1、危险废物等离子体危险废物等离子体/焚烧处理技术焚烧处理技术力学所工程科学研究部力学所工程科学研究部内容内容 引言引言 力学所的危废工作基础力学所的危废工作基础 危废处理实例危废处理实例化武化武 下一步工作计划下一步工作计划 科学与工程问题研究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）处理三类废物的两种炉型（三种工艺流程）结束语结束语危险废物危险废物(Hazardous Waste)国家危险废物名录（巴塞尔公约）国家危险废物名录（巴塞尔公约）HW01 HW47，多数有机化合物，多数有机化合物 医疗医疗/医药废物等医药废物等 化学品与化工废料化学品与化工废料 PCBs、PCDD/F
2、s、氰化物、氰化物 含有毒重金属废物含有毒重金属废物 焚烧处置残渣焚烧处置残渣 废矿物油、油漆、染料、涂料废物废矿物油、油漆、染料、涂料废物 爆炸性废物爆炸性废物 其他其他 危险废物焚烧污染控制标准危险废物焚烧污染控制标准 GB18484-2001国内外危废处理现状国内外危废处理现状 高温热处理技术高温热处理技术 焚烧焚烧/热解热解/等离子体等离子体/熔融熔融/微波微波/红外红外 化学方法化学方法 Findon,SCWO,电化学氧化等电化学氧化等 国际：国际：焚烧焚烧 等离子体热解等离子体热解/玻璃化（玻璃化（PP/V）化武、低放、焚烧炉飞灰等化武、低放、焚烧炉飞灰等 国内：国内：仅部分得到处
3、理（焚烧仅部分得到处理（焚烧/水泥窑）水泥窑）电子废物电子废物氰化物氰化物黄金黄金 等离子体热解，环保效果好，国家环保局引进示范等离子体热解，环保效果好，国家环保局引进示范工程工程发展方向发展方向美国星科美国星科热处理技术热处理技术 等离子体等离子体/焚烧：焚烧：高温使化学键断裂高温使化学键断裂无机化无机化 前前/后处理原理相同后处理原理相同 氧化气氛：放热氧化气氛：放热 彻底氧化彻底氧化 尾气量大尾气量大空气中氮空气中氮78%，辅助燃料燃烧，辅助燃料燃烧 还原气氛：吸热还原气氛：吸热 有机物裂解，无机物还原有机物裂解，无机物还原 热源：传热，热源：传热，等离子体加热等离子体加热 尾气量小：裂
4、解气（氧化法的尾气量小：裂解气（氧化法的 5-10%）危废相关基础危废相关基础等离子体研究等离子体研究学科带头人学科带头人吴承康院士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）危废相关工作基础危废相关工作基础 燃烧研究为基础，燃烧研究为基础，1991，所长基金启动焚烧，所长基金启动焚烧 废物焚烧废物焚烧 基础研究
5、基础研究 小型医疗废物炉、流化床焚烧炉小型医疗废物炉、流化床焚烧炉 等离子体热解实验等离子体热解实验 化学武器销毁、电子废物、医疗废物化学武器销毁、电子废物、医疗废物 工程可研工程可研+工程设计（工艺设计）工程设计（工艺设计）嘉兴垃圾焚烧国家经贸委示范工程嘉兴垃圾焚烧国家经贸委示范工程 前、后处理前、后处理/发电系统发电系统焚烧技术基础研究焚烧技术基础研究 非均匀布风内旋流流化床（院八五重点，非均匀布风内旋流流化床（院八五重点，50kg/h，煤煤,MSW,医疗医疗,RDF）燃烧特性燃烧特性 流动特性流动特性 传热特性传热特性 建立设计计算方法建立设计计算方法 协助引进三井技术协助引进三井技术
6、小型医疗垃圾焚烧炉小型医疗垃圾焚烧炉 所长基金，所长基金，1995，50kg/h 80，120kg/h 立式系列立式系列 100-500kg/h 卧式系列卧式系列0.02.04.06.08.0NuNumber ofExperimentation0.02.04.06.08.0NuNumberofCal cul at i onCFB固废焚烧技术固废焚烧技术 院院“九五九五”重大项目重大项目 预处理系统、燃烧特性、传热特性预处理系统、燃烧特性、传热特性 上庄示范基地（上庄示范基地（100t/d 生活垃圾）生活垃圾）非典垃圾焚烧非典垃圾焚烧 嘉兴嘉兴-国家经贸委示范工程国家经贸委示范工程 工艺设计总负
