危废处置行业，等离子体处理技术是回转窑焚烧技术的替代OR替补？
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近两三年来，随着环保督查的日趋严格，工业危废处置市场日渐繁荣，由此带来了等离子处理技术的话题。早在2014年9月，《危险废物处置工程技术导则》（HJ 2042-2014）（以下简称《技术导则》）就已发布实施。《技术导则》正式将等离子技术列入危废处置可选技术路线。
即便如此，行业内依然存在着各种质疑和疑虑，不少业内人士指出等离子技术的弱点，等离子技术的适用性成为争论焦点，受此影响，不少危废项目负责人犹豫不决，以稳为先，导致危废处置行业难以投入等离子技术。
等离子技术是否可以替代回转窑焚烧技术？
等离子热解炉
1.《技术指南》说了什么？
众所周知，行业标准十分严肃，不容掉以轻心。环保部（现生态环境部）发布的标准至少经历了三审两稿，经过政策专家、技术专家、行业专家等从各个角度完善和权衡，因此标准的条款经得起推敲和检验。《危险废物处置工程技术导则》对等离子体技术的规定，凝聚了监管、技术和行业层面最大的共识。
（4.1.3.2）“危险废物非焚烧处置主要包括……、电弧等离子体处置等”。这传达了两个信息，第一，我们讨论的是电弧等离子体，其实就是指热等离子体；第二，等离子体处置技术属于非焚烧技术路线，不需要氧气或空气。
（4.2.3.3）“电弧等离子技术适用于处置剧毒、化学性质稳定、能在环境中长期存在的危险废物，尤其适用于处置垃圾焚烧飞灰、破碎的电子垃圾、液态或气态有毒危险废物等。”表达了处置对象的适用性，并具体指出了四类危险废物。
（7.5.6）“利用等离子体技术处置危险废物时，应考虑其技术适用范围，根据废物的特性，对待处理的危险废物进行预处理，包括去除包装、分离、固体混合、一次性包装的破碎、粉状废物的造粒、液体过滤等，确保满足处理工艺要求。”指出预处理十分必要，并列出了可能采用的预处理方法。
（7.6.2.3）“采用等离子技术处置危险废物时，系统应根据需要配置，保证等离子熔炼炉、供电设备、测控设备、制氮设备稳定运行，并配备相应的供料单元、热回收单元、废气处理单元和玻璃输出成型单元。等离子处置过程中产生的废气，在无专门标准时可参照执行。电弧等离子技术电弧温度达到7000℃以上，反应区温度控制在1200~1500℃范围内。”给出了系统配置和关键工艺参数的要求。
《技术指南》中上述四项内容，基本阐述了等离子体处理危险废物技术的工艺特点、适用性特点、预处理要求、系统配置和关键工艺参数，既没有夸大其优点，也没有贬低其缺点，当然也不能对问题给出答案。
2. 对等离子技术的担忧
业内外对等离子体处理危废技术的担忧主要体现在三个方面：技术适用性、处理是否彻底、运营成本。提出问题不难，难的是提出正确的问题。当很多帖子讨论这三个方面的担忧时，它们是否提出了正确的问题？
首先，什么是技术适用性？从字面上理解，是指技术与对象、工况、目标的匹配程度。比较抽象，我们举个例子。
回转窑焚烧技术是我国危险废物无害化处理的普适性技术选择，可处理包括固体、液体、气体等20余种危险废物，工艺参数相对宽容，绝大部分废物可直接入窑，对窑温控制精度和操作要求不高，很多操作人员不掌握窑炉和焚烧原理，但依然能干活。理论上回转窑焚烧技术有机物焚烧率≥99.9%，残渣热着火减量率≤5%，但实际情况却不容乐观，国内普遍认为回转窑焚烧技术技术适用性最好。
