Application system of electromagnetic plasma gasification technology

Introduction to the process principle of Greenmax plasma gasification technology

等离子体裂解气化工艺是利用等离子体所具有的高热焓、高温、能量高度集中、极高的电热转换效率和极快的反应速度等优良特性， 通过对空气的电离在气化炉的裂解室内（又称一燃烧室），瞬间就可使等离子体炬四周产生2000–10000℃以上的高温， 使垃圾在1200-1400℃的高温条件下迅速裂解、气化成以CO、H2和部分有机小分子（CmHn）为主并含有少量SO2、NOn、HCI、HF等酸性气体的混合可燃性气体，这些可燃气体进入二燃室充分燃烧（温度可达1100℃以上），尾气经净化后达标排放；垃圾中所含的玻璃、金属等无机物则在高温条件下熔融成类似玄武岩状的完全没有活性和毒性的固体物质， 这类物质可直接填埋或综合利用。

等离子体是物质存在的一种状态，与固态、液态和气态并列。和物质的另外三态相比，等离子体可以存在的参数范围异常的宽广（其密度、温度以及磁场强度都可以跨越十几个数量级），等离子体的形态和性质受外加电磁场的强烈影响，并存在极其丰富的集体运动（如各种静电波、漂移波、电磁波以及非线性的相干结构和湍动），因而能量极为集中，并具有极高的电热效率（85%以上），产生的高温可以还原一切难以还原和难溶的物质，瞬间即可完成，因而目前得到广泛的重视和应用。“等离子体特种垃圾焚烧炉”采用等离子体技术通过对空气进行电离，在千分之一秒内即可达 500℃—1500℃，所有有毒物质及有毒气体将在高温下快速裂解，因而不会产生二恶英等有毒气体，杜绝了二次污染情况的出现。

A、当垃圾投入到“等离子体特种垃气化炉”中后，有机垃圾在等离子体中，迅速脱水、热解、裂解，产生以 H2、CO2 和部分有机气体等为主要成份的混合可燃性气体，再经过二次燃烧达到减容化、无害化。无机物（金属、玻璃）等在等离子体高温作用下熔融，达到了减容目的。可完全处理各种废弃物，不需分类。

B、高温熔融还原反应不须氧气供应，合成气之体积仅为一般 焚化炉废气体积之 20%以下。C、藉由有机性废弃物之分解转化为合成气再燃烧发电，可产生足供全厂使用之电力。

D、无戴奥辛及酸性气体产生问题。

E、合成气（CO2,H2）发电机所排放之废气主要为 CO2、H2O。

F、熔渣可资源回收利用或直接掩埋。

G、设备耐用性高，使用年限长。

H、为全世界先进技术，耐火材料五年内不需更换。

I、已有商业运转实绩。

J、专利技术，耗电量省、发电量高、耗材省，操作成本低。

【技术简介】随着社会经济和现代工业的高速发展，对于日益增多的各种废物，特别是有毒有害危险废弃物的处理已成为各国政府头痛的大问题。危险废物具有毒害性、爆炸性、腐蚀性、化学反应性、传染性、放射性等多种危害特性，对环境产生污染，可以延续很长时间。

由于危险废物处理技术及经济上的种种原因，中国目前对于危险废物的处理大多采用直接填埋或堆放的方法，不仅占用大量土地，而且严重污染土壤、地下水和大气，威胁着人们的健康，破坏了周围的环境，并对我们的子孙后代形成长远的危害。等离子体处理危险废物技术是利用等离子体炬产生的高温热等离子体将危险废物快速分解破坏，其中有机物热解为可燃性的小分子物质，无机物被高温熔融后生成类玻璃体残渣。该技术具有反应速度快、二次污染小、适用范围宽等特点，它克服了传统处理技术如焚烧、化学处理等二次污染大、工艺复杂、对废物有选择性等缺点。特别适合于医疗垃圾、石棉、焚烧飞灰、电池、轮胎、放射污染等固体危险

废物的环保处理。等离子体处理危险废物的独特处理方法表现出安全、高效、无二次污染和广泛适用性，它为危险废物及城市固体废物的无害化、减容和资源化回收提供了一个十分科学有效的方法。

【技术特点】与常规焚烧技术相比，等离子体处理技术是一种环境友好技术，处理彻底，无二次污染，碳排放少。等离子体通常是含有大量电子、离子、分子、原子以及自由基的电离气体，但其宏观上呈电中性，并具有很高的化学活性。热等离子体的中心温度可高达摄氏 2 万度以上，火炬边缘温度也可达到 3000℃左右。等离子体技术能彻底摧毁各种有毒有害物质，是一种有效消除污染，用途广泛的新技术。等离子体处理废弃物工艺的核心技术是等离子体发生器（等离子体炬），就发生器而言，应用较多的是直流电弧等离子体。以等离子体作为处理热源，在实际应用中具有以下特殊优势：

