導讀：2017年，我國城市生活垃圾焚燒總量約為9468萬噸，約占垃圾處理總量的40%，垃圾焚燒中產生的二次污染（二噁英）是制約焚燒規(guī)模的最大因素。本文介紹的等離子體氣化技術始于20世紀60年代，如今已經廣泛應用于材料加工、環(huán)保等領域，可從廢棄物中提取可回收物品，轉換碳基廢物為合成氣。在危險廢物處理領域應用等離子體氣化技術，已逐漸成為研究熱點。

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等離子氣化技術簡介

1. 等離子體：并非一般物質的常見的氣、液、固三態(tài)，它屬于物質的第四種狀態(tài)，是一種高溫，離子化和傳導性的氣體，在氣體電離后形成，具有宏觀尺度內的電中性與高導電性。

2. 等離子體氣化技術：通過等離子炬產生高達約5000K的熱源，將氣化爐保持在1300℃～1500℃高溫（1200℃以上的溫度能使二噁英的主要成分——苯環(huán)徹底瞬間裂解），將垃圾中的有機成分轉化為合成氣，其他物質則變成類似玻璃體的熔渣。合成氣可進行發(fā)電，也可用來生產乙醇、甲醇和生物柴油；熔渣可加工成為建筑材料。

3. 等離子體氣化工藝：包括預處理裝置+等離子氣化爐+合成氣凈化裝置等。

按照工藝流水線劃分，可分成以下幾個組成部分：①危險化學廢棄物儲存及送料系統(tǒng)；②等離子氣化爐；③控制中心；④合成氣凈化及檢測系統(tǒng)；⑤爐渣處理系統(tǒng)；⑥熱量回收系統(tǒng)。

4. 等離子氣化產物：

（1）合成氣

經過濾器和脫硫器后產生的清潔合成氣主要由氫、一氧化碳和少量的甲烷組成，這三種物質均為可燃物（占合成氣的95.9％），二氧化碳僅占4.1％。幾乎不含粉塵、二氧化硫、碳黑、氮氧化物等有害物質，接近零排放。

（2）玻璃化渣

等離子氣化爐產生玻璃化渣作為副產品，這些副產品可安全用作建材等應用，不會污染土壤或者飲用水。

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核心設備介紹

等離子氣化爐

等離子氣化爐中產生的等離子體，由等離子火炬采用380V交流電產生。等離子體的發(fā)生裝置功率在5kW～300kW，溫度可達4000℃～7000℃，射流速度超過200m/s，工作氣體為氮氣、空氣、氫氣等。在高強度熱源下，基本粒子的活動能量遠大于任何分子間化學鍵的作用，物質的微觀運動以原子熱運動為主，原有物質被打碎為原子物質，以破壞有害成分或使其喪失活力，從而將復雜的物質轉化為簡單的無害物。

目前，世界上最大的等離子體氣化熔融爐位于美國（西屋G65爐），處理規(guī)模在1000噸/天。設備的關鍵部件主要是等離子體棒和熱解爐隔溫材料，等離子體氣化設備之所以造價高，主要不在于材料成本，而是技術壟斷。

1）極少的進料預處理要求

– 極少的粉碎要求

– 極少的分類要求

2）處理原料種類廣泛

– 生活垃圾，廢舊輪胎，工業(yè)廢物，污泥等混合進料

– 根據進料可供性來優(yōu)化，減少對原料的依賴

3）可靠性強

– 可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下操作

4）能耗低

5）低污染

– 凈化后的合成氣燃燒類似天然氣

– 玻璃化的底渣為惰性，不會污染土壤和地下水

–減少的溫室氣體排放

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等離子體氣化技術 VS 回轉窯焚燒技術

國內外大多危廢處置企業(yè)采用的回轉窯焚燒技術，并不能徹底解決危廢的無害化處置難題：揮發(fā)性金屬隨著煙塵排除形成新的污染物，非揮發(fā)性金屬則沉積在爐渣中增加了處理成本。種種現(xiàn)實難題促使人們將原本應用于航天領域的等離子體氣化技術，應用到危廢和城市垃圾處理領域。