用同样的逻辑我们再来看等离子处理技术的适用性。电弧等离子。这里可能有人会质疑，不就是等离子技术吗？怎么又变成电弧等离子了？（我们先科普一下，我们常见的物质都是固态、液态、气态三种状态，尤其是气体，比如空气，看不见摸不着，也不导电。那么高度电离的气体还是气体吗？发光、发热、导电，还有大量的电子粒子和自由基，是跟气体完全不一样的物质。这种高度电离的气体就是物质的第四种状态，等离子体。日常生活中最常见的等离子体有日光灯、闪电，不常见但著名的当然就是用于核聚变的氚氘等离子体了。我们人类最容易接触可控、最有用的等离子体，都是由电弧引发，由电流维持的。所以把电弧等离子体理解为等离子体是没问题的。）科普完我们回归正题。 电弧等离子技术适合处理剧毒、稳定、难降解的有机废弃物，对于一般危险废弃物就无能为力了吗？结果不言而喻，对于处理对象，电弧等离子技术与回转窑焚烧技术具有同等甚至更好的匹配度。
物质的第四种状态：等离子体
对于危废处理工况，由于全电操作，电弧等离子技术工艺和参数更加稳定一致，自动化程度和匹配度更高。对于危废处理对象，电弧等离子技术有机物焚烧率≥99.99%，熔融玻璃体排出，烟气处理负荷相当于回转窑焚烧技术的10~20%，匹配度更高。分析完这一点，我们可以得出电弧等离子技术比回转窑焚烧技术的适应性更高。为什么大家总是质疑适应性呢？可能是混淆了技术适应性和处理是否彻底、运行成本的区别。
第二，处理是否彻底，或者说，按照一些“专家”的说法，电弧等离子技术并不是危险废物的终极处理技术，回转窑焚烧技术、安全填埋、刚性填埋也都不是终极处理技术。理论上，回转窑焚烧技术高温焚烧、过氧、烟气净化等能达到很好的减量、减容、减害的效果，但笔者观察到的实际案例却并非如此。回转窑内混合、干燥、焚烧、热解、熔融等同时存在，工况十分复杂，残渣热烧减率要达到5%的标准已属不易，超过20%的也屡见不鲜；二燃室内气流扰动不足，可燃气体与空气混合不充分，焚烧率也难以达到99.9%的要求； 一次进风量超标10-20%，二次进风量超标20-30%，烟气处理负荷很大，烟气颗粒物含量很高，产生的飞灰（危废类别HW18）甚至高达危废处理量的20%，更不用提需要处理的大量烟气洗涤废碱液了。可见，不仅回转窑焚烧技术在危废处理上理论上不如电弧等离子技术彻底，在实际操作中，回转窑焚烧技术的处理效果也没有一些“专家”宣称的那么彻底。
第三，笔者见过不少“专家”表达电弧等离子技术运行成本高的观点，但很少看到具体的测量数据。我想大家也很好奇，电弧等离子技术处理危废的运行成本为何高？到底有多高？我们试着从三个角度来分析一下。
第一、等离子炬（或阴极）更换费用。通常选用液冷直流脉冲等离子炬，功率为75~300KW。起弧阴极与炬寿命相同，工作阴极通常采用铜合金制成，视工作电流、炉内气氛、电弧强度、工作气流等不同，阴极寿命在300~800h范围内（正常工作条件下>600h）。阴极消耗过多影响等离子体形态和电热效率，因此炉内等离子炬需要定期更换工作阴极或整支炬（通常炬管冗余配置以满足更换需要）。按每小时处理1吨危废计算，约600吨处置需更换3支阴极，备件及更换服务费用不超过3*6=18万元，每吨费用≤300元。 对于目前危废处理价格3000-6000元来说，毛利率降低0.5-1%。
第二，等离子炬的电费。等离子炬的电热转换效率在70-80%左右，低于煤粉锅炉95%的热转换效率和柴油炬90%的热效率，能确定等离子炬耗电量很高吗？以150KW×3等离子炬热解炉（功率影响处理效率但不影响处理效果）为例，处理1吨危废耗电量为450度，每吨电费≤360元。假设1吨危废产生0.2吨热值约1040度的可燃气体，则电费盈余590度（相当于节省472元电费），可补充烟气处理等辅助工序的用电需求。 说到这里，可能有些“专家”会质疑：如果没有那么多可燃气体怎么办？燃气轮机用不了怎么办？继续上传数据。回转窑焚烧技术危废进料设计热值要求3000~/Kg，相当于3480~/吨，是上例假设热值的1.34~1.56倍。也就是说，如果采用等离子技术处理回转窑焚烧技术危废，可以产生足够的可燃气体。至于是否用燃气轮机，根据物质能量守恒定律，可燃气体及其能量既不会减少也不会消失。综合权衡能源回收利用方案，没必要用燃气轮机，二次燃烧室、燃气锅炉，或者直接销售都可以考虑。
