Application of plasma gasification and melting technology in hazardous waste treatment

危险废物是指列入《国家危险废物名录》或根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有毒性、腐蚀性、易燃性、反应性或感染性等一种或几种危险特性的废弃物，包括固态、半固态和液态废弃物。目前列入《国家危险废物名录》（2021 版）的危险废物有 46 大类别 479 种。

受到危险废物名录调整、“清废行动”及环保督察的影响，我国危废处置市场快速增长。特别是2020年，受到春节期间爆发新冠肺炎疫情的影响，预计全国医疗废物产出量增幅将超过 20%，受医疗废物产出量增长推动，2020 年我国危废产量或将超过 10 000 万t。 国内危险废物的处理方式可分为资源化利用和无害化处置。资源化利用主要有湿法冶炼、火法冶炼提取贵金属，废矿物油 / 有机溶剂回收等，经过多年发展，供需基本达到平衡。无害化处置的主要技术有安全填埋、回转窑焚烧、水泥窑协同焚烧以及以等离子气化熔融为代表的新兴处置技术等。按照危废平均处置价格为 3 500 元 /t 测算，2020年危废无害化处置市场空间将达到 1 000 亿元。以万吨投资规模6 000 ～ 8 000 万元计，到 2020 年危废无害化处置工程建设新增市场规模将达到 800 亿元。由于技术研发能力弱、资质审批时间长、资质与需求错配等因素限制，危废处理市场上供需矛盾突出、产能缺口巨大。为了应对种类繁多的危险废物，人们要提升技术的适用性。在众多危险废物处理技术中，等离子气化熔融技术原料适应性强、环保性好，是实现危险废物无害化与资源化处置极具发展前景的一种技术，对该技术的研究推广正当其时。

1  等离子气化熔融处置技术

等离子气化熔融处置技术是利用等离子体炬使惰性气体发生电离，形成 4 726.85℃的等离子体电弧，在超高温、缺氧环境及反应活性粒子的作用下，危废中的有机物被分解成含氢气、一氧化碳、水等气体的合成气，可用作燃料或化工原料；无机物被熔融形成玻璃体炉渣（主要成分为硅酸盐和金属），可用于回收金属和制作建筑材料。等离子气化熔融处置技术具有固体危废减量化

效果好（熔渣密度大）、二次排放低（二噁英前驱物分解彻底）、热效率高、经过处理后的残渣不需要二次填埋等优点，单独使用可处置 HW01 ～ HW13、HW15 ～ HW25、HW27、HW29、HW34 ～ HW37、HW39、HW40、HW46 ～ HW50 等 大 多 数 危 废（ 共计 37 大类），特别适合处置低热值、高毒性的危废，如医疗垃圾、石棉废物、回转窑焚烧飞灰和炉渣等。

2  危废处置行业发展趋势预测

危废的种类繁多，特性复杂，区域分布广泛，且单个产废企业产量小。危废的转移受到国家层面的严控，比如，西部多省份禁止省外危废转入；江苏省要求做到危废不出市，就地安全处置。危废的处置有严格的资质要求，资质申请门槛高，难度大，周期长。随着环保督查趋严及工业企业“入园”工作的不断推进，危废处置设施将作为工业园区配套的公共设施，助力园区做到污染物零排放。基于以上情况，结合危废处理处置的全周期管理政策及规范分析，危废处置项目未来的处置终端建设形式有：区域性规划体系内的危废处置中心；园区和产废单位配套危废处置厂 / 车间；产废企业内资源化利用、无害化处置工艺改造；小型移动式成套装置产废企业内现场处置服务。等离子气化熔融处置技术虽然运行成本较高，但因其适应性极强、环保性极好，越来越受到行业的青睐，其在国内正处于技术示范阶段，尚未得到大规模应用，具有较好的市场前景。

3  离网式电源耦合等离子体处理危废的系统

结合行业发展趋势，下面介绍一种适用于工业园区的离网式电源耦合等离子体处理危废的系统，如图 1 所示。

布置在园区内的光伏面板吸收入射的太阳光转换成为电能被蓄电池组吸收，然后通过 DC/DC 转换器调节、整合，以稳定的电压输出，供给等离子体危废处理系统使用。系统运行时，等离子体炬将电能直接转化为电离的、中心温度约为 5 000 ℃的高温气体。危险废物经破碎等预处理后，由给料机推入等离子体气化炉内。在等离子体炬产生的高温射流作用下，危险废物中的有机物热解气化成 CO、H2 等可燃气体，由炉顶合成气出口排出，进入二燃室。无机物则在炉底形成高温熔融物，经水激冷后形成玻璃体渣，从炉底排渣口排出，作为一般固体废物储存。同时，废液经废液泵进入废液烧嘴，在二燃室中进行混燃形成高温烟气，高温烟气进入混风室冷却至 175 ℃，经半干法脱酸装置除去酸性气体后进入除尘器除尘。除尘后的烟气由引风机送入烟囱排放。在二燃室、混风室、半干法脱酸装置、除尘器处收集的飞灰和废液返回进料斗处，与危险废物混合后进入等离子体气化炉内再次熔融处理。合成气可以根据园区的需求净化后作为一般工业原料，也可将混风室改为余热回收装置，为园区供热。等离子体气化炉运行时，除了需要一定量的洁净压缩空气以产生等离子体外，等离子体炬壳体需要去离子水冷却。同时，需要一定的辅助风将能量非常集中的等离子体热能均匀化。在反应过程中，要添加适量辅料，如焦炭、石灰石、玻璃渣等。焦炭的功 能是在反应炉内形成一个有空隙的炉床。熔融的无机物通过空隙落入反应炉底的熔浆池。同时，焦炭也提供了熔化无机物的一部分热能。石灰石的作用是增加熔浆的流动性，同时起到一定的酸碱中和作用。当物料中硅的成分较少时，要添加一些玻璃渣，以便得到

质量较好的玻化渣。离网式电源耦合等离子体处理危废系统是几个成熟子系统技术的组合：光伏发电、等离子体炬、合成气净化以及合成气用于发电或制取化学品都是被国内企业掌握了的成熟工艺，各模块设备通用性强，装置结构简单，占地面积小，一个日处理量为 5 t 的系统占地面积只有 100 m2 （不含光伏），因此，从技术的可行性上讲，项目建设只需要做好子系统的结合和完善流程即可，具有普及的可能。