等離子氣化技術(shù)在固體廢物處理中的運(yùn)用之研究

滕子寧

摘要：伴隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于環(huán)保管理工作越來(lái)越重視，利用多樣化的科學(xué)技術(shù)提升環(huán)保水平具有重要的時(shí)代意義，應(yīng)用等離子氣化技術(shù)完成固體廢物處理工作有一定的推廣價(jià)值。本文介紹了等離子氣化技術(shù)以及技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，并對(duì)具體應(yīng)用趨勢(shì)予以討論。

關(guān)鍵詞：等離子氣化技術(shù);固體廢物處理;優(yōu)勢(shì);應(yīng)用趨勢(shì)

較為常見(jiàn)的固體廢物處理方式包括衛(wèi)生處理填埋、堆肥處理、焚燒處理等，但是隨著垃圾廢物數(shù)量的增多，傳統(tǒng)模式已經(jīng)不能完全應(yīng)對(duì)固體廢物處理要求，建立新型的技術(shù)方案能在提升處理效果的同時(shí)減少成本。

一、等離子氣化技術(shù)概述

（一）內(nèi)涵

所謂等離子氣化技術(shù)，指的就是借助等離子氣化爐完成處理工序，等離子氣化爐本身是直立式的鋼材質(zhì)容器結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部鋪設(shè)了大量的耐火材料。利用爐體內(nèi)部均勻分布的等離子體火炬實(shí)現(xiàn)熱化熱源的傳導(dǎo)。在借助氣化爐完成技術(shù)操作時(shí)，爐內(nèi)下部溫度最高為1800攝氏度、上部溫度約為900攝氏度。最關(guān)鍵的是，在等離子氣化技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，一些常規(guī)化的二噁英、呋喃等有害物質(zhì)都能得到徹底的處理，減少對(duì)環(huán)境的污染程度，剩余的無(wú)機(jī)成分能借助排出的方式完成控制，建立循環(huán)應(yīng)用的環(huán)保模式[1]。

（二）技術(shù)可行性

在應(yīng)用等離子氣化技術(shù)的過(guò)程中，氣化爐配套采取對(duì)應(yīng)的工藝設(shè)計(jì)方案，能大大提升應(yīng)用效率，并且減少碳排放量。盡管固體廢物在利用等離子氣化技術(shù)時(shí)，最初的投資金額較高，但若是從長(zhǎng)久發(fā)展要求出發(fā)，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值較為突出，能有效踐行經(jīng)濟(jì)節(jié)約的發(fā)展要求。

第一，相較于傳統(tǒng)的垃圾焚燒發(fā)電處理模式，等離子氣化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中能更好地提升氣化爐的溫度，并且固體廢物的氣化過(guò)程也更加徹底，大大提升了綜合應(yīng)用效率，并且其產(chǎn)生的蒸汽和發(fā)電效率較高，對(duì)外商用銷(xiāo)售的電量數(shù)值也會(huì)增大。假設(shè)一個(gè)日處理量為1千噸的城市垃圾焚燒發(fā)電廠，和一個(gè)應(yīng)用等離子氣化技術(shù)的發(fā)電廠進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益的比較，等離子氣化技術(shù)發(fā)電廠整體發(fā)電量是城市垃圾焚燒發(fā)電廠的150%，減少工廠全部用電的20%，外售電量是前者的130%左右。

第二，等離子氣化技術(shù)還在全面研發(fā)和深度研究，在技術(shù)不斷升級(jí)改造的同時(shí)，其最大的優(yōu)勢(shì)能實(shí)現(xiàn)等離子炬自耗電數(shù)值的降低能從傳統(tǒng)自耗電總發(fā)電量35%降低到20%，若是配合等離子氣化技術(shù)合成氣制備化學(xué)品，整體經(jīng)濟(jì)效益還能得到優(yōu)化[2]。

第三，我國(guó)目前部分中小規(guī)模合成氨企業(yè)或者是甲醛生產(chǎn)工廠產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物也較多，應(yīng)用等離子氣化技術(shù)能有效提升處理效率，減少有害廢棄物和工業(yè)垃圾對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，提升環(huán)保效益。

第四，等離子氣化技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)城市固體廢棄物轉(zhuǎn)換為新能源的工藝要求，其市場(chǎng)價(jià)值和潛能較高，相較于其他熱解和燃燒系統(tǒng)，等離子氣化技術(shù)的運(yùn)行效率更加突出。