（1）高焓、高温（103～104k）、反应时间快（10-5～10-2 秒）、电热转换效率高，有利于处理常规方法难以处理的高熔点的废物，并且使得工艺设备的小型化，减少工程投资和节能；

（2）大多数等离子体化学过程是一级过程，可以大大简化工艺流程；

（3）等离子体化学过程对原材料的杂质不敏感，有利于处理成分复杂而较难处理的材料；

（4）等离子体化学反应过程可以模拟、优化和控制；

（5）由于反应区的温度高达 1500℃以上，可有效地分解对人类危害极大的剧毒物质，如致癌物质二恶英。

【技术水平】国内领先

【可应用领域和范围】适合于医疗垃圾、电子垃圾、石棉、焚烧飞灰、电池、轮胎、放射污染等固体危险废物的环保处理。

目前在我国主要的是医疗垃圾和工业危险垃圾较为严重。医疗废物包括使用过的注射器、针头、输液管、纱布、药瓶、废医疗塑料制品、有毒棉球、废敷料、手术残物、动物实验废弃物、感光乳液、废显影液等等。这些垃圾含有大量的传染性病毒，它是细菌病毒滋生地。这些垃圾焚烧一般仍采用传统的气、油燃烧方法，而这种气、油燃烧方法采用的焚烧炉处理由于炉内温度不高（一般均低于 900℃，而实际情况只运行在 700℃以下），极易产生二恶英（250℃~550℃），传染性病毒也不能被彻底处理。（一些传染性病毒在 1100℃仍会生存），燃烧的垃圾灰仍残余有三分之一以上的可燃物及部分细菌，燃烧后的垃圾灰作为生活垃圾填埋，时间一长会析出地面，仍旧会对环境造成二次污染，渗出后影响土壤、水质，人、畜，饮用水后会迅速感染蔓延。即使用包装进行集中处理，地城区运输中也极易散发也很容易使环境被再次污染。等离子体是一种具有高热焓、高温、快反应时间、能量集中、电热转换效率极高的（85%~95%），最好的可工业应用的新热源，利用等离子体技术在处理废弃物时可不择废弃物形状而进行处理，处理范围更广，适用性强。采用等离子体方法可以容易获得高于任何传统方法的温度（1200℃~1700℃），不会产生二恶英，垃圾焚烧会更彻底，且不会带来二坎污染。燃烧的垃圾残余灰减容为≤3%，燃烧后的垃圾可作为生活垃圾填埋。等离子医疗垃圾焚烧方法，(1)利用等离子体将焚烧炉内温度升高至 1100℃以上，医疗垃圾在焚烧炉中进行燃烧，控制焚烧炉内氧含量小于 0.09％，燃烧后残留物在焚烧炉中的熔化室继续加热至熔化，熔融的炉渣流到除渣器并冷却，燃烧生成的烟气进入二次燃烧室；(2)生成的烟气在800～1100℃温度进行二次燃烧，控制外部氧气对二次燃烧室的供给，使二次燃烧室内的氧含量大于10％；(3)二次燃烧后的烟气在二次燃烧室的出口处与喷入的碱液进行反应，使所述烟气中的部分 CL、I、S 元素的化合物以盐的形式固定；(4)将处理后的烟气进行冷却处理，将烟气温度下降到 155～180℃，冷却处理后将烟气进行除尘处理得到废气；(5)向废气中喷淋碱液，中和、充分洗涤后排出。

技术优势：

●  彻底无毒无害化，消除二恶英及其他有害气体的出现可能，消灭全部病毒，不污染空气，水源和周边环境；

● Small floor area, miniaturized structure, high efficiency and good electrothermal conversion performance;

● Do not use coal, oil, natural gas, only electricity and water, clean and sanitary, simple to operate, fully automatic control, fast startup and shutdown, safe and reliable.

●等离子体系统采用高频逆变技术，具有体积小、效率高、稳定性好、响应速度快等优点。

主要技术指标 ：

（1）系统功率 10～100kW，转换效率大于 90%，恒流精度小于 1%，接近国际先进水平；

（2）等离子体启动可靠，射流稳定。等离子体热效率大于 83%，电极寿命大于 30000 小时；

（3）处理废物的减容比为 3～100；

（4）尾气排放达到 GB18484-2001 标准；

（5）二恶英含量低于欧盟标准（0.068ng-TEQ/Nm3）；

（6）固化体重金属浸出毒性低于 GB5085.3-2007 标准。

等离子气化工艺设计:

固体废弃物进入等离子气化炉，由于等离子火炬产生的高温（>2000 ℃）和高热密度氛围，不同种类的固废在进入等离子气化炉之后，原料中的有机组分转均变成无害化烟气，烟气经降温净化输送至电厂发电或石油化工生产，实现副产物的高价值利用，同时发电、化工生产产生的 CO2 又可通入等离子气化炉转化成合成气，过程中不会排放任何有毒有害烟气，极大程度降低空气污染，实现污染气体的零排放。