7、责人，盛宏至工艺设计总负责人，盛宏至 成功并网发电，成功并网发电，12MW，300t/d X 2 投资投资=进口技术进口技术 1/4采用采用“外置过热器外置过热器”HCl 高温腐蚀问题高温腐蚀问题垃圾焚烧的世界性难题垃圾焚烧的世界性难题 国际：国际：蒸汽温度限制蒸汽温度限制320C，发电效率，发电效率14%高镍铬合金材料制造过热器高镍铬合金材料制造过热器 国际首创，引入工程实际国际首创，引入工程实际 450C/3.82MPa，发电效率，发电效率21%HCl=500 ppmHCl=12 ppm固废处理相关工作固废处理相关工作 环保产业协会顾问环保产业协会顾问 执笔起草环保产品标准执笔起草环保产品
8、标准2项，国外标准项，国外标准/国内现状国内现状 小型焚烧炉小型焚烧炉 HJ/T-18-1996 国内首部有关焚烧标准，成为范本国内首部有关焚烧标准，成为范本 危险废物焚烧炉危险废物焚烧炉HBC XXXX-2002，报批中，报批中 参与多项焚烧污染控制标准的制定参与多项焚烧污染控制标准的制定 相关政策制定相关政策制定 环保产品鉴定环保产品鉴定/评审评审 专家咨询专家咨询 计委中咨公司计委中咨公司 各省市环卫各省市环卫/环保局环保局 城市建设机械协会城市建设机械协会 垃圾处理专业委员会副主任垃圾处理专业委员会副主任力学所相关工作和成果力学所相关工作和成果 多年积累多年积累+学科基础学科基础 各种
9、等离子体技术（吴承康，各种等离子体技术（吴承康，960kW电弧风洞，电弧风洞，1961）焚烧和等离子体技术焚烧和等离子体技术危废热处理危废热处理综合优势综合优势 氧化氧化/裂解裂解 提出还原气氛（基于冶金技术的积累）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等离子体处理危废的新方向 高环保标准，低成本高环保标准，低成本尾气量小尾气量小 广泛国际学术交流，新思想广泛国际学术交流，新思想 国际燃烧大会，等离子体大会，国际燃烧大会，等离子体大会，IT3，ICIPEC等等 美、加、德、英、法、日、韩、泰等美、加、德、英、法、日、韩、泰等 系统集成技术经验：前处理、后处理等系统集成技术经
10、验：前处理、后处理等 不同类型问题不同类型问题等离等离子体子体弧发弧发生器生器250 kW30 kW高频高频发生器及设备发生器及设备100 kW高频高频实例实例日本遗弃化武日本遗弃化武 5000吨，在中国处理，日本方案存在环境后遗症吨，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总参兵种部履约事务局/外交部日本化武办外交部日本化武办 含砷量大含砷量大、处理难度大，遍及、处理难度大，遍及14省数十处省数十处 毒剂类型多：毒剂类型多：HD、L、DA、DC、光气、光气 弹量大、弹种复杂、规格多、弹体结构复杂弹量大、弹种复杂、规格多、弹体结构复杂 弹体炸药装量大，弹体破碎困难弹体炸药装量大
11、，弹体破碎困难 弹体敏感度高，易爆炸弹体敏感度高，易爆炸 保存条件极差，污染物多保存条件极差，污染物多 创新点：创新点：控制引爆控制引爆+还原气氛还原气氛砷还原砷还原 国际无先例，氧化法国际无先例，氧化法As2O3 2001-7：“用控制引爆用控制引爆交流等离子体技术销毁日本遗弃化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）：小型机动式销毁装置（日本尚无此技术）主任基金主任基金+创新经费，原理性装置创新经费，原理性装置小型机动式化武销毁装置小型机动式化武销毁装置 尾气量仅为焚烧法的尾气量仅为焚烧法的2-5