三是飞灰、残渣、烟气处理费用。这部分费用是回转窑焚烧危废处置费用的大头，占比30-60%。等离子技术产生的飞灰量相当于回转窑焚烧技术的10-20%，可适当掺入危废进料中回收处理；玻璃残渣属于一般固体废物，作为建材原料，大大降低了填埋成本；可燃气体及烟气处理负荷相当于回转窑焚烧技术的10-20%，处理费用比回转窑焚烧技术降低40-60%。
从等离子火炬更换成本、电耗及飞灰、残渣、烟气处理成本对比分析来看，同等规模、同类危废无害化处理，等离子处理技术的直接成本并不高于回转窑焚烧技术。由于飞灰、残渣、烟气处理成本的节省，直接成本很有可能会更低。当然，这是假设两种技术都完全规范运行、达标排放，而非目前尚不明确的数据对比。
3.等离子技术的突出优势
笔者看到业界对等离子技术有诸多关注，但并未详细阐述等离子技术的优势。其实等离子技术在处理危废方面至少有三个方面具有突出优势：自催化高温极快速热解反应、工艺及参数可控性高、烟气处理负荷明显降低。
首先我们从原理上分析等离子技术优越性的基础，顾名思义，自催化高温极快速的热解反应，可以概括为四个关键词来体现等离子技术处理危废的原理。
关键词1：自催化。电弧等离子体本身富含大量高能高活性的自由基、电子和电离基团，对有机物的分解反应有很强的催化作用。与单纯的高温热解反应相比，这种催化作用使反应速度加快了几十倍至几百倍，大大降低了热解反应的自由能，使危险废物中的有机组分在进入等离子体气氛的瞬间就能发生高速热解反应。
关键词二：高温。工作区温度在1200~1500℃，电弧等离子体核心温度高达7000℃以上，比危险废物中有毒、难降解有机成分完全分解所需的温度高出100~400℃（一般危险废物为1100℃，多氯联苯等危险废物为1200℃）。高温可使热解反应速度加快数十倍，增强热解的彻底性。
反应速率常数
关键词三、极快。利用热解炉等离子处理技术，混合危废物料以均匀的速度进入，与高温热解可燃气体充分换热干燥，在等离子体高温反应区发生剧烈的热解反应。在极短的时间内，物料的有机成分分解为CH4、H2、CO、HCl、H2S、HF等，而无机成分进入熔融槽形成玻璃化渣（微量的汞、锌、铅、铜、镉、铬、砷等易蒸发的重金属元素被可燃气体带走，难蒸发的重金属元素融入玻璃化渣中），没有搅拌、搅动、湍流等过程，因此热解反应时间极短，反应非常彻底。
关键词四、热解。具体指有机物的热分解。值得注意的是，相对于回转窑焚烧技术有过量氧气参与，焚烧分解与热分解并存的复杂反应过程，等离子处理技术的热分解反应简单、直接、彻底，当然过程也更容易控制。笔者想补充的是，虽然建议使用还原性气体或惰性气体，但输入等离子时可以有氧气或空气等氧化性气氛，也会形成焚烧分解与热分解并存的局面。由于自催化和高温的共同作用，分解反应更快更彻底，过程控制也比回转窑焚烧技术容易得多。
其次，从工艺设计、过程控制的角度分析等离子技术的优越性。
一方面，从技术原理上不难发现，热解反应器及渣罐的设计相对简单、明确，基本上所有设计参数都可以用精确的数值计算出来，比回转窑的经验值和模糊性更加可靠、可控。
另一方面，由于设计的精密性以及热解反应极其快速彻底的特性，使得工艺参数变化范围大大缩小，控制难度大大降低，而且等离子技术完全是电输入和控制，比机械控制具有更好的精确性、可靠性和可用性。
需要提醒的是，工艺控制的优越性需要危废物料预处理到位、配比精准，如果预处理和配比都无法保证，那么谈论优越性或局限性都是不负责任的。
第三，我们从烟气处理负荷的角度来分析等离子技术的优越性。在前面的成本分析部分，我们已经简单分析了低烟气处理负荷的特点。这里我们重点从技术角度来探讨一下低烟气处理负荷的原理。