此外，化工厂及石化厂产生的危险废物又可以再次通入等离子气化炉，将原料中的无机组分经超高熔融后激冷转化成玻璃态融渣，玻璃态固渣的毒害组分被稳定固化，并且玻璃固渣表现出惰性，可用于道路铺设或建筑建造，实现固体废弃物的资源化、无害化利用。

工艺流程图及说明：

1）进料系统：刮板输送机直接与电厂的布袋除尘器出口相连，经刮板输送机运输的垃圾飞灰分别经过 3#螺旋给料机以及 1#螺旋给料机进入料仓。油泥和医疗垃圾则主要通过斗提机将原料送至 1#螺旋给料机再进入料仓，由于垃圾飞灰的飞扬性较高，在料仓的顶部装有布袋除尘器，除尘收集出来的飞灰又可以通过进料口再次进入料仓，料仓内的固废原料则分别经过卸料泵以及 2#螺旋给料机进入等离子气化炉。

 2）火炬系统：等离子火炬系统主要由冷却水系统、工质气体系统以及等离子火炬三部分组成。冷却水系统主要由储存在水箱中的除盐水经板式换热器换热，源源不断的对等离子火炬进行降温；工质气体系统则通过风机制造压缩空气，经储气罐稳压，进入等离子火炬，工质气体经等离子火炬的阴阳极放电产生等离子电弧，喷射出高温火焰；等离子火炬为GL-Ⅱ型，能为等离子其气化炉稳定提供 2000-2200 ℃高温，等离子火炬烧嘴与气化炉内衬耐火材料齐平。

3）气化炉系统：固体废弃物（垃圾飞灰、油泥、医疗垃圾）进入等离子气化炉，利用等离子火炬系统产生高温气体射流与高热密度环境，炉内熔融区温度高达 2000 ℃以上，固废与工质气体在炉内充分燃烧，有机组分基本完全反应转化成烟气，气体由下往上移动并从烟气出口排出，熔融液由下方排出。

4）气体处理系统  ：离开气化炉的气体保持着较高温度，并且烟气较高浓度的一氧化碳和氢气使其具有高附加值特性，为了充分利用烟气的能量，等离子气化炉产生的高温烟气直接通入电厂的流化床焚烧炉用于发电，实现固体废弃物的资源化利用。

5）排渣系统：由等离子气化炉下部出口流出的熔融液，经过冷渣机水淬转化成玻璃态固渣，固废垃圾的减容率达到 70%左右，同时由于玻璃态固渣表现出的强惰性，可用于道路铺设以及房屋建造，基本实现固废垃圾的无害化及稳定化处理。

6）控制系统：为了保证工艺的顺利运行，将对工艺的重要节点安装检测装置，包括冷却水温度流量控制、工质气体压力流量控制、等离子气化炉的温度压力控制、进料温度控制、烟气温度及流量控制，并将控制信号传输至中央控制系统，实现远程控制和记录。

In order to realize the innovation of plasma gasification process, the plasma gasification process of solid waste in Greenmax will be connected in parallel with the waste incineration system of the waste incineration power plant. First of all, the waste fly ash produced by the incinerator of the waste power plant enters the plasma gasifier through the feeding system, and the waste fly ash is harmlessly treated. The toxic and harmful substances such as heavy metals in the fly ash are solidified into the glassy solid slag, which is inert substance, and the exudation toxicity meets the national environmental protection requirements; Organic matter is converted into high value-added flue gas, which is introduced into the incinerator of garbage power plant. On the one hand, it can provide heat for the incinerator and reduce the amount of coal mixed in garbage treatment. On the other hand, Co, H2 and other gases in the flue gas can also be burned for power generation, realizing the innovative process of slag free. At the same time, hazardous solid wastes such as oil sludge and medical waste can also be treated harmlessly through parallel process, and the heat energy of flue gas can also be used for power generation, which can not only solve the problem of difficult treatment of hazardous solid wastes, but also realize the resource utilization of hazardous solid wastes. In addition, the parallel process can effectively reduce the investment in the whole process of plasma gasification process. The flue gas directly enters the waste incinerator. The existing power plant process can be used for tail gas purification and other processes, which will achieve "zero emission" of pollutants from waste incineration.

The hazardous wastes produced by chemical plants and petrochemical plants can be re introduced into the plasma gasifier to convert the inorganic components in the raw materials into glassy slag after ultra-high temperature melting and quenching. The toxic and harmful components of glassy slag are stabilized, and the glassy solid slag shows inertia, which can be used for road laying or building construction to realize the recycling of solid wasteHarmless utilization.