RU2575719C2 - Treatment of solid and liquid production wastes and consumption in thermal plasma and plant to this end - Google Patents
Treatment of solid and liquid production wastes and consumption in thermal plasma and plant to this end Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575719C2 RU2575719C2 RU2013138466/03A RU2013138466A RU2575719C2 RU 2575719 C2 RU2575719 C2 RU 2575719C2 RU 2013138466/03 A RU2013138466/03 A RU 2013138466/03A RU 2013138466 A RU2013138466 A RU 2013138466A RU 2575719 C2 RU2575719 C2 RU 2575719C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- glass
- slag compound
- plasma
- slag
- zone
- Prior art date
Links
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 title claims abstract description 58
- 239000002699 waste material Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 15
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 title description 4
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 74
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 71
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 40
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000002309 gasification Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 claims abstract description 22
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000010808 liquid waste Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 60
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 30
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 29
- 238000011068 load Methods 0.000 claims description 24
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 235000010599 Verbascum thapsus Nutrition 0.000 claims description 15
- 239000003570 air Substances 0.000 claims description 15
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 14
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 14
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 9
- 240000000969 Verbascum thapsus Species 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims description 5
- 229920002456 HOTAIR Polymers 0.000 claims description 4
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 4
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 claims description 4
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 4
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 3
- 238000000048 melt cooling Methods 0.000 claims description 3
- 125000004435 hydrogen atoms Chemical class [H]* 0.000 claims 2
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 claims 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 claims 1
- 210000004940 Nucleus Anatomy 0.000 abstract 2
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 14
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 6
- 230000000877 morphologic Effects 0.000 description 6
- 239000002956 ash Substances 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 239000002906 medical waste Substances 0.000 description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 5
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 4
- 239000010796 biological waste Substances 0.000 description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000005591 charge neutralization Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 230000001264 neutralization Effects 0.000 description 2
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 230000002588 toxic Effects 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N AI2O3 Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000273930 Brevoortia tyrannus Species 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 241001425722 Greta Species 0.000 description 1
- 101700071448 SCBT Proteins 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000010425 asbestos Substances 0.000 description 1
- 125000000477 aza group Chemical group 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000481 chemical toxicant Toxicity 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000036461 convulsion Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 150000002013 dioxins Chemical class 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 239000003546 flue gas Substances 0.000 description 1
- 239000010881 fly ash Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000011490 mineral wool Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 229910052895 riebeckite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic Effects 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
- 229910052902 vermiculite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010455 vermiculite Substances 0.000 description 1
- 235000019354 vermiculite Nutrition 0.000 description 1
- 238000004017 vitrification Methods 0.000 description 1
- 238000004056 waste incineration Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Группа изобретений относится к переработке твердых и жидких отходов производства и потребления в термической плазме, в частности к термическому обезвреживанию опасных твердых и медицинских отходов (ТБО и МО), к технологиям переработки и уничтожения чрезвычайно токсичной летучей золы мусоросжигающих предприятий, содержащей адсорбированные диоксины, медицинских и биологических отходов, в том числе терапевтических препаратов с истекшим сроком годности и содержащих радионуклиды. Данная группа изобретений решает, в первую очередь, экологическую задачу и может найти применение в защите окружающей среды, медицине, сельском хозяйстве, в жилищно-коммунальном хозяйстве, в химической и химико-фармакологической промышленности.The group of inventions relates to the processing of solid and liquid wastes of production and consumption in thermal plasma, in particular to the thermal neutralization of hazardous solid and medical wastes (MSW and MO), to the technologies for processing and destruction of extremely toxic fly ash from waste incinerators containing adsorbed dioxins, medical and biological waste, including expired therapeutic products containing radionuclides. This group of inventions solves, first of all, the environmental problem and can find application in environmental protection, medicine, agriculture, housing and communal services, in the chemical and chemical-pharmacological industry.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Из уровня техники известен способ термической переработки супертоксичных веществ, в том числе медицинских, сущность которого заключается в термохимическом преобразовании обезвреживаемого вещества, включающем ряд последовательных стадий: высокотемпературное разложение (T=2000-3500°C), доокисление и химическое связывание элементов разложения, многозвенная система нейтрализации и улавливания конечных малотоксичных химических соединений. (Папуша А.И. Высокотемпературная технология уничтожения супертоксичных веществ // Конверсия в машиностроении, 1998, №1) Недостатком данного способа является невозможность использования несортированных отходов.The prior art method for the thermal processing of supertoxic substances, including medical ones, the essence of which is the thermochemical conversion of a neutralized substance, which includes a number of successive stages: high-temperature decomposition (T = 2000-3500 ° C), additional oxidation and chemical bonding of decomposition elements, multi-link system neutralization and capture of final low toxic chemical compounds. (Papusha A.I. High-temperature technology for the destruction of supertoxic substances // Conversion in mechanical engineering, 1998, No. 1) The disadvantage of this method is the inability to use unsorted waste.
