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摘要：随着我国经济的不断发展，科学技术的不断进步，人们生活水平的提高，对环境质量的要求也越来越高，对危险废物处置的要求也越来也严，在此背景之下，危险废物的处置技术有了飞跃式的发展。近几年，等离子体炬热解焚烧技术取得了突破性的发展，越来越多的应用于危险废物焚烧处置项目上。本文阐述了等离子体炬应用于危险废物热解焚烧技术特点，对等离子体炬的结构组成进行了简单介绍。
关键词：等离子体炬；危险废物；热解焚烧技术
近年来，我们国家经济的稳步发展，人们生活水平的日益提高，人们对物质文化生活的需求也越来越高，这就促进了我国化工、医药等行业的飞速发展，与此同时，也产生了大量的固废、废液、废气等危险废物，给环境治理带来了很大的压力。为了使危险废物处置排放能够达到越来越严格的环境标准，危险废物的处置技术不断的发展，研发出新的处置技术。
从危险废物处置技术的发展历程，到目前为止可以分为三代具有代表性的危险废物处置技术。第一代技术为热解气化焚烧技术（AB炉）；第二代技术为回转窑焚烧技术；第三代技术为近几年发展较快的等离子体炬热解焚烧技术。
1 等离子体介绍
等离子体普遍被认为是除气态、液态和固态之外的第四种物质存在状态，是含有能量的电离气体。等离子体是通过对气体分子施加足够的能量（通常为气体放电）发生电离形成的，气体分子被电离后部分电子被剥夺形成了正负离子组成的离子化气体状物质。离子化气体状物质中包含带有负电荷的自由电子、带正电荷粒子以及中性粒子，它们之间形成一种平衡，使得等离子体整体呈电中性。
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。高温等离子体指的是聚变等离子体，温度较高，温度范围为4000~20000K。而低温等离子体又可细分为冷等离子体和热等离子体。应用于危险废物处置领域的等离子体为热等离子体，是通过直流电弧放电、射频发电等方式产生。热等离子体是一种局部平衡的等离子体，气体电离产生的高能量电子，在高速运动过程中与其它离子发生碰撞，并将其能量传递给其它粒子，使周围温度趋于均衡；被电离的气体在高密度电场作用下高速越过电极从而产生了热等离子体射流。
2 等离子体炬工作原理
等离子体是由等离子发生器即等离子体炬产生的，通过电能驱动发出电弧电离气体产生等离子体。根据等离子体炬放电方式的不同，可以将等离子体炬分为射频感应等离子体炬、微波等离子体炬、直流/交流等离子体炬等。
射频感应等离子体炬一般是通过给感应线圈施加射频电流产生等离子体的。将高频功率施加在感应线圈上，由电流磁效应引起感应电场，电场中高速运动的电子与射频工作气体发生碰撞，气体发生电离、激发、离解等过程变成等离子体。一方面等离子体与危险废物发生碰撞，使其发生裂解、重整等化学变化；另一方面危险废物在高温下进行化学反应，最终将其中的有机物分解为合成气，而无机物固化成稳定的玻璃渣。
微波等离子体炬是以微波能为激发源，通过一系列转换成为高强度的电磁场击穿空气使其发生电离产生等离子体。微波等离子体放电密度高，电离程度高，放电压力范围宽，能量转化效率高，由于没有电极参与反应，不存在电极腐蚀等问题。
直流等离子体炬是目前应用于危险废物处置比较广泛的一种。直流等离子体炬是在两个电极之间施加高压，使通过两电极之间的气体发生电离，产生明亮的火焰，当气流比较大的时候，等离子体延伸到电极之外形成等离子体射流。根据等离子体炬阴阳极的分布规律可以分为两种结构：转移电弧等离子体炬和非转移电弧等离子体炬。转移电弧等离子体炬是将工件作为其中一个电极，所以其电极寿命比非转移电弧等离子体炬更长。直流电弧等离子体具有高能量密度，中心温度高，边缘温度低，起弧容易，电弧稳定，但是直流等离子体放电为有极放电，电极容易腐蚀，因此电极寿命较短，需要定期进行更换。