首先，由于自催化和高温的反应极快、彻底，热解产物分布很窄，形成二恶英等复杂产物的概率极低（危险废物中剧毒、难降解的复杂有机物已被分解），而硫、氯、氟、溴等元素直接形成简单的无机酸性还原性气体（H2S、HCl、HF、HBr等相对容易处理，但处理效果好），形成有机产物的概率低。总之，烟气中特征污染物含量比回转窑焚烧技术低1~2个数量级。
其次，热解炉不需要过多的空气，空气流速低得多，无机物几乎全部被熔融，产生的颗粒物量比回转窑焚烧技术低1至2个数量级。
三、高温可燃气体与危废物料热交换过程很短，主要带走物料的水分和部分VOC，进入余热吸收及气体净化工艺段，多余的热能、水分、颗粒物及酸性无机气体被吸收、过滤，成为高品质的可燃气体（少量成分复杂的VOC可通过深度处理降低），后续燃烧工作及烟气处理工艺与天然气基本相同。
第四，热解工艺和烟气处理工艺均不需要过量空气，可燃气体和烟气总量比回转窑焚烧技术减少80-90%。有的“专家”可能坚持不用热解炉，而是用其他炉型。原理一样，只是进料、换热方式不同。只要密封符合设计要求，等离子处理技术低烟气处理负荷的优势非常显著。
这里之所以没有把熔融玻璃渣作为突出的优势提及，是因为国家标准还没出台，质疑有其合理性。但稍微扩大一点，熔融炉渣产生的玻璃渣体积比回转窑焚烧技术的残渣（颗粒状）可减少50%（原理：玻璃渣的密度为2个多点，而焚烧残渣的密度只有1个多点），浸出毒性远低于国家标准。至于一些“专家”批评的玻璃化比例问题，笔者认为，玻璃化比例是由兼容性阶段决定的（炉渣辅料需要经过计算混合，然后与危废料均质后投料），因为兼容性不好而把责任推给等离子技术，是不公平的。
综上所述，笔者认为等离子技术在处理危险废物方面的优势十分突出，业界对等离子技术的担忧经不起认真推敲和论证。《技术指南》将电弧等离子技术作为处理危险废物的非焚烧技术，是经得起检验和验证的。
4.等离子体技术与集中处置原则的匹配
1995年《固体废物污染环境防治法》出台，确立了危险废物集中处理原则。这并不是我国独有的，1989年《控制危险废物越境转移巴塞尔公约》规定，各成员国应对危险废物实行统一管理。美、欧、日等发达国家在危险废物污染控制初期，均明确规定了集中处理原则。其中的原因颇为复杂，笔者试分析如下。
首先要明白的是，危险废物对环境、生态和健康的危害是长期的、潜在的、不可逆的。例如多氯联苯、二恶英、有机汞、有机锡等废物，以及铅、汞、镉、铬、砷等重金属，一旦造成污染和健康损害，代价是巨大的，甚至是难以承受的，而恢复原状的机会接近于零。
需要了解的第二个层面是危险废物来源的广泛性、渗透性和多变性。一般来说，70-80%的危险废物来自工业，包括生产、销售和污染控制，如废酸、废碱、废乳化液、蒸馏残渣等；10-15%来自市政和消费环节，如废药品、废含汞光源、生活垃圾焚烧残渣、实验室废液以及机动车修理产生的废铅酸电池和矿物油等集中回收；5-10%来自农林牧渔行业的废农药、废药品、疫苗、包装材料等；约1%的危险废物来自突发环境事件。 可以说工业社会各行各业都在不断产生危险废物，而随着人类对化学合成物质认识的不断深入，越来越多的废物逐渐被纳入危险废物监管名单，比如目前越来越盛行的将废旧动力锂电池纳入危险废物名录的呼吁。
第三个层次的认识是，危险废物有毒有害成分复杂，危险特性不易识别。虽然《国家危险废物名录》经过三次修订，已尽可能按照行业、工艺、有害成分等对危险废物进行分类，但46个类别、479个危险废物代码并不足以覆盖所有危险废物，更不要说工艺、成分差异给危险特性识别带来的困难。
综上所述，非集中监管无法控制危险废物的无序转移和非法扩散，非集中处置无法确保危险废物污染防治的有效性。理解了集中处置的必要性，就比较容易理解集中处置的优势。
监管优势：集中处置大大减轻了环保监管难度和工作量，通过聚焦处置环节，基本保证了大多数中小企业危险废物污染防治合规、合法。
