Исследование, разработка и создание систем плазменной газификации твердых органических отходов на основе мощных электродуговых генераторов плазмы

• Автор: Попов, Виктор Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 113 с. : ил.

1. ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ ГАЗИФИКАЦИИ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ И ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ
1.1. Проблема отходов
1.2. Обоснование применения процесса высокотемпературной газификации
1.3. Обзор технологий газификации отходов на основе
традиционных источников энергии
1.3.1. Фильтрационное горение в сверхадиабатическом режиме
1.3.2. Технология Гинцветмет
1.3.3. Процесс P.I.T. Pyroflam
1.3.4. Технология Thermoselect
1.4. Обзор плазменных технологий газификации отходов
1.4.1. Технология компании Startech Environmental Corporation
1.4.2. Технология РЕМ
1.4.3. Технология PEPS
1.4.4. Технология Pyroarc
1.4.5. Совместная разработка компаний Westinghouse Plasma
Corporation и Hitachi Metals Limited
1.5. Выводы
2. ГЕНЕРАТОР ПЛАЗМЫ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
2.1. Обоснование и выбор
2.2. Описание
2.3. Принцип действия и внешние характеристики
2.4. Оценка параметров разряда
2.5. Выводы
3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
3.1. Выбор схемы газификатора
3.2. Расчёт материального и теплового балансов процесса
плазменной газификации различных видов твердых отходов
3.3. Основные параметры реактора-газификатора
3.4. Основные параметры камеры сжигания продуктового газа
3.5. Основные параметры системы охлаждения и очистки
отходящих газов
3.6. Технологическая схема установки
3.7. Выводы
4. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
4.1. Реакторный узел
4.1.1. Реактор-газификатор
4.1.2. Устройство для загрузки реактора

4.1.3. Узел удаления несгораемых твердых остатков
4.1.4. Узел утилизации получаемого газа
4.2. Вспомогательные системы
4.2.1. Система охлаждения и очистки отходящих газов
4.2.2. Система охлаждения технологического оборудования
4.2.3. Система снабжения воздухом и паром
4.2.4. Система электроснабжения
4.3. Система сбора и отображения информации
4.3.1. Контроль состава продукт-газа
4.3.2. Измерение температур
4.3.3. Измерение давлений
4.3.4. Измерение расходов потребляемых сред
4.3.5. Пульт управления и контроля
4.4. Выводы
5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
5.1. Тестовые пуски
5.2. Сушка футеровки
5.3. Тестовые пуски установки с частичной загрузкой реактора
5.4. Тестовые пуски установки с полной загрузкой реактора
5.5. Плазменная газификация отходов древесины
5.6. Сравнение полученных экспериментальных данных
5.7. Выводы
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
7. ПРИЛОЖЕНИЕ
8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность работы.
Проблема переработки отходов стоит чрезвычайно остро, поэтому «Технологии переработки и утилизации техногенных образований и отходов» вошли в перечень критических технологий Российской Федерации, утвержденный Президентом Российской Федерации 21 мая 2006 года.
Вместе с тем исчерпание мировых запасов нефти и природного газа прогнозируется в течение нескольких ближайших десятилетий, что на фоне постоянного роста мирового потребления этих энергоносителей оказывается весьма близкой перспективой и стало одной из причин наблюдаемого в последнее время постоянного роста цен на энергоресурсы. Поэтому в том же перечне технологий присутствуют «Технологии новых и возобновляемых источников энергии».
Известно, что теплотворной способности многих видов твердых органосодержащих отходов (твердых бытовых, сельскохозяйственных, деревообработки и др.) достаточно для организации процессов их сжигания с целью уничтожения с последующей рекуперацией части энергии — в мире создано огромное количество мусоросжигающих заводов. Однако, гораздо эффективней подвергать органическую массу отходов процессу газификации, в результате которого органическая составляющая отходов преобразуется в горючий газ, который имеет широкий спектр возможностей по дальнейшему применению, главная из которых — энергетическая. Применение же в этих процессах низкотемпературной плазмы по предварительным оценкам и расчётам позволит существенно увеличить их эффективность, а высокие цены на нефть и газ обуславливают их конкурентоспособность.
Однако накопленных теоретических знаний, как о самих генераторах плазмы, так и о процессах с её участием недостаточно для начала проектирования крупнотоннажных производств. Необходима экспериментальная апробация и отработка процессов плазменной газификации отходов, что в итоге обусловило выбор и актуальность темы диссертации.
Диссертационная работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию процесса плазменной газификации твёрдых органических отходов на основе мощных генераторов плазмы переменного тока.
Объект и предмет исследования.
Объектами исследований диссертационной работы являются экспериментальная установка плазменной газификации твердых органических отходов и высоковольтный трехфазный электродуговой воздушный генератор плазмы переменного тока со стержневыми электродами, работающий в её составе.
Предметом исследований диссертационной работы являются процессы, происходящие внутри камеры газификатора при взаимодействии плазменного

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
3.1. Выбор схемы газификатора
Для получения такого газа кроме состава и свойств дутья важен рациональный выбор способа подачи и направления движения дутья относительно слоя топлива.
Газификация кускового топлива, осуществляемая в плотном нисходящем (так называемом псевдостационарном) слое может быть, как известно, организована в прямом, обращенном, комбинированном и поперечном процессах (Рис. 28) [98].
[Топливо
т~[
ТИТ им
Зоюпхгогожм
3«ла «осстшсос лепкя
Зека, горения
Зою юли н шлака
ТПТ ТИТ

Дутье
^Топливо
ЛИ-

3« на підготовки
Зова жосспишжлЕюся
Звнагареж
3 ока яш н шлака
7ПТПТГ
Дутье

^Топливо
ШІІШ
Зова прения
Зова ваеепшвжшся
Зов г «реиз
Зов и ли и клака
Тїм’ПТГ
Дутье

Топливо

Дутье
Дутье

Рис. 28. Способы подачи и направление движения дутья и топлива в газогенераторе:
Процессы: а - прямой; б - обращенный; в- комбинированный; г - поперечный.
В прямом (или противоточном) процессе дутье в газогенератор подается снизу через колосниковую решетку, а газ отводится сверху над слоем топлива. Поднимаясь вверх, дутье сначала проходит слой золы и шлака и при этом подогревается. Затем газообразные реагенты поступают в окислительную зону, или зону горения, представляющую собой нижнюю часть слоя топлива. Здесь кислород вступает во взаимодействие с раскаленным коксом, образуя диоксид углерода. Последний в следующей по ходу газа зоне восстанавливается до оксида углерода. Здесь же протекают и реакции с участием водяного пара. Окислительная зона и зона восстановления собственно и образуют зону газификации. Выше располагаются зоны пиролиза (или полукоксования) и сушки, вместе образующие зону подготовки топлива. Выходящие из нее продукты покидают газогенератор, не подвергаясь разложению, и поэтому в составе продуктового газа содержится значительное количество паров смолы и водяного пара.
При обращенном процессе топливо и дутье подают в шахту газогенератора сверху, а газ отводят снизу, т.е., в отличие от прямого процесса, топливо и газ