第五，優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤作為原料進(jìn)行改良型UGI氣化爐的升級(jí)處理，能在減少二氧化碳排放量的基礎(chǔ)上強(qiáng)化效率，利用等離子氣化爐代替劣質(zhì)煤，不僅優(yōu)化了流程的流暢性，還最大程度上提高了應(yīng)用水平，為煤氣化效率的優(yōu)化提供保障。

二、等離子氣化技術(shù)在固體廢物處理中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

在固體廢物處理中應(yīng)用等離子氣化技術(shù)能大大提升操作效率，相較于傳統(tǒng)的處理模式，該技術(shù)體系會(huì)在初期投資階段耗費(fèi)一定的成本支出，但是依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行核算后就會(huì)發(fā)現(xiàn)，一段時(shí)間后就能實(shí)現(xiàn)投資回報(bào)，在提高應(yīng)用效果的同時(shí)，保證固體廢物處理的徹底性和穩(wěn)定性，并秉持循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念實(shí)現(xiàn)電能處理，優(yōu)化經(jīng)濟(jì)效益。近幾年等離子氣化技術(shù)也在不斷升級(jí)和擴(kuò)展，這就大大減少了能耗損失，在技術(shù)初期，耗能是發(fā)電量的1/3，而在技術(shù)升級(jí)改良的過(guò)程中，耗能逐漸降低為發(fā)電量的1/5。最關(guān)鍵的是，等離子氣化技術(shù)的應(yīng)用還能在廢棄物氣化工作結(jié)束后將其產(chǎn)生的氣體應(yīng)用在制備化學(xué)藥品方面，滿足循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求。

等離子氣化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中最大的優(yōu)勢(shì)就在于滿足節(jié)能環(huán)保的基本要求，能最大化提升處理效率，減少對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響。日本在AlterNRG項(xiàng)目中采取等離子氣化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了日處理220噸城市垃圾和汽車(chē)廢料廢渣垃圾的目標(biāo)，并且能為城市內(nèi)廢水污泥工廠提供環(huán)保處理服務(wù)，在運(yùn)行的六年期間，其檢測(cè)的排放物參數(shù)均滿足歐盟、美國(guó)等國(guó)家的最嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值[3]。見(jiàn)表1：

除此之外，等離子氣化技術(shù)在固體廢物處理中應(yīng)用最大的優(yōu)勢(shì)就在環(huán)保效果十分突出，真正意義上順應(yīng)環(huán)保發(fā)展理念。一方面，因?yàn)樵O(shè)備爐內(nèi)的溫度非常高，因此，一些較為頑固的有害物質(zhì)利用等離子氣化技術(shù)被徹底摧毀，還能促進(jìn)無(wú)機(jī)成分的熔融處理，形成液態(tài)物質(zhì)，無(wú)論是環(huán)保效果還是二次利用價(jià)值都具有一定的優(yōu)勢(shì)。另一方面，焚燒過(guò)程會(huì)形成飛灰作用，重新處理就能形成玻璃體，有效簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)操作模式的步驟，也為處理效率和經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)化提供了保障。值得一提的是，等離子氣化爐本身是常壓固定層爐內(nèi)處理模式，這種處理裝置的安全性和穩(wěn)定性較好，無(wú)論是設(shè)備開(kāi)啟關(guān)閉還是運(yùn)行狀態(tài)都維持較好的規(guī)范性。

三、等離子氣化技術(shù)在固體廢物處理中的具體應(yīng)用趨勢(shì)

等離子氣化技術(shù)將向著國(guó)際化、循環(huán)化、標(biāo)準(zhǔn)化的方向發(fā)展，建構(gòu)更加合理有效的技術(shù)應(yīng)用平臺(tái)。

（一）趨于國(guó)際化

對(duì)于等離子氣化技術(shù)的研究，國(guó)外無(wú)論是技術(shù)方案還是應(yīng)用理念都較為成熟，尤其是在一些北美和歐洲國(guó)家，認(rèn)為氣化處理模式之所以由于傳統(tǒng)垃圾填埋，不僅僅是能有效減少填埋場(chǎng)空氣和滲透液檢測(cè)等復(fù)雜工序，還能建立可回收可利用的物質(zhì)應(yīng)用體系，并且為清潔燃料的生產(chǎn)提供保障。我國(guó)盡管在相關(guān)技術(shù)方面發(fā)展較為滯后，但是整體發(fā)展趨勢(shì)非常好，并且對(duì)應(yīng)的技術(shù)處理結(jié)構(gòu)更加更加趨于國(guó)際化，在整合等離子氣化技術(shù)方案的同時(shí)，對(duì)排放氣體的凈化系統(tǒng)也展開(kāi)了深度的而研究，充分發(fā)揮系統(tǒng)低氧低排的優(yōu)勢(shì)，有效匹配完整的凈化處理模式，保證合成氣的應(yīng)用符合下游工序的基本要求。另外，在技術(shù)應(yīng)用環(huán)境和應(yīng)用參數(shù)的研究方面，相關(guān)研究學(xué)者也逐漸加大力度，在深入理解和全面分析的同時(shí)，最大程度上減少引進(jìn)成本，全面優(yōu)化技術(shù)整體效益。