Наиболее близким к заявленному является способ переработки твердых и жидких отходов производства и потребления в термической плазме в реакционном объеме, имеющем несколько зон, в том числе камеру газификации, зону формирования стеклоподобного шлакового компаунда и плавильную камеру, с подачей отходов в верхнюю часть реакционного объема, последующим нагреванием отходов плазменными струями электродуговых плазмотронов (плазменных генераторов), использующих в качестве рабочего газа углекислый газ, воздух, аргон, водяной пар, водород или смеси этих газов, расположенных, по крайней мере, в одной из зон, с получением пирогаза и стеклоподобного шлакового компаунда, газоотводом пирогаза и сливом стеклоподобного шлакового компаунда из нижней части плавильной камеры (Патент RU 2406032, опубликован 10.12.2010).Closest to the claimed one is a method for processing solid and liquid wastes of production and consumption in thermal plasma in a reaction volume having several zones, including a gasification chamber, a glass-like slag compound formation zone and a melting chamber, with waste feeding to the upper part of the reaction volume, followed by heating the waste with the plasma jets of electric arc plasmatrons (plasma generators) using carbon dioxide, air, argon, water vapor, hydrogen as the working gas mixtures of these gases, located in at least one of the zones, with the production of pyrogas and glass-like slag compound, gas extraction of pyrogas and the discharge of glass-like slag compound from the lower part of the melting chamber (Patent RU 2406032, published 10.12.2010).
Недостатком данного способа являются большие энергозатраты на осуществление процесса, которые, в основном, связаны с организацией теплообмена и структурой потока внутри плазменного реактора.The disadvantage of this method is the large energy consumption for the implementation of the process, which is mainly associated with the organization of heat transfer and the structure of the flow inside the plasma reactor.
Из уровня техники известен промышленный модуль установки для термической переработки супертоксичных веществ, в том числе и медицинских, созданный на базе ракетного двигателя (Папуша А.И. Высокотемпературная технология уничтожения супертоксичных веществ. // Конверсия в машиностроении, 1998, №1), в котором реализуется термохимический метод преобразования обезвреживаемого вещества. Но, поскольку техническое воплощение данной установки осуществлено на принципах создания ракетной техники, то модулю в целом присущи такие недостатки как сложность и высокая себестоимость.The industrial module of the thermal processing of supertoxic substances, including medical ones, based on a rocket engine (Papusha A.I. High-temperature technology for the destruction of supertoxic substances. // Conversion in mechanical engineering, 1998, No. 1), in which the thermochemical method of converting the neutralized substance is implemented. But, since the technical embodiment of this installation is carried out on the principles of creating rocket technology, the module as a whole has such disadvantages as complexity and high cost.
