Плазменная электротехнология и оборудование для переработки углеродсодержащих техногенных отходов

Плазменные установки — это новый тип оборудования, применяемый для переработки техногенных (бытовых, медицинских, промышленных, сельскохозяйственных) отходов. Углеродсодержащие отходы являются возобновляемым энергетическим сырьем (например, твердые бытовые отходы соответствуют по теплотворной способности бурым углям).

При переработке техногенных отходов в любом плазменном реакторе имеются области интенсивного образования диоксинов. Однако рабочий процесс внутри предлагаемого плазменного реактора организован так, что весь газовый поток, содержащий вредные соединения, окислы и закиси химических элементов нагревается принудительно до температуры 1600 °С, а затем охлаждается до 1200 °С. В полученном газе с 1200 °С имеются только СО, Н2, СО2, С1, пары серы, свинца, цинка, фосфор и другие элементы. Так как атмосфера в реакционной зоне существенно восстановительная и получена путем охлаждения от 1600 °С, то все элементы находятся в элементарном состоянии. Созданы такие условия, при которых, например, диоксины не могут образовываться. Гарантированная закалка продуктов газификации в вихревом скруббере со скоростями (106-5-106 град/с) больше, чем скорости протекания химических реакций позволяет получать шламы без вредных соединений.

Одним из важнейших преимуществ, выводящих плазменные (высокотемпературные) технологии в принципиально иной класс процессов по экологичности и эффективности, является возможность окисления углерода до моноокиси СО и исключение из технологического цикла балластного азота. Исключение балластного азота снижает количество отходящих газов более, чем в 5 раз по массе и в 3 раза по объему. Это позволяет эффективно очищать получаемый синтез-газ. При этом шлам, получаемый при очистке синтез-газа, практически не содержит окисленных веществ и не заражен диоксинами и фуранами. Такое техническое решение гарантирует выполнение экологических требований к современным промышленным технологиям без использования многоступенчатых, сложных и дорогостоящих систем газоочистки.

Расчетно-теоретические исследования. Для прогнозирования многопараметрического электротехнологического оборудования при плазменной переработке/утилизации техногенных образований и отходов разработана физико- математическая модель шахтной плазменной электропечи. Получены распределения температур газа и шихты по высоте печи с учетом тепловых потерь через боковые стенки, при изменении расходов газа и при наличии источника тепловыделения за счет химических реакций. Установлено значительное влияние расхода высокотемпературного газа и химических реакций на интенсивность прогрева шихты. Полученные данные позволяют оптимизировать габариты плазменной электропечи, прогнозировать зону пиролиза и газификации органической составляющей техногенных отходов.

Результат расчетов сравнивались с экспериментальными данными и получены вполне удовлетворительные совпадения. Аналогичных расчетов плазменной технологии переработки отходов ранее не проводилось.

Применение полученных результатов. Результаты расчетно-теоретических исследований могут быть использованы для разработки методики расчета реакционных объемов плазменных технологических аппаратов с целью оптимизации их габаритных размеров, местоположения максимального тепловыделения и плазмохимических реакций, а также зоны отбора отходящих газов для последующей их очистки.

Экспериментальные результаты исследований электродуговых генераторов низкотемпературной плазмы (плазмотронов) требуются разработчикам конкретного электротехнологического оборудования для выбранной плазменной технологии. Практика использования плазменной техники убедительно показала, что технологический плазмотрон является штучным изделием (за исключением массовых тиражей плазменных установок для резки металлов и напыления защитных покрытий). Поэтому полученные энергетические и эрозионные характеристики некоторых конструктивных схем опытных плазмотронов следует рассматривать как методический материал применительно к другим конструкциям. Результаты исследованных конструкций экспериментальных плазмотронов могут быть использованы специализированными организациями для создания опытно-промышленных плазмотронов для плазменных электропечей и реакторов с целью реализации технологических процессов переработки и утилизации техногенных образований и отходов.

Поисковые исследования в области плазменных технологий переработки и утилизации углеродсодержащих отходов (бытовых, медицинских, промышленных, сельскохозяйственных) показали высокую эффективность принятых технических решений для последующей их реализации в опытно-промышленных электротехнологических плазменных установках. Результаты исследований позволяют перевести экспериментальные плазменные устройства в стадию ОКР с целью разработки конкурентоспособных технологий для последующей коммерциализации.

Изложенные выше преимущества новой плазменной технологии и новизна полученных результатов позволяют рекомендовать их для использования в больших и малых городах, на предприятиях, где образуются промышленные и сельскохозяйственные отходы, в медицинских учреждениях и специальных организациях для переработки токсичных образований и отходов.

Выводы. Продукты переработки отходов: синтез-газ, тепловая и электрическая энергия; шлак сырьевой материал для строительства дорог и зданий.

Исследования термодинамических, теплотехнических и технологических процессов проведены на плазменно-дуговых печах и электроплазменных реакторах по переработке и утилизации бытовых, биоорганических (иловые осадки), сельскохозяйственных (рисовая шелуха), промышленных (нефтяной попутный газ, полихлорбифенилы) отходов и образований. Суть этих технологий сводится к высокотемпературному пиролизу и газификации органической составляющей техногенных образований с получением синтез-газа (Н2+СО), пригодного для нужд энергетики и химического производства. Неорганическая часть отходов в виде расплавленного шлака после грануляции может быть использована в строительной индустрии.

Дата публикации: 21.03.2012

Похожие записи:

• Локализация дефектов по интегральным сигналам акустической эмиссии
• Разработка автоматизированной системы неразрушающего контроля и диагностики металла с функцией определения остаточного ресурса
• Эксплуатационные повреждения и разрушение металла деталей горячего тракта газотурбинных установок
• Компьютерное моделирование процесса образования продуктов реакции при сжигании жидких топлив
• Новые принципы создания тепловых генераторов на основе методов импульсного сжигания углеводородов непосредственно в водном теплоносителе
• Котел-утилизатор твердых бытовых отходов с рециркуляцией дымовых газов как способа сокращения вредных выбросов