（二）打造完整管理體系

為了充分發(fā)揮等離子氣化技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，我國(guó)在相關(guān)技術(shù)研究方面不斷深入探索，也在運(yùn)行監(jiān)督、排放標(biāo)準(zhǔn)等方面開(kāi)展了一系列工作，建構(gòu)滿足綜合管控要求和標(biāo)準(zhǔn)的控制體系，維持系統(tǒng)化、靈活化技術(shù)發(fā)展的平衡，必將取得良好的成效。

一方面，著重關(guān)注垃圾收集分類(lèi)內(nèi)容和焚燒廠運(yùn)行監(jiān)督機(jī)制，確保技術(shù)監(jiān)管和后期處理監(jiān)管的一體化水平，積極推進(jìn)嚴(yán)格化管控監(jiān)督模式的完整性，維持排放標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用運(yùn)行的綜合效益。

另一方面，也將更多的資源應(yīng)用在減量化管理、無(wú)害化管理、資源化綜合管理方面，并且，國(guó)內(nèi)一些相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的研究者也開(kāi)展了成本、設(shè)備可靠性、配套技術(shù)的研究工作，旨在打造匹配程度較好且更加適宜我國(guó)市場(chǎng)發(fā)展以及環(huán)境要求的技術(shù)模式，最大程度上發(fā)揮等離子氣化技術(shù)應(yīng)用的作用。

（三）推動(dòng)生態(tài)工業(yè)園循環(huán)經(jīng)濟(jì)

近幾年，循環(huán)經(jīng)濟(jì)受到了廣泛關(guān)注，將資源高效利用和循環(huán)利用作為關(guān)鍵，明確減量化、再利用、資源化處理的重要性，建構(gòu)低能耗、低排放和高效率的特征化的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式，匹配等離子氣化技術(shù)，在滿足生態(tài)效率原則、因地制宜原則的同時(shí)，建立“原料能源-生產(chǎn)-副產(chǎn)品處理”的控制模式。

一方面，能促進(jìn)生態(tài)工業(yè)園打造靜脈產(chǎn)業(yè)和動(dòng)脈產(chǎn)業(yè)并行的發(fā)展進(jìn)程，確保用戶(hù)能在落實(shí)資源循環(huán)化處理目標(biāo)的同時(shí)，提升資源利用率，最大程度上建構(gòu)更加合理且高效的控制模式。

另一方面，在循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系內(nèi)，將等離子氣化技術(shù)應(yīng)用在危險(xiǎn)廢物處理、工業(yè)廢物處理、生物質(zhì)處理、劣質(zhì)煤替代處理、油頁(yè)巖替代處理等方面，打造MSW等離子氣化系統(tǒng)，配合使用氣化爐和合成氣冷卻裝置，維持綜合應(yīng)用效率。

結(jié)束語(yǔ)：

總而言之，將等離子氣化技術(shù)應(yīng)用在固體廢棄物處理工作中具有較好的發(fā)展前景，要具備長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光，平衡技術(shù)體系和經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上，優(yōu)化整體技術(shù)應(yīng)用水平，積極融合先進(jìn)思想，逐漸向著國(guó)際化趨勢(shì)轉(zhuǎn)型升級(jí)，從而提升環(huán)保管理水平，也為垃圾處理方面節(jié)能降耗工作的落實(shí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛夢(mèng)梅. 熱等離子體氣化技術(shù)處理印染污泥的研究[D]. 浙江：浙江大學(xué)，2017.

[2]張龍飛. 淺析固體廢物處理中等離子處理技術(shù)的應(yīng)用[J]. 當(dāng)代化工研究，2018（2）：77-78.

[3]耿飛，劉曉軍，馬俊逸，等. 危險(xiǎn)固體廢棄物無(wú)害化處置技術(shù)探討[J]. 環(huán)境科技，2017，30（1）：71-74.

陜西省環(huán)境科學(xué)研究院 陜西 西安 710000