生活垃圾等離子體氣化及發(fā)電技術(shù)

1、生活垃圾等離子體氣化及發(fā)電技術(shù)1、相關(guān)背景隨著我國(guó)城市化、工業(yè)化的進(jìn)程，城市生活垃圾數(shù)量不斷增長(zhǎng)，已經(jīng)對(duì)我國(guó) 環(huán)境安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。例如，目前北京市每天產(chǎn)生約1.8萬噸生活垃圾，由 于衛(wèi)生填埋場(chǎng)地緊張且環(huán)保效果較差、焚燒易造成二次污染等問題而遭到群眾反 對(duì)，因而北京市生活垃圾處理面臨巨大壓力，急需發(fā)展新一代的環(huán)保、節(jié)能的焚 燒替代技術(shù)。同樣的問題在全國(guó)各大城市都有不同程度的體現(xiàn)。等離子體技術(shù)是最有希望替代焚燒的先進(jìn)技術(shù)。 隨溫度升高，物質(zhì)先經(jīng)歷固、 液、氣三態(tài)，若溫度繼續(xù)上升，氣體電離導(dǎo)電，但在一定體積內(nèi)（德拜半徑之內(nèi)）， 由于正負(fù)離子數(shù)目相等，宏觀呈現(xiàn)電中性，此時(shí)物質(zhì)成為等離子體態(tài)，為物質(zhì)

2、的 第四態(tài)。放電產(chǎn)生的2,00030,000 oC的等離子體，為低溫?zé)岬入x子體，工業(yè)應(yīng) 用比較廣泛。等離子體技術(shù)在上世紀(jì)60年代受益于航天事業(yè)的發(fā)展而飛速發(fā)展，用于處 理廢物則始于1970年代初，最初主要用于低放射性廢物、化學(xué)武器和常規(guī)武器 銷毀，1990年代才進(jìn)入民用領(lǐng)域。由于傳統(tǒng)等離子體處理設(shè)備技術(shù)含量高，投 資和運(yùn)行成本相對(duì)較高，初期多用于銷毀多氯聯(lián)苯（PCBS、POPs廢農(nóng)藥、焚 燒飛灰和醫(yī)療廢物等危險(xiǎn)廢物。近十年來，技術(shù)的不斷進(jìn)步和成熟帶來了成本的 逐漸降低，隨著政府對(duì)垃圾處理問題的重視和公眾環(huán)保意識(shí)不斷提高，等離子體處理生活垃圾和生物質(zhì)氣化發(fā)電的技術(shù)逐漸成為國(guó)內(nèi)外的熱點(diǎn)。2、技術(shù)特

3、點(diǎn)及原理生活垃圾氣化處理一般采用電弧放電得到的低溫?zé)岬入x子體，弧區(qū)溫度達(dá) 6000oC以上。由于能量密度非常高，且富含大量極具反應(yīng)活性的電子和重粒子， 因此能夠迅速使有機(jī)廢物的化學(xué)鍵斷裂、 達(dá)到裂解的目的。生活垃圾中的有機(jī)成 分在等離子體反應(yīng)器內(nèi)1000 oC高溫環(huán)境下充分裂解氣化，轉(zhuǎn)化成CO和 H2等小 分子可燃性氣體（一般稱為“合成氣”），用于能源或資源回收，等離子體技術(shù) 最主要的技術(shù)優(yōu)勢(shì)包括：（1） 處理溫度高，環(huán)保效果好：等離子體核心溫度可達(dá) 6000oC以上，反 應(yīng)器內(nèi)溫度可根據(jù)需要控制在1OOO2OOOoC范圍，有害物質(zhì)摧毀徹底，二噁英前 驅(qū)體被徹底破壞，二次污染物排放比焚燒低 2

4、3個(gè)數(shù)量級(jí)。（2）反應(yīng)器尾氣量少，便于潔凈處理：采用還原性氣氛時(shí)，約為焚燒法的 51O%采用過量空氣系數(shù)O.3的部分氧化氣氛時(shí)，尾氣量不到焚燒法的 4O%（3）不能回收利用的無機(jī)物以液態(tài)底渣形式排出，可形成玻璃體，無害化 徹底，可以直接填埋或作為建材利用。（4）經(jīng)濟(jì)效益好：合成氣可用燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)發(fā)電，也可合成柴油。相對(duì) 蒸汽發(fā)電循環(huán)，發(fā)電效率可從 2O%左右提高到32%上，投資回報(bào)期可縮短23 年；由于熱值高，沒有焦油問題，合成氣品質(zhì)優(yōu)于常規(guī)氣化技術(shù)。（5）設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積少，設(shè)備高度低，可減少?gòu)S房建設(shè)成本。大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，等離子體技術(shù)處理危險(xiǎn)有機(jī)物的尾氣中二噁英類物質(zhì)含 量極低，遠(yuǎn)

5、遠(yuǎn)優(yōu)于焚燒技術(shù)所能達(dá)到的排放控制能力。此外，酸性氣體NOx和SOx排放也較焚燒法易于控制。3、工程實(shí)踐與應(yīng)用前景上世紀(jì)九十年代末以來，力學(xué)所開始采用等離子體技術(shù)進(jìn)行銷毀化學(xué)武器、裂解醫(yī)療廢物、危險(xiǎn)化工廢物等的研究工作，先后承擔(dān)過863項(xiàng)目等多項(xiàng)國(guó)家和 科學(xué)院級(jí)項(xiàng)目和多項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金， 進(jìn)行了多方面的等離子體廢物處理的基 礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究、設(shè)備研制和工程建設(shè)工作。力學(xué)所還在生活垃圾焚燒發(fā)電方 面具有多年研究積累和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，承擔(dān)過國(guó)內(nèi)首批垃圾焚燒項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。等離子體氣化處理生活垃圾技術(shù)涉及七大行業(yè)中的 “節(jié)能環(huán)?！焙汀案叨搜b 備制造”兩類，作為一種極具環(huán)保優(yōu)勢(shì)又有產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)的高新技術(shù)， 必將在促進(jìn) 我國(guó)產(chǎn)業(yè)升級(jí)、拉動(dòng)