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技术发展路线
始于航天、冶金—等离子体应用的基础及实践 九五——转为环保
首先基础性研究，包括等离子体技术本身
• 配合实验室实验，探出发展方向
小型设备——医废/电子/化学战剂/危废 中试/工业化设备（危废-规模小/腐蚀性强/环保难度大） 积累经验后，生活垃圾与生物质气化——示范工程 坚持基础研究配合，解决应用需求
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等离子体处理废物—力学所10年
—针对有机/高含氯,技术难度大,规模较小
医疗垃圾-863 3吨/日的模拟医 疗废物处理系统, 该系统采用H2还 原气氛，消耗量 很小，尾气量也 很小，每小时仅 200-300Nm3。
PCBs
PCBs-中昊晨光
样品浓度（mg/kg） 废渣1号 一氯联苯 二氯联苯 三氯联苯 总多氯联苯 1.26 0.0217 ND 1.28 废渣2号 12.8 0.122 0.0131 12.9 检测限 （mg/kg） 0.0002 0.0002 0.0002 0.0002
• 等离子体发生器、反应器内过程 • 尾气处理、玻璃体渣 • 前处理及系统优化，提高经济效益
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高温冶金铌/钨/钼-环保好
三相交流（150 kW）
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多种等离子体炬
热阴极
20 kW
120 kW
250 kW 大气压滑动弧 产生装置
表中：CO、NOx、SO2 是中科院生态中心为力学所试验测试的数据。 PCDD是参考美国Startech公司提供的数据，等离子体炉的PCDD排放 为美国焚烧炉排放新标准限制值的1/1250左右。
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内 容
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等离子体技术简介 处理危废和生活垃圾 国内外技术现状 力学所技术发展过程 结束语
结论：注重技术，降温过程可以利用热能
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垃圾焚烧——主流技术，需新技术
国际上，主流的是炉排炉——历史原因 国内，循环流化床—循环床优势明显
高速床：减少煤用量 高温分离器 外置式过热器 蒸汽温度：450度，或更高，效率较高
针对国内反对焚烧，新一代技术—终极技术
二噁英毒性
毒性与氰化钾相当
荷兰猪对氰化钾极不敏感
• 二噁英半致死计量几千倍
一般动物二者相当，灵长类实验 乌克兰总统尤先科：大剂量，氯痤疮，几年后养好了
致癌、致畸、致基因突变
自然界含量极低，达不到致死计量，氰化物不同 WHO允许：1~4pg/kg/d，丹麦10 日本：4//欧洲：2//中国：1//六里屯分析-30年，0.1% 我国主要来源：铁矿石培烧、电炉炼钢、有色冶金回 收、垃圾焚烧（15%） 医疗垃圾焚烧绝对值高于大型垃圾焚烧厂
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内 容
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国外主流技术—热处理技术+发电技术
直接等离子体气化（纯热解电耗过高），1000度
等离子体直接作用在垃圾上，电耗较高 加入部分氧（空气或水蒸气） 产生的气体为合成气（H2/CO为主）
等离子体气化 发电（燃气机、燃气轮机、联合循环） 制造液体燃料—要求合成气品质有保障
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垃圾处理与生物质制能—市场广阔
成本控制：垃圾处理和生物质制能发电
环保优势极大，可替代焚烧，免除二噁英困扰 工程实践，有成本控制经验，实用化门槛 生物质能源，节能减排，高端产业，造福百姓
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西屋-Westinghouse Plasma
商业化装置
日本美滨&三方Mihama Mikata，20t/d+4t/d污泥，2002 日本歌志内市Utahinai,世界最大,220t/d，2003, 后加 200t/d 麦迪逊市WPC & Alter NRG，Coskata乙醇，2003-今 印度Pune,68t/d危废，2008 印度Nagpur,68t/d危废，2008
大气压-平衡-热：低温2千度-3万度，高温3万度-几亿度 低气压-非平衡-冷：电子几万度、重粒子常温，气体除味消毒
1950年代，军工需求
我国航天事业-再入，1960 1960s，NASA支持西屋等离子体,3亿美元 优点：反应气体成分可以控制 冶金用、材料表面处理
等离子体炬型号 MACH 3
低温热等离子体生成技术分类
气化650度+等离子体重整900度/部分解决焦油
常规气化+重整（等离子体作用在合成气上），电耗低 加入较多的氧（维持温度） 合成气质量较差，二氧化碳及氮较多
发电
