等離子體技術應用於環保和工業節能減排前景廣闊

2023-01-15 11:06:06 字數 3798 閱讀 5521

一、帶等離子體炬加熱系統的新型冶煉爐在傳統工業爐窯的技術改造中有巨大應用潛力

等離子體技術是指利用等離子體炬作為工業爐的熱源,而不是傳統的點火和熔爐。等離子體炬有著能產生高強度熱源的優勢(約5500℃),而且操作相當簡單,工業爐內的等離子體則是一種高度電離或者充電氣體。

等離子技術可廣泛應用於工業爐窯,並能收到顯著的節能環保效果。可以下述三種大宗工業產品為例。

鐵合金是鋼鐵工業和機械鑄造行業必不可少的重要原料之一,主要用於煉鋼的脫氧劑和合金劑,鑄造晶核孕育劑。我國是世界上鐵合金產量最大的國家,年生產能力超過2500萬噸。鐵合金工業又是典型的冶金傳統產業,冶煉大部分鐵合金的傳統裝置是一種插入式電極結構的被稱為「礦熱爐」的還原電爐。

電石是重要的化學工業原料和其他工業需要的化學品。我國是世界上電石產量最大的國家,年生產能力超過2200萬噸。電石工業又是典型的化工傳統產業,冶煉電石的傳統裝置也是一種插入式電極結構的被稱為「礦熱爐」的還原電爐。

黃磷也是農藥、輕工和軍工需要的重要化工原料。我國是世界上黃磷產量最大的國家,黃磷工業也是典型的化工傳統產業。冶煉黃磷的傳統裝置也是一種插入式電極結構的被稱為「礦熱爐」的還原電爐。

這種「礦熱爐」為圓筒形工業爐,內襯耐火材料;電極插入爐內的物料中,依靠電極電弧和電流通過物料而產生的電阻加熱。熔化的鐵合金和爐渣、電石和爐渣、或黃磷和爐渣聚集在爐底,通過排料口流出。而爐內產生的爐氣(主要成分為一氧化碳,co)則從爐頂部排出。

由於要讓爐氣通過物料空隙順利排出,「礦熱爐」的原料進料(碳質還原材料和其他原料)必須呈塊狀顆粒,從而大大增加了物料的熔融熱。又由於電極帶有複雜的短網系統,也存在一些電熱損失。「礦熱爐」多數為半密閉爐,除爐面熱損失外,排出的爐氣未加利用也很不合理。

這種電爐耗電較高,生產1噸矽75產品需耗電8000度以上,生產1噸電石或黃磷產品分別需耗電3400度和13400度左右。因此傳統結構的「礦熱爐」 有「電老虎」和「汙染大戶」的名聲。按照國家提出的對傳統產業進行技術改造和節能減排的方針,儘管鐵合金、電石和黃磷行業長期以來都在積極對傳統「礦熱爐」 採取多種節電措施,近年來還不斷推廣大型密閉式爐以保護環境,並收到一定成效;但因為未能從根本上改變傳統「礦熱爐」的結構,因此不能消除其弊病。

而另一方面,由於我國鋼鐵工業的發展需要,鐵合金行業又屬於重要的基礎原材料工業,且對國民經濟發展具有重要意義。以及根據我國資源的特點和化學工業對電石、黃磷產品的強勁需求(主要用於生產聚氯乙烯樹脂和磷化工產品),以及其他工業(鋼鐵、輕工、軍工等)對電石和黃磷的需求,電石和黃磷行業又屬於重要的基礎原材料工業且同樣對國民經濟發展具有重要意義,這也就更增強了鐵合金行業、電石和黃磷行業加快結構調整和技術進步的緊迫性。開發有節能環保意義的新型冶煉爐已成為這些行業和其他有關行業的重要課題。

北京冠川運用先進的等離子體技術開發出有節能環保安全多重意義的新型冶煉爐。這種利用等離子體炬高溫射流特性的冶煉爐結構上完全不同於傳統的「礦熱爐」。

這種新型的冶煉爐完全取消了複雜的電極和短網系統,而代之於結構緊湊,安裝方便且熱效率高的等離子體炬作為冶煉爐的熱源。等離子體炬配有專門的冷卻水元件和工作氣體元件,以及電弧點火器等,技術可靠。

這種新型冶煉爐的碳質還原劑和其他原料可以粉狀進料,這就不僅減少了對塊狀顆粒物料的熔融熱,節省了電能,而且由於原料是粉狀,又大大增加了相互的接觸面,從而可提高反應的速率和電石爐的生產能力。

這種新型冶煉爐為密閉爐,排出的爐氣可充分收集和利用(一氧化碳氣體可作為有熱值的燃氣,也可淨化後用作化工原料),既能增加企業效益,推進迴圈經濟的發展,又是保護環境的有效措施。