兼容性优势。通过对不同热值、氯含量、硫含量、pH值等危废进行合理混合，危废进料均匀稳定，确保危废处置工艺在最优范围内运行。与单一种类、单一来源的危废相比，兼容性处理大大降低了处理成本和难度，确保运行稳定、排放水平低。
规模优势。危险废物处理设施的建设和运营成本对于大多数中小废物产生企业来说是难以承受的。集中处置的规模效应大大降低了危险废物处置场的建设投资风险和运营成本，有效解决了中小企业面临的危险废物处置难题。
结合前面对等离子处理技术的分析，等离子处理危废设备的工艺参数、运行状态、处置效果等均为电信号，非常方便集中监控和公开展示，与集中处置原理的匹配程度优于回转窑焚烧设备（其进风量、高温段氧含量等难以在线准确测量）。
5. 等离子技术与现行管理体系的匹配
现行的危险废物管理制度主要体现在源头分类、转移单和经营许可三项制度，包括一部法律《固体废物污染环境防治法》、一部法规《危险废物经营许可管理办法》、两部部门规章《危险废物转移单管理办法》和《国家危险废物名录》。
源头分类。《国家危险废物名录》确保危险废物从产生到处置的全过程都经过细致的分类和跟踪，这与一些“专家”将危险废物处置与生活垃圾焚烧混为一谈的情况截然相反。而且，我国在完整继承《巴塞尔公约》分类规则的基础上，结合国内实际情况，进行了三次合理修订。源头分类有助于等离子体技术对危险废物进行预处理和精准匹配。
转移单。《危险废物转移单管理办法》确保危险废物从产生单位到处置企业的转移全过程依法记录、移交、归档备查，有利于危险废物等离子体技术处理生产调度、业务统计等工作。
营业执照。《危险废物经营许可证管理办法》对不同技术路线的处置设施一视同仁。相对而言，等离子体技术的处置设施结构更紧凑，自动化程度更高，排放强度和排放总量相对较低，对削减危险废物数量和体积的效果更好。取得营业执照更有利于提高区域危险废物集中处置水平和污染防治水平。
相较于回转窑焚烧技术，等离子技术与现行危废管理体系的匹配并无硬伤，随着等离子技术与设备的模块化、标准化，匹配程度将更加良好。
六、等离子体技术对危废处置行业发展的挑战与期待
自1990年代以来，旋转窑焚化技术已在中国促进，环境保护部，国内设备制造业，设计机构，工程建筑行业和危险废物处理行业一直在努力，直到环境保护部授权到2016年危险部门的危险范围，以造成危险的范围。 和设备制造业已经超过十年了。
The that the short , and lack of are the three major of . the not only time, and , but more , the waste and need to see that the of kiln in the field of waste heat is not good. "A is , and is the of of ." As a , urges kiln to break the and and . The waste needs to and . , in years, from south to north, many - in China have in new and waste . After these have the and , they will drive more and to waste .
作者预计，等离子技术将部分取代旋转窑焚化技术。
作者预计，等离子技术将成为旋转窑焚化技术的有力替代品，准备替代现有功能较差的旋转窑焚化系统，并在控制危险废物污染风险和减少污染排放方面发挥了巨大的影响！
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编辑：Gu Yuan Jushi
校对：瓶子
排版：瓶子
艺术：常春藤
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