蒸汽循环（效率较低，燃烧彻底） 燃气轮机/燃气机（效率较高，有机大分子排放问题）
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国内外生活垃圾等离子体处理现状
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等离子体技术处理废物
国际上近20年—走向民用
1979s，低放射性核废料、化学武器等 危废：多氯联苯（PCBs）、 废农药、焚烧飞灰、医废
替代焚烧的新一代技术—高端产业
生活垃圾—替代焚烧 生物质发电—洁净能源角度 替代直燃、气化 首先用于处理危废和POPs 替代生活垃圾焚烧，成本相近 环保优异，特别二噁英排放优异
中科院力学所 CAS-IMECH
生活垃圾等离子体气化发电 及国外先进垃圾发电技术
盛宏至
中国科学院力学研究所环境力学重点实验室
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内 容
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参考对比
焚烧发电：800T/D生活垃圾（少量掺煤），发电12MW， 自耗3MW，输出9MW，发电效率21%（采用450度蒸汽）， 投资3-6亿(国产/引进)，占地20-30亩 等离子体气化：240T/D秸秆（或800吨/日生活垃圾的筛 上物），发电16MW，自耗5MW，输出11MW，发电效率30%， 投资3.5亿人民币(引进等离子体炬)，占地10亩
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二噁英形成机理—喷水急冷-能源利用
炉内：3T+E，温度、时间、湍流、过量空气
PVC千亿分之一以下，பைடு நூலகம்0kg PVC不到0.1ng 10kg纯PVC至少需要30Nm3燃烧空气，还要过量 无机氯盐几乎没影响
降温过程
前驱体合成
• 含氯苯环—PCBs！
De Novo，量级小百倍 碱性环境保护（水泥窑），无氧环境？
有机挥发份-等离子体炬功率太小 NOx超标 1.5亿加元-10亿人民币
渥太华市
400吨/日合约，12万吨/年 年补贴5100多万RMB
• 每吨425元RMB
北京100吨/日X2试验 与中国节能集团合资
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等离子体转换技术PCS
星科-STARTECH 空气等离子体 非转移弧技术 化学武器 200-2000 kW 转换气—发电 未商业化 2000年在中国宣传
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PEM—美InEnTec—道康宁20吨/日
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PEAT-Plasma Energy Applied Technology
PTDR-100 – Sacramento,CA
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内 容
12-20 80
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电加热、自由基多
核心温度达 6000ºC 以上，炉内平均温度可达 1000-1600ºC，电子/化学反应能力高，裂解彻底 高温使化学键断裂—无机化—温度差别
前/后处理原理相同，气体成份不同，工艺参数不同
环保效益极好，低碳节能—二噁英排放极少
POPs，含氯成分阻燃，破坏燃烧自由基—二噁英结构 少量裂解气体，高热值可燃气体，可回收利用 尾气洁净，洁净成本低，设备和运行成本低 残渣为玻璃体：物理化学性质稳定 合成气发电效率高——燃气发电机组（焦油问题少）
矩技术—国际通行，等离子体切割等 弧技术—类似电焊/电弧炉，国外较少 感应放电—洁净，特殊用途
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型号
Marc3 Marc11 功率 (千瓦) 75-300 3002.5MW
燃汽流量
(立方英尺/分) (标立方/时)
冷却水流量
(加仑/分) (立方/小时)
10-45 30-250
10-20 50-400
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危险废物处理
国家危险废物名录（巴塞尔公约）
47类，HW01医疗 高毒性、废机油
《中华人民共和国监控化学品管理条例》
可作为化学武器； 可作为生产化学武器前体； 可作为生产化学武器主要原料； 除炸药和纯碳氢化合物外的特定有机化学品
化武销毁—日本遗弃化武/1号工程 化工厂废料—全氟异丁烯 POPs—斯德哥尔摩公约—焚烧飞灰等
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250 kW 直流炬
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等离子体技术简介—尾气洁净
种类 单位
等离子体 GB18485 1.0 80 150 400 260 200 50 200 50 70 40