這種新型冶煉爐可借鑑煤化工中氣化爐的經驗,採取部分「碳熱」(利用碳素原料來產生熱量)的措施來進一步節省電能。

這種新型冶煉爐在生產操作中不存在「礦熱爐」有時出現的爐內反應不正常和複雜的電極和短網系統帶來的不安全隱患,可實現更加安全可靠的生產執行。

這種新型冶煉爐的耐火材料也不同於傳統「礦熱爐「內襯的碳素耐火材料。它不僅能適應爐內的還原性氣氛也可適應爐內的部分氧化性氣氛,從而保證生產操作的順利進行。

這種新型冶煉爐由於可提高生產效率和能力,因而可創造結構緊湊的新型冶煉爐系列,既有利於節能減排,又可降低行業裝置投資和提高經濟效益。新型冶煉爐具有節能(噸產品電耗可降低15%左右)、環保和安全的綜合優勢,爐氣綜合利用又促進迴圈經濟和使企業增加效益。這種新型冶煉爐適應國家方針且居於技術前沿,在傳統工業爐窯節能減排技術改造中有巨大應用潛力,可創造顯著地經濟和社會效益。

二、等離子體技術是固廢處理的新一代先進技術

處理固廢時,與焚燒完全不同的等離子體技術是一種氣化技術,由於其高溫和高熱密度,等離子技術幾乎能將碳基廢物中的有機物完全轉化成合成氣(主要為co和h2),而無機物則可變成無害灰渣(玻璃體)。對於固體廢棄物中的城市生活垃圾、工業垃圾和有害廢棄物,等離子體技術在國外已被證明是一種可靠的處理措施。比起其他熱解和燃燒系統,等離子體技術能更有效地執行,因此被稱為第三代焚燒技術即「熔融氣化」技術。

國外有些公司應用等離子體炬與等離子氣化技術已有30多年的經驗。由於等離子體爐內的操作溫度可達1200℃~1500℃,因此處理固體廢物包括城市固體垃圾、危險垃圾、工業垃圾、建築垃圾、輪胎、地毯、汽車粉碎殘渣、液體與泥漿等,以及石油焦、劣質煤和生物質等都取得了成功。

固體廢物的等離子氣化處理系統雖是乙個新的應用,但都是由使用非常成熟的子系統組成的。等離子體爐出來的合成氣的處理過程,與化學工業的煤氣化爐出來的合成氣的處理過程基本相同。我國煤化工歷史悠久且積累了豐富的經驗。

北京冠川擁有專門的技術團隊,具有良好的開發等離子氣化技術和裝置的基礎和條件。

等離子體技術處理固體廢棄物有良好的經濟性,更有其他技術不可比擬的無害化效果,可達到美、日和歐洲最嚴格的環保要求。用等離子體技術處理電子和醫療危廢以及汙水汙泥不僅能解決目前的環保難題,而且專案的經濟性要明顯優於現有的處理技術。

垃圾處理和固廢綜合利用是「十二五」節能環保產業發展的重要內容。等離子體技術的推廣和應用有巨大的市場潛力。

中國有豐富的生物質材料(秸稈、速生樹林等),國家也鼓勵生物質材料用於發電和製取化學品。特別是在荒漠和河灘地區,鼓勵種植速生林木,從而將綠化和生物質材料的利用很好結合起來。用等離子體爐處理各類生物質材料是很好的選擇,不僅效率高而且裝置結構緊湊,能力調節靈活。

相比於用其他大型的工業爐來處理生物質材料,等離子體爐會有更強的市場潛力。國外已有垃圾摻秸稈作等離子體爐原料來生產乙醇的示範專案,也有一定的示範意義。

中國煤碳資源豐富,但也有大量的劣質煤。充分利用各類劣質煤是現代煤化工產業和潔淨煤利用技術的重要課題。特別是中國目前存在的中小型煤化工廠需要優質的無菸塊煤作為原料,採用傳統的常壓間歇式煤氣化爐生產合成氣,不僅原料**高和**困難,而且效率較低和產生大量的co2氣體,充分利用劣質煤以節約資源,並採用等離子體爐來進行這類煤化工廠的技術改造,不僅規模合適,流程匹配且能節約投資,已受到煤化工企業的歡迎。

四、用等離子體技術對接現有固廢處理裝置並提公升其水準有較大意義

等離子體技術對接現有的城市生活垃圾焚燒發電廠,可幫助工廠很好解決運營中的大難題——危廢飛灰的固化處理和專門填埋。具體措施是採用等離子體爐對飛灰進行重熔並使熔渣激冷形成無害的玻璃體。等離子體技術對接現有的工業、醫療和電子危廢處理裝置,可用緊湊高效的等離子體爐取代現有的焚燒爐和二燃室。

等離子體爐不僅更徹底摧毀危廢中的毒素和可靠地保證處理危廢的無害化效果,而且還可很好解決液體危廢的處理問題,同樣也可改善裝置的經濟性。

等離子體技術對接現有的汙水汙泥處理裝置,可實施先進合理的一攬子解決方案,即無需新增輔助燃料,就能很好解決高含水率脫水汙泥預乾燥(乾化)的熱源和全流程熱量自平衡問題。這個一攬子解決方案與現有的各種汙泥處理工藝相比,是環保優勢最明顯、經濟效益最佳的技術路徑。

等離子體技術對接現有的以**和拆解舊家電、廢金屬、廢塑料和廢汽車等7類物資為業務的加工園區,可採用等離子體技術在園區建設統一的處理廢舊**和拆解後殘存廢棄物的中心裝置。這不僅可根本解決這類加工園區目前存在的殘存廢棄物隨意丟棄和不規範處理的「頑疾」,而且可進一步發掘廢舊物資**利用的資源化潛力,真正使這類加工園區在保護環境的基本前提下,發揮「城市礦山」和迴圈經濟的意義和作用。

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