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等离子设备作用

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环境问题是当今世界共同面临的重大课题之一。危险废物,由于具有腐蚀性、毒性、易燃性、反应性或感染性等一种或几种危险特性,环境危害特别严重。对于危废处置,主要为焚烧法、填埋法、物化法等处理处置技术。但由于缺乏行之有效的处置技术,导致我国危废处置能力长期严重不足。随着市场规模提升,监管力度加强,将会有越来越多的增量危废进入市场。对于特种危废采用专用物化法、专用回收法处置以外,大部分危废采用填埋法、焚烧法处置。然而,填埋法并不能解决危废的本质问题,且随着土地资源的紧张,填埋法将逐渐弃用;焚烧法减容、减量效果较好,但带来二噁英、飞灰、炉渣等次生危废问题。热等离子体技术由于“高温、还原性气氛”的技术特点,可实现“有机气化”与“无机熔融”的完美结合,是国际公认的最先进危废处理技术,被冠以“危废终结者”的美誉。

1 等离子体

广东快乐十分1.1 等离子体的定义及分类

等离子体(plasma)又叫做电浆,它通过给气体施加足够的能量(通常为气体放电)而电离形成,是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质,广泛存在于宇宙中,常被视为是物质的第四态。虽然等离子体作为高度电离的气体由大量的正负带电离子和中性粒子组成,但等离子体整体表现为电中性。等离子体根据粒子温度和整体能量状态可分为高温等离子体和低温等离子体,其中低温等离子体又能细分为冷等离子体和热等离子体。详见表1.1。主要应用于固废和危废处理的是热等离子体。

表1.1 等离子体的分类


等离子体类别

体系温度/

属性

例子

高温等离子体

106108

热力学平衡等离子体

太阳、核聚变和激光聚变等

低温等离子体

热等离子体

103105

准平衡等离子体

电弧等离子体、高频等离子体等

冷等离子体

20~120

非平衡等离子体

电晕放电、辉光放电等离子等

1.2 热等离子体发生装置

    热等离子体处于局域热力学平衡(LTE),其中的电子、离子和其他中性粒子具有接近的温度,空气和空气中的水在等离子体炬内形成等离子体。O2、H2O在高温电弧中被电离,生成O3+、OH等活性基团。

用于产生热等离子体的高温一般由电能驱动的电弧炬提供。根据电弧炬放电方式的不同,可以将等离子体反应器分为射频等离子体炬、微波等离子体炬、直流/交流等离子体炬等。目前在研究或者已经商业化应用的设备多为直流电弧等离子体发生器,根据阴阳极的分布规律分为两种结构,即转移式和非转移式。非转移式阴阳极都在发生器内部,而转移式通常将工件作为其中一个电极,所以转移式的电极寿命比非转移式更长。

美国、俄罗斯、日本、韩国等国家的研究和具体应用表明,等离子体高温焚烧熔融处理技术因其设备体积小、处理速度快、能够处理各种各样的废物、减容比高且熔融产物稳定、投资费用相对较低等优势,成为低放废物处理领域最有发展前途的技术之一。表1.2为不同的等离子体处理固体废弃物的主要特征对比。

表1.2 用于固体废物处理过程中不同类型的热等离子体的对比


等离子体类型

温度/K

是否存在电极烧蚀

发生器是否需要冷却

等离子体点火难易程度

等离子体区域

气体流速

物料对等离子体的影响

电源效率/%

直流电弧等离子体

5000~10000

容易

60~90

交流电弧等离子体

3000~5000

容易

70~90

高频等离子体

大气压高频等离子体

3000~8000

困难

中等

40~70

低压高频等离子体

1200~1700

容易

40~70

微波等离子体

1200~2000

困难

70~90


2 热等离子体用于处理危险废物的反应机理

由于危险废物等离子体热处理过程极其复杂,因此各种成分的分解与熔融程度未必就能一步到位。但为了很好地认危险废物直接气化熔融焚烧过程,一般将整个气化熔融焚烧过程分为干燥、热分解气化、燃烧、熔融四大过程。通过等离子体热解和等离子体气化或等离子体气化和等离子体熔融组合形成等离子体热解气化、等离子体热解熔融或等离子体气化熔融,特别适用于混合类型的废弃物(既含有有机成分,又含有无机成分)。通过以上反应过程,固体废弃物大部分有机质变为气体物质,不能气化和裂解的物质熔融为高密度的玻璃化物质,从而达到消除固体废弃物的目的。 



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