Наиболее близким к заявленной установке является высокотемпературный плазменный конвертор - ВТПК (реактор) для переработки твердых и жидких отходов производства и потребления, раскрытый в патенте RU 2406032, опубликованном 10.12.2010, который выполнен в виде шахтной печи с загрузочным устройством, плавильными камерами, газоотводом и сливным отверстием. Реактор включает последовательно расположенные в шахте (сверху вниз) камеру сушки твердых отходов с плазменными генераторами подачи нагретого рабочего газа в количестве от 2 до 6, равномерно расположенными по окружности плазменного реактора, камеру газификации твердых отходов с плазменными генераторами подачи нагретого рабочего газа в количестве от 2 до 6, равномерно расположенными по окружности плазменного реактора, зону формирования стеклоподобного шлакового компаунда с патрубками плазменных генераторов подачи нагретого рабочего газа в количестве от 2 до 6, равномерно расположенными по окружности реактора, причем в камере сушки в качестве рабочего газа может быть использован газ из группы, включающей углекислый газ, воздух, водяной пар, аргон, в камере газификации в качестве рабочего газа может быть использован газ из группы, включающей водяной пар, углекислый газ, водород, аргон, воздух, в зоне формирования стеклоподобного шлакового компаунда в качестве рабочего газа может быть использован воздух или углекислый газ.Closest to the claimed installation is a high-temperature plasma converter - VTPK (reactor) for processing solid and liquid waste production and consumption, disclosed in patent RU 2406032, published 10.12.2010, which is made in the form of a shaft furnace with a loading device, melting chambers, gas outlet and drain hole. The reactor includes a solid waste drying chamber sequentially located in the mine (from top to bottom) with plasma generators for supplying heated working gas in an amount of 2 to 6, uniformly spaced around the circumference of the plasma reactor, a solid waste gasification chamber with plasma generators for supplying heated working gas in an amount of 2 up to 6, evenly spaced around the circumference of the plasma reactor, the formation zone of the glass-like slag compound with the nozzles of the plasma generators supplying heated working g aza in an amount of from 2 to 6, evenly spaced around the circumference of the reactor, moreover, in the drying chamber as a working gas, gas from the group consisting of carbon dioxide, air, water vapor, argon can be used, in the gasification chamber as the working gas can be used gas from the group consisting of water vapor, carbon dioxide, hydrogen, argon, air, in the zone of formation of a glass-like slag compound, air or carbon dioxide can be used as a working gas.
Недостатком данного реактора являются высокие потери тепловой энергии через стенки конвертера.The disadvantage of this reactor is the high loss of thermal energy through the walls of the converter.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технический результат, достигаемый при использовании заявленной группы изобретений, заключается в снижении энергозатрат на осуществление процесса плазменной переработки твердых и жидких отходов производства и потребления за счет снижения потерь тепловой энергии через стенки конвертера.The technical result achieved by using the claimed group of inventions is to reduce energy costs for the process of plasma processing of solid and liquid waste production and consumption by reducing heat loss through the walls of the converter.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе переработки твердых и жидких отходов производства и потребления в термической плазме в реакционном объеме, имеющем несколько зон, в том числе камеру газификации, зону формирования стеклоподобного шлакового компаунда и плавильную камеру, с подачей отходов в верхнюю часть реакционного объема, последующим нагреванием отходов плазменными струями электродуговых плазматронов, использующих рабочий газ, расположенных, по крайней мере, в одной из зон, с получением пирогаза и стеклоподобного шлакового компаунда, газоотводом пирогаза и сливом стеклоподобного шлакового компаунда из нижней части плавильной камеры, процесс в зоне формирования стеклоподобного шлакового компаунда проводят таким образом, что плазменные струи, образуемые плазматронами, фокусируют с возможностью создания теплового ядра в одной области, находящейся в центре зоны формирования стеклоподобного шлакового компаунда, с образованием слоя возгонной пыли, состоящей из минеральных частиц, и расположенной между камерой газификации и зоной формирования стеклоподобного шлакового компаунда, а исходные отходы направляют в область теплового ядра. При этом газоотвод пирогаза могут осуществлять сначала путем сужения потока газа с последующим его расширением до скорости осаждения возгонных пылевых микрочастиц, имеющих эффективный диаметр менее 100 мкм, а полученный пирогаз может находиться в зоне газификации не менее 2 с. Кроме того, после зоны газификации пирогаз может быть выдержан при температуре 2000-3000 K в плазмохимической зоне плазмотрона. В качестве рабочего газа может быть использован углекислый газ, воздух, аргон, водяной пар, водород, кислород или смеси этих газов. Слив стеклоподобного шлакового компаунда может проводиться периодически, с временными промежутками между сливами, не превышающими время охлаждения расплава до температуры затвердевания в отверстии слива, или непрерывно. В реакционный объем дополнительно может быть введен кислород, водяной пар, углекислый