3 等离子体炬结构组成
由于直流等离子体炬具有中心温度高，起弧容易、电弧稳定等优点，在危险废物处置中应用比较多，现以直流等离子体炬为例，介绍一下等离子体炬的结构组成。
等离子体炬主要是由等离子体炬本体、电弧点火器和电源系统等组成。等离子炬本体是等离子体炬的核心设备；电弧点火器用来在很短的时间内在电极间生成电弧；电源系统为等离子炬提供直流电源。
等离子体炬本体包含了一组电极，阴极和阳极，阴极布置在炬的中心位置，阳极是一个环绕中心阴极的环形道筒。在两个电极上施加足够高的电压，中心阴极和环形阳极之间形成等离子体电弧，作用于通入的工作气体形成等离子体射流。常用作直流等离子体工作气体的有氮气、氩气、空气、水蒸汽及其混合物。由于电离工作过程中温度极高，为了保证电极的工作寿命，需配置一套水冷却系统。
电弧点火器一般耦合在等离子体炬本体上，点火时能够提供足够的能量。点火器直接连接到炬体的直流电源上。
等离子体电源是由电源柜和气源柜两部分组成。等离子体电源柜输入电压为500V三相交流电，输出电压可大600V，工作状态下电压为50-450V。等离子体气源柜输入氮气和压缩空气，通过气体调节装置后通入等离子体炬本体，氮气的作用为保护气，压缩空气为等离子体炬的电离介质。等离子体电源采用全数字DSP控制，自动引弧，自动转弧，具有高可靠性能，还具有过流、短路、过压、缺相、缺水保护等保护措施。
4 等离子体炬应用于危险废物的工作机理
等离子体炬应用于危险废物处置主要包括以下几种机理：等离子体热解、等离子体焚烧、等离子体熔融玻璃化等以及各种机理组合形式。
（1）等离子体热解
等离子体热解是指在无氧或缺氧条件下，利用等离子体的热能打断危险废物中有机物的化学键，使其成为小分子，产生包括各种烃类、固定碳、一氧化碳、氢气等可燃气体。
（2）等离子体焚烧
等离子体焚烧是指在有氧条件下，等离子体作用于危险废物产生剧烈的氧化放热反应。等离子体炬放电电离气体产生等离子体射流，高能的等离子体在运动过程中与危险废物发生剧烈的碰撞，使其中的水分迅速的挥发，有机物质与氧气结合充分焚烧产生高温烟气，无机物在高温下熔融变成熔渣。
（3）等离子体熔融玻璃化
等离子体熔融玻璃化是指危险废物中的无机物在等离子体高温的作用下，与加入的添加剂等物质混合熔融形成的一种稳定的玻璃态物质。危险废物中的有害金属熔融后被包裹和密封在玻璃态熔渣中，并阻止其迁移到水和大气中，可达到稳定化、减量化及资源化的目的。
5 等离子体炬热解焚烧技术特点
等离子体炬热解焚烧技术应用于危险废物热解处置，使其中的有机物热解焚烧成高温烟气，无机物高温熔融成为稳定的玻璃态物质，该技术主要具有以下特点：（1）反应速度快、二次污染小、适用范围宽；（2）等离子体含有高能量的电离气体，化学活性高，有毒有害物质处置彻底；（3）处置后产生的稳定的玻璃态物质可二次利用；（4）等离子体技术运行稳定、处置高效、安全可靠。
6 结论
等离子体炬热解焚烧技术作为第三代危险废物处置技术，越来越多地成功应用于危险废物处置项目中，解决了传统的热解焚烧技术、回转窑焚烧技术难以解决的问题：一是处置危险废物范围更广，适用性更强；二是可充分焚毁烟气中二噁英等有害物质，彻底解决了二噁英的污染问题；三是焚烧炉渣变成稳定的玻璃态物质，可资源化利用。随着对环境要求的日益提高，危险废物处置的排放标准会越来越严，这就要求危险废物的处置技术有新的突破，等离子体炬热解焚烧技术符合当前危险废物处置资源化、无害化的要求，随着该技术的广泛应用和改进，在未来一定会成为危险废物处置的主流技术。
参考文献：
[1]杜长明.等离子体处理固体废弃物技术[M].北京：化学工业出版社.
[2]宋彦龙，束富荣.热等离子体技术在处理危险废物方面的应用[J].防化研究，2005，第2期：33-38.