二燃室。等離子體爐不僅 更徹底摧毀危廢中的毒素和可靠地保證處理危廢的無害化效果，而且還可很好解決液體危廢的處理問題，同樣也可改善裝置的經(jīng)濟(jì)性。等離子體技術(shù)對(duì)接現(xiàn)有的污水污泥處理裝置，可實(shí)施先進(jìn)合 理的一攬子解決方案，即無需添加輔助燃料，就能很好解決高含水率 脫水污泥預(yù)干燥（干化）的熱源和全流程熱量自平衡問題。這個(gè)一攬 子解決方案與現(xiàn)有的各種污泥處理工藝相比，是環(huán)保優(yōu)勢(shì)最明顯、經(jīng) 濟(jì)效益最佳的技術(shù)路徑。等離子體技術(shù)對(duì)接現(xiàn)有的以回收和拆