газ, воздух, аргон, водород или смеси этих газов. Расплавленный стеклоподобный шлаковый компаунд может быть непосредственно направлен на переработку. Кроме того, область (тепловое ядро), находящаяся в центре зоны формирования стеклоподобного шлакового компаунда, имеет среднемассовую температуру не менее 1700 K.The specified technical result is achieved due to the fact that in the method of processing solid and liquid production and consumption wastes in thermal plasma in a reaction volume having several zones, including a gasification chamber, a glass-like slag compound formation zone and a melting chamber, with waste feeding to the top part of the reaction volume, followed by heating the waste with plasma jets of electric arc plasmatrons using a working gas located in at least one of the zones to produce pyrogas and glass-like slag compound, pyrogas venting and draining the glass-like slag compound from the lower part of the melting chamber, the process in the formation zone of the glass-like slag compound is carried out in such a way that the plasma jets formed by the plasmatrons are focused with the possibility of creating a thermal core in one region located in the center located in the center located in the center the formation of a glass-like slag compound, with the formation of a subliminal dust layer consisting of mineral particles, and located between the gasification chamber and zones formation of a glass-like slag compound, and the initial waste is sent to the region of the thermal core. In this case, pyrogas gas can be vented first by narrowing the gas flow and then expanding it to the deposition rate of sublimated dust microparticles having an effective diameter of less than 100 μm, and the resulting pyrogas can be in the gasification zone for at least 2 s. In addition, after the gasification zone, the pyrogas can be maintained at a temperature of 2000-3000 K in the plasma-chemical zone of the plasma torch. Carbon dioxide, air, argon, water vapor, hydrogen, oxygen, or mixtures of these gases can be used as the working gas. Glass-like slag compound can be drained periodically, with time intervals between drains not exceeding the melt cooling time to the solidification temperature in the drain hole, or continuously. In addition, oxygen, water vapor, carbon dioxide, air, argon, hydrogen, or mixtures of these gases can be added to the reaction volume. The molten glass-like slag compound can be directly sent for processing. In addition, the region (thermal core) located in the center of the formation zone of the glass-like slag compound has a mass-average temperature of at least 1700 K.
Указанный технический результат достигается также за счет того, что в установке для переработки твердых и жидких отходов производства и потребления в термической плазме, представляющей собой высокотемпературный плазменный конвертер, выполненный в виде шахтной печи с загрузочным устройством, плавильными камерами, газоотводом и отверстием для слива стеклообразного шлака и включающий камеру сушки отходов, камеру газификации отходов и зону формирования стеклоподобного шлакового компаунда, снабженных плазменными генераторами подачи нагретого рабочего газа, камера газификации выполнена в форме усеченного конуса, сужающегося в направлении зоны формирования стеклоподобного шлакового компаунда, зона формирования стеклоподобного шлакового компаунда выполнена в форме усеченной сферы или конуса, сужающегося в направлении камеры газификации, а плазменные генераторы подачи нагретого рабочего газа расположены в зоне формирования стеклоподобного шлакового компаунда таким образом, что их направляющие оси пересекаются в одной области, находящейся в центре зоны формирования стеклоподобного шлакового компаунда. При этом камера газификации дополнительно может быть снабжена вертикальным теплоизолированным газоходом с установленным в нем плазмотроном; загрузочное устройство может быть расположено в верхней части шахтной печи, и/или в средней части шахтной печи, и/или в нижней части шахтной печи и может быть снабжено автоматизированной системой управления и контроля, а также иметь шлюзовые дозаторы с откидными клапанами. Кроме того, установка может дополнительно содержать устройство для измерения уровня стеклоподобного шлакового компаунда, автоматизированное устройство установки/извлечения плазмотронов из высокотемпературного плазменного конвертера, автоматизированные устройства подключения/отключения электропитания, охлаждающей жидкости и подвода рабочего газа, теплообменный аппарат для быстрого охлаждения отбираемого из конвертера газа и может быть снабжена, по крайней мере, одним устройством жидкостного или газового охлаждения, снабженным устройством автоматизированного управления и контроля, и системой автоматизированного управления процессом переработки отходов. Отверстие для слива стеклоподобного шлакового компаунда может быть снабжено запорным устройством с автоматизированным или ручным приводом; плавильная камера может быть снабжена устройствами вертикального подъема и опускания и горизонтального перемещения, обеспечивающими возможность эксплуатационного ремонта, технического обслуживания и замены/восстановления теплозащитных покрытий, а высокотемпературный плазменный конвертер может быть снабжен вытяжным устройством, обеспечивающим безопасный слив стеклоподобного шлакового компаунда с отводом горячего воздуха и пирогаза из зоны слива и оснащенным автоматизированной системой управления и контроля.The specified technical result is also achieved due to the fact that