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等離子氣化技術發(fā)展現(xiàn)狀

1. 國外發(fā)展現(xiàn)狀

目前等離子體氣化技術發(fā)展較成熟的國家包括美國、加拿大、法國、英國、瑞士、日本以及以色列等。美國的Westing house Plasm公司、Retech公司、IET公司、PEAT公司、Startech公司，法國的航太公司，英國的Tetronics公司以及以色列EER公司的等離子體處理技術均已實現(xiàn)商業(yè)化運轉。

其中，美國西屋等離子炬公司是世界上最早發(fā)明和利用等離子火炬進行航天試驗和民用推廣的公司，前身由美國國家宇航局和美國西屋電氣公司聯(lián)合投資設立。根據西屋采用MSW等離子氣化系統(tǒng)，采用1個氣化爐＋合成氣冷卻凈化裝置（包括合成氣冷卻余熱鍋爐），大型項目處理規(guī)模1000噸/日；中型項目處理規(guī)模250噸/日；小型項目處理規(guī)模100噸/日。

2. 國內發(fā)展現(xiàn)狀

國內處理城市生活垃圾的方式以填埋和焚燒為主，由于國內等離子體氣化技術發(fā)展時間較短，缺乏運營經驗，等離子體氣化技術在我國尚未得到廣泛的產業(yè)化應用。國家已將醫(yī)療垃圾等離子體無害化處理裝備納入《國家鼓勵發(fā)展的重大環(huán)保技術裝備目錄2014版》中：

目前，國內采用等離子體氣化技術處理城市生活垃圾及危廢的時機已經成熟，有少數工程案例已經開始得到實踐，但整體規(guī)模不超過100噸/天，還存在很大的發(fā)展空間。以下為部分采用等離子技術進行垃圾處理的企業(yè)：

1）西安航天源動力工程有限公司

2018年3月，公司自主研發(fā)建設的等離子體爐渣氣化熔融固廢處理示范工程項目，在江蘇鹽城連續(xù)穩(wěn)定運行超30天，有機污染物焚毀率可達99.99%。其等離子體氣化爐在設計中依托液體火箭發(fā)動機仿真模擬優(yōu)勢技術及合理的結構布局，可實現(xiàn)有機氣化與無機熔融的完美結合。等離子體炬提高了使用空氣作為工作氣體的電極壽命（>600小時），高于國內平均水平的3倍；熱效率達到80%，高于國內平均水平的20%，使用成本較國內平均水平降低1/3。

2）吉天師能源科技(上海)有限公司

2012年開始設計、制造了國內首套30噸/天的工業(yè)化規(guī)模的等離子體氣化熔融系統(tǒng)，并于2013年完成安裝調試。2014年和上海市固體廢物處置中心及上海大學在上海市科委立項，2017年5月23日通過上海市科委組織的驗收。該系統(tǒng)的處置規(guī)模為30噸/天，處置對象為危險廢棄物（醫(yī)廢/飛灰綜合處理示范工程），系統(tǒng)最長連續(xù)穩(wěn)定運行90天，?；鲂詸z測完全達標，各項尾氣排放參數均達到歐盟2000標準，直接運行成本低于2000元/噸。

3）中國光大國際有限公司

2016年12月，光大國際與安徽省定遠縣人民政府簽署投資協(xié)議，投資建設定遠危廢處理項目，項目處理規(guī)模為50000噸/年，以BOO模式分兩期投資建設，投資額3.54億元，經營期30年，主體工藝采用等離子強化氣化技術。

4）山東魯抗中和環(huán)?？萍加邢薰?/span>

公司設有處理規(guī)模為20000噸/年的危險廢物等離子氣化爐處理系統(tǒng)，自2017年6月試運行以來運行情況穩(wěn)定，主要處理其所在園區(qū)產生的抗生素菌渣、污泥、廢活性炭、廢藥品、廢溶劑、精餾殘渣、廢催化劑等十多種危險廢物。系統(tǒng)各項污染物排放能滿足相應排放標準。

5）江蘇遠創(chuàng)環(huán)保公司

2017年3月，遠達環(huán)保（600292）與南京創(chuàng)能電力科技開發(fā)有限公司以現(xiàn)金方式共同出資成立江蘇遠創(chuàng)環(huán)?？萍加邢薰?，負責等離子氣化熔融技術開發(fā)及應用，實施等離子氣化熔融技術治理危廢項目的開發(fā)、投資、建設和運營等。