生活垃圾等離子體氣化及發(fā)電技術

1、生活垃圾等離子體氣化及發(fā)電技術1、相關背景隨著我國城市化、工業(yè)化的進程，城市生活垃圾數量不斷增長，已經對我國 環(huán)境安全構成了嚴重威脅。例如，目前北京市每天產生約1.8萬噸生活垃圾，由 于衛(wèi)生填埋場地緊張且環(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，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。同樣的問題在全國各大城市都有不同程度的體現。等離子體技術是最有希望替代焚燒的先進技術。 隨溫度升高，物質先經歷固、 液、氣三態(tài)，若溫度繼續(xù)上升，氣體電離導電，但在一定體積內（德拜半徑之內）， 由于正負離子數目相等，宏觀呈現電中性，此時物質成為等離子體態(tài)，為物質

2、的 第四態(tài)。放電產生的2,00030,000 oC的等離子體，為低溫熱等離子體，工業(yè)應 用比較廣泛。等離子體技術在上世紀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、化學武器和常規(guī)武器 銷毀，1990年代才進入民用領域。由于傳統(tǒng)等離子體處理設備技術含量高，投 資和運行成本相對較高，初期多用于銷毀多氯聯苯（PCBS、POPs廢農藥、焚 燒飛灰和醫(yī)療廢物等危險廢物。近十年來，技術的不斷進步和成熟帶來了成本的 逐漸降低，隨著政府對垃圾處理問題的重視和公眾環(huán)保意識不斷提高，等離子體處理生活垃圾和生物質氣化發(fā)電的技術逐漸成為國內外的熱點。2、技術特

3、點及原理生活垃圾氣化處理一般采用電弧放電得到的低溫熱等離子體，弧區(qū)溫度達 6000oC以上。由于能量密度非常高，且富含大量極具反應活性的電子和重粒子， 因此能夠迅速使有機廢物的化學鍵斷裂、 達到裂解的目的。生活垃圾中的有機成 分在等離子體反應器內1000 oC高溫環(huán)境下充分裂解氣化，轉化成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 最主要的技術優(yōu)勢包括：（1） 處理溫度高，環(huán)保效果好：等離子體核心溫度可達 6000oC以上，反 應器內溫度可根據需要控制在1OOO2OOOoC范圍，有害物質摧毀徹底，二噁英前 驅體被徹底破壞，二次污染物排放比焚燒低 2

4、3個數量級。（2）反應器尾氣量少，便于潔凈處理：采用還原性氣氛時，約為焚燒法的 51O%采用過量空氣系數O.3的部分氧化氣氛時，尾氣量不到焚燒法的 4O%（3）不能回收利用的無機物以液態(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）經濟效益好：合成氣可用燃氣內燃發(fā)電機發(fā)電，也可合成柴油。相對 蒸汽發(fā)電循環(huán)，發(fā)電效率可從 2O%左右提高到32%上，投資回報期可縮短23 年；由于熱值高，沒有焦油問題，合成氣品質優(yōu)于常規(guī)氣化技術。（5）設備結構緊湊，占地面積少，設備高度低，可減少廠房建設成本。大量實驗數據表明，等離子體技術處理危險有機物的尾氣中二噁英類物質含 量極低，遠

5、遠優(yōu)于焚燒技術所能達到的排放控制能力。此外，酸性氣體NOx和SOx排放也較焚燒法易于控制。3、工程實踐與應用前景上世紀九十年代末以來，力學所開始采用等離子體技術進行銷毀化學武器、裂解醫(yī)療廢物、危險化工廢物等的研究工作，先后承擔過863項目等多項國家和 科學院級項目和多項國家自然科學基金， 進行了多方面的等離子體廢物處理的基 礎研究、應用研究、設備研制和工程建設工作。力學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踐經驗，承擔過國內首批垃圾焚燒項目的設計。等離子體氣化處理生活垃圾技術涉及七大行業(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)勢又有產業(yè)化基礎的高新技術， 必將在促進 我國產業(yè)升級、拉動