Исследование и создание установок по переработке токсичных веществ и смешанных отходов с использованием свободно горящих сильноточных дуг и плазмотронов переменного тока

• Автор: Рутберг, Александр Филиппович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ПЛАЗМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ГАЗИФИКАЦИИ И

ПИРОЛИЗА ОРГАНОСОДЕРЖАЩИХ ВЕЩЕСТВ

§ 1 .Общие положения

§ 2. Плазменные методы переработки

§ З.Технология на основе свободно горящих дуг, замыкаемых на расплав

внутри реактора

3.1 .Система РЕМ

3.2.Технология ТЕИОУА
3.3.Плазмохимический реактор с расплавленными электродами
§ 4.Технологии с применением генераторов плазмы (плазмотронов)
4.1. Плазменная газификация с добавлением твердого топлива
4.2.Технология плазменного пиролиза с применением расплава
4.3. Плазменный пиролиз с выпуском остеклованного шлака
4.4.Технология ИСЬ
4.5. Технология газификации и плазменного пиролиза
§ 5.Выводы
ГЛАВА И.. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СВОБОДНО
ГОРЯЩИХ СИЛЬНОТОЧНЫХ ДУГАХ
§ 1. Режим горения свободно горящих сильноточных дуг
§ 2. Вольт-амперные характеристики. Равновесный состав плазмы дуги
§ 3. Теплообмен
§4. Эрозия электродов
§ 5. Выводы
ГЛАВА III. ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ПЛАЗМЫ
(ПЛАЗМОТРОНЫ)
§ ГТипы плазмотронов

§ 2. Плазмотроны переменного тока
§ 3 . Разработанные генераторы плазмы (плазмотроны), применяемые в
исследуемых экспериментальных установках
§ 4.Разработка и исследование систем энергопитания
§ 5. Полупроводниковый регулятор мощности плазмотрона переменного
тока
§ 6. Электроды
§ 7. Выводы
ГЛАВА IV. РЕЖИМ ГОРЕНИЯ ДУГ В ПЛАЗМОТРОНЕ
§ 1 .Режим горения дуг переменного тока в плазмотронах со стержневыми
электродами
§ 2. Влияние формы кривой напряжения на режим работы плазмотрона
§ 3. Вольт-амперные характеристики
§ 4. Выводы
ГЛАВА V. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ И ГАЗИФИКАЦИИ ОРГАНОСОДЕРЖАЩИХ
ВЕЩЕСТВ
§ 1. Переработка токсичных веществ при помощи плазмотрона
переменного тока
§ 2.Экспериментальная установка для переработки твердых и жидких
отходов с применением расплава и плазмотронов переменного тока
§ 3. Экспериментальная установка для газификации твердых отходов и
угля с радиально расположенными плазмотронами
§ 4. Система по переработке и утилизации твердых бытовых отходов (ТБО)
производительностью 5 тонн в час
§ 4. Выводы
VI. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.
Широко применяемые в настоящее время методы термической переработки отходов обладают рядом принципиальных недостатков. К ним в первую очередь относятся образование и выброс в атмосферу больших количеств токсичных веществ: золы уноса, содержащей тяжелые металлы, сажи, монооксида углерода, оксидов серы и азота, соединений хлора, и таких супероксидантов, как диоксины и фураны. Наиболее перспективным органосодержащим сырьем для газификации и пиролиза в первую очередь являются отходы древесины, специально подготовленные муниципальные отходы (RDF) с большим содержанием углерода, а также уголь, запасы которого достаточно велики. Причем методы газификации древесины, RDF и угля достаточно близки. Применение плазменного нагрева в процессе пиролиза и газификация твердого топлива является альтернативой применению чистого кислорода в составе дутья. Плазменные процессы обеспечивают высокие и эффективные температуры переработки, которые не могу г быть достигнуты другими методами нагрева. Высокотемпературный газовый поток, за счет происходящих в нем процессов диссоциации и ионизации, имеет высокое энергосодержание. Греющая способность такого потока при воздействии на поверхность вещества на порядок выше, чем греющая способность, которая может быть достигнута при использовании топлива. Последнее обстоятельство позволяет ускорять технологические процессы, связанные с переработкой отходов. Отличительной особенностью плазменных процессов является их высокая селективность, обеспечивающая получение целевых продуктов при незначительном образовании побочных продуктов. Особой проблемой является переработка и нейтрализация особо токсичных веществ. Для этих целей применение плазменных технологий является оптимальным.

электродов является проводящий расплав, другим электродом является графитовый или металлический электрод, введенный в реактор.
Во втором методе для генерации плазмы используются электро-дуговые генераторы (плазмотроны), где дуги (или дуга) горят внутри разрядной камеры, через которые продувается рабочий газ и при помощи соплового аппарата струя плазмы вводится в плазмохимический реактор.
- В первом методе уже сейчас возможна реализация крупных единичных плазмохимических реакторов, потребляющих значительное количество электроэнергии (5-30 МВт). Однако такие системы имеют ряд существенных недостатков: низкий коэффициент использования энергии дуги, вследствие больших энергозатрат на поддержание высокой температуры расплава, мало эффективный теплообмен между дугой, расплавом и перерабатываемым веществом, существенное загрязнение получаемого газа примесями вещества расплава.
- Во втором методе эффективность теплообмена между генерируемой плазмой и перерабатываемым веществом существенно выше, кроме того, легче формировать заданный химический состав газа, но необходимо создание мощных, надежных и высокоэффективных генераторов плазмы, способных работать длительное время, используя для генерации плазмы различные газы, прежде всего воздух, пары воды и ССХ
- Исследования в области плазменной переработки отходов находятся на начальной стадии. Рассмотренные установки, вследствие недостаточной изученности, не оптимальны по ряду параметров. В частности, отсутствует оптимизация по составам вводимых в реакторы веществ, не достигнуты оптимальные значения по энергосодержанию получаемого продукт-газа, энергетические затраты на процесс не минимизированы.
- Необходимо провести сравнительный анализ основных типов плазменных технологий и рассмотреть их целесообразность применения в различных условиях.