12、%处理时间短，设备尺寸小，车载处理时间短，设备尺寸小，车载 20kg/h，所有弹种，所有弹种化学战剂销毁实验化学战剂销毁实验-2002 总装防化兵研究院：总装防化兵研究院：3-30 9-27 DM(Adams)C12H9NClAs DM+造渣材料造渣材料 连续进料连续进料/出渣出渣 玻璃体性质稳定玻璃体性质稳定实验结果实验结果-2002 3-30 批处理，渣含砷批处理，渣含砷3%总砷：渣总砷：渣35%，气体（碳黑），气体（碳黑）65%9-27 连续进料，连续进料，20-30kg/h 增加总渣量增加总渣量/减少渣含砷量，提高渣对砷的减少渣含砷量，提高渣对砷的捕集量捕集量 改进气体改进气体/颗粒中
13、砷捕集方法颗粒中砷捕集方法医疗、电子废物实验医疗、电子废物实验模拟肢体：肉模拟肢体：肉塑料、橡胶塑料、橡胶 残渣残渣电子废物电子废物等离子体裂解处理尾气排放等离子体裂解处理尾气排放表中：表中：CO、NOx、SO2 是中科院生态中心为力学所试验测试的数据。是中科院生态中心为力学所试验测试的数据。PCDD是参考美国是参考美国Startech公司提供的数据，等离子体炉的公司提供的数据，等离子体炉的PCDD 排放为美国焚烧炉排放新标准限制值的排放为美国焚烧炉排放新标准限制值的1/1250左右。左右。种种 类类单单 位位GB18484等离子体等离子体美国标准美国标准 德国标准德国标准 荷兰标准荷兰标准P
14、CDD/Fs ng/Nm3（TEQ）0.50.00010.140.210.10.1颗粒物颗粒物mg/Nm3800.380.69 COmg/Nm31001.251.75 NOxmg/Nm35000.030.0520020070SO2mg/Nm34000.290.38505040THCmg/Nm3 0.180.35 三相工频等离子体炉特点三相工频等离子体炉特点 1980年代，冶炼铌铁，年代，冶炼铌铁，150kW实验炉实验炉 八五重大成果、八五重大成果、97院三等奖，发明专利院三等奖，发明专利 1000kW工业冶金炉工业冶金炉 特殊交流稳弧电路，三个电极形成球形电弧特殊交流稳弧电路，三个电极形成球形
15、电弧 不依赖于炉料的导电性不依赖于炉料的导电性 能量集中，弧温高，高温冶金能量集中，弧温高，高温冶金 设备简单，电热转换效率高设备简单，电热转换效率高 可随时开停炉可随时开停炉 H2等离子体还原气氛等离子体还原气氛 处理有机废物的优点：处理有机废物的优点：还原气氛，尾气量小还原气氛，尾气量小 无无PCDDs、SO2、NOX、CO生成条件生成条件交流等离子体交流等离子体150 kW实验炉实验炉1000 kW工业冶金炉工业冶金炉（广西）（广西）工业炉工业炉工程应用的问题工程应用的问题 工艺配套：前处理工艺配套：前处理-实处理实处理(氧化氧化/还原还原)-后处理后处理 进料、出渣：处理对象不同进料、
16、出渣：处理对象不同 工作效率：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，集尘干、湿、半干，碱吸收，集尘 温度、尾气监测温度、尾气监测 自动化、可操作性自动化、可操作性 可靠性、寿命可靠性、寿命 成本控制成本控制 危废等离子体处理技术方案危废等离子体处理技术方案 基础：现有炉子基础：现有炉子 交流等离子体交流等离子体 创新点：创新点：还原气氛还原气氛 优化方案：弧优化方案：弧/炬，还原炬，还原/氧化氧化对象对象 针对针对3类不同对象，类不同对象，提出不同设计方案提出不同设计方案 优化等离子体发生技术优化等离子体
17、发生技术 直流直流 弧弧/炬炬 性能稳定性能稳定 国际通行国际通行 交流交流 工频工频 弧弧/冶金冶金 医疗医疗/化学化学/电子电子 高频高频 用得少用得少 无电极污染无电极污染 效率低效率低 成本高成本高 载气：氧化、中性、还原载气：氧化、中性、还原技术方案优化技术方案优化 三类废物：三种工艺流程及两种炉型三类废物：三种工艺流程及两种炉型医疗医疗化学品化学品电子电子等离子体炬等离子体炬等离子体弧等离子体弧H2Air后处理后处理渣渣玻璃体玻璃体合金合金后处理后处理后处理后处理增强裂解增强裂解医疗垃圾医疗垃圾 体积大，量大，轻，病原体，热值高，渣少体积大，量大，轻，病原体，热值高，渣少 炉膛放大
18、几十倍：能量扩散保证高温环境炉膛放大几十倍：能量扩散保证高温环境 加大载气量加大载气量 组织流动组织流动 等离子体炬（射流）等离子体炬（射流）连续工作，进料：连续工作，进料：大尺寸、整包装，进料口大，严密隔离防护大尺寸、整包装，进料口大，严密隔离防护 空气向内泄漏，石墨电极空气向内泄漏，石墨电极/炉壁烧蚀炉壁烧蚀 医疗垃圾热值高医疗垃圾热值高利用利用-加空气，经济性加空气，经济性 空气等离子体增强裂解空气等离子体增强裂解+二燃室增强焚烧二燃室增强焚烧 高温耐火材料（冶金）高温耐火材料（冶金）/水冷金属电极水冷金属电极增强裂解增强裂解医疗垃圾（续）医疗垃圾（续）等离子体增强裂解，利用垃圾自身能量
19、等离子体增强裂解，利用垃圾自身能量 高温空气（高温空气（3000C）+部分燃烧放热部分燃烧放热 比比N2等离子体（等离子体（800-1500C,800kW-h/T）裂解温度高（裂解温度高（1200C），反应快），反应快 电耗减少电耗减少80%比纯焚烧温度高，二次污染少比纯焚烧温度高，二次污染少 PCDDs、CO、HC、NOx、颗粒物、颗粒物 可燃气体二次燃烧可燃气体二次燃烧 颗粒物量少颗粒物量少 尾气处理简单尾气处理简单等离子体矩空气空气空气增强裂解增强裂解医疗垃圾处理流医疗垃圾处理流程程医疗垃圾医疗垃圾进料机进料机裂解炉裂解炉二燃室二燃室降温降温/净化净化袋式除尘袋式除尘烟囱烟囱引风机引风机
20、空气等离空气等离子体炬子体炬飞灰飞灰渣渣空气空气水水空气空气裂解裂解/还原还原化学品化学品/电子废物电子废物 密度较大，炉膛增大数倍密度较大，炉膛增大数倍 还原气氛还原气氛：裂解：裂解/还原还原 玻璃体玻璃体/合金合金 工作温度高，处理费用较高工作温度高，处理费用较高 石墨电极、坩埚石墨电极、坩埚 特点特点 物料通过弧心，减少载气量物料通过弧心，减少载气量 尾气量小，便于湿法处理尾气量小，便于湿法处理 湿法净化湿法净化 问题问题 玻璃体性质及有害物质捕集能力玻璃体性质及有害物质捕集能力 尾气处理工艺尾气处理工艺化学品化学品/电子废物处理流程电子废物处理流程化学品化学品/电子电子破碎破碎/进料进
21、料等离子体弧炉等离子体弧炉净化净化燃烧室燃烧室烟囱烟囱引风机引风机污水处理污水处理玻璃体玻璃体/合金合金氢氢中和剂中和剂造渣材料造渣材料空气空气研究发展计划研究发展计划 技术、工艺路线优化的原则技术、工艺路线优化的原则 根据处理对象设计工艺流程根据处理对象设计工艺流程 实验室装置改进：多种工艺实验室装置改进：多种工艺后处理（气）后处理（气）两种炉型：两种炉型：还原气氛裂解中试炉还原气氛裂解中试炉 5t/d电子废物示范基地电子废物示范基地中关村科技园区，核心设备中关村科技园区，核心设备150万万 10t/d危废示范工程，全套设备研制危废示范工程，全套设备研制600万万 等离子体增强裂解等离子体增
22、强裂解 5t/d医疗废物医疗废物主要设备约主要设备约100万万 开发关键技术开发关键技术 配套技术借鉴成熟工业技术，加以集成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利用力学所已有的等离子体技术方面的积累 合作单位：合作单位：中科院生态中心中科院生态中心化工流程及环境监测化工流程及环境监测 信息产业部电子工程设计院信息产业部电子工程设计院电子废物处理规划电子废物处理规划 中关村科技园区中关村科技园区示范基地示范基地 企业企业投资、推广投资、推广 防化兵防化兵小型化武小型化武结束语结束语 有等离子体和焚烧方面工作基础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有废物处理系统集成工程经验 针对三类废物的方案合理针对三类废物的方案合理 分类处理的研究发展计划可行分类处理的研究发展计划可行谢谢 谢谢 ！