in the installation for processing solid and liquid wastes of production and consumption in thermal plasma, which is a high-temperature plasma converter made in the form of a shaft furnace with a loading device, smelting chambers, a gas outlet and a hole for draining glassy slag and including a waste drying chamber, a waste gasification chamber, and a glass-like slag compound formation zone equipped with plasma feed generators for heated working gas, the gasification chamber is made in the form of a truncated cone, tapering towards the formation zone of the glass-like slag compound, the formation zone of the glass-like slag compound is made in the form of a truncated sphere or cone, tapering in the direction of the gasification chamber, and the plasma generators of the heated working gas supply are located in the zone forming a glass-like slag compound in such a way that their guide axes intersect in one area located in the center of the formation zone I am a glass-like slag compound. In this case, the gasification chamber can additionally be equipped with a vertical insulated gas duct with a plasma torch installed in it; the loading device can be located in the upper part of the shaft furnace, and / or in the middle part of the shaft furnace, and / or in the lower part of the shaft furnace, and can be equipped with an automated control and monitoring system, as well as have lock dispensers with flap valves. In addition, the installation may further comprise a device for measuring the level of a glass-like slag compound, an automated device for installing / removing plasmatrons from a high-temperature plasma converter, automated devices for connecting / disconnecting power supply, coolant and a supply of working gas, a heat exchanger for quickly cooling the gas taken from the converter and may be provided with at least one liquid or gas cooling device provided with the construction of automated management and control, and the system of automated management of the waste processing process. The hole for draining the glass-like slag compound can be equipped with a locking device with an automated or manual drive; the melting chamber can be equipped with devices for vertical raising and lowering and horizontal movement, providing the possibility of operational repair, maintenance and replacement / restoration of heat-shielding coatings, and a high-temperature plasma converter can be equipped with an exhaust device that ensures safe draining of the glass-like slag compound with the removal of hot air and pyrogas from the discharge zone and equipped with an automated control and monitoring system.
Использование плазменных технологий открывает новые возможности для подхода к оптимальному управлению технологическими процессами, а также более простой их реализации с максимально возможной эффективностью. Задачей изобретения является разработка способа переработки твердых и жидких отходов производства и потребления, в том числе несортированных медицинских и биологических отходов, позволяющего регулировать время пребывания обрабатываемого сырья в высокотемпературной зоне потока и химический состав плазменного потока. Это позволит вести процесс с заранее заданными, требуемыми электрическими, тепловыми и технологическими рабочими параметрами, что приведет к повышению эффективности технологического процесса обработки твердых и жидких отходов производства и потребления. Кроме того, это должно привести к повышению качества переработки медицинских и биологических отходов и к снижению стоимости процесса утилизации отходов. Проведение процесса указанным способом позволит оптимизировать теплообмен и структуру потока внутри плазменного реактора.The use of plasma technologies opens up new possibilities for an approach to optimal control of technological processes, as well as their simpler implementation with the highest possible efficiency. The objective of the invention is to develop a method for processing solid and liquid waste production and consumption, including unsorted medical and biological waste, which allows you to adjust the residence time of the processed raw materials in the high temperature zone of the stream and the chemical composition of the plasma stream. This will allow to carry out the process with predetermined, required electrical, thermal and technological operating parameters, which will lead to an increase in the efficiency of the technological process for processing solid and liquid production and consumption wastes. In addition, this should lead to an increase in the quality of processing of medical and biological waste and to a decrease in the cost of the waste disposal process. The process in this way will optimize the heat transfer and flow structure inside the plasma reactor.
Использование электродугового нагрева для получения плазмы со среднемассовыми температурами порядка 5000 K позволяет осуществлять высокотемпературное сжигание органической составляющей отходов и остекловывания неорганической составляющей отходов, даже без предварительной подшихтовки с использованием специальных легкоплавких добавок и получением остеклованных или керамических материалов, пригодных для длительного хранения в обычных почвах или для использования как наполнителя или как строительного материала.The use of electric arc heating to produce plasma with mass-average temperatures of the order of 5000 K allows high-temperature burning of the organic component of the waste and vitrification of the inorganic component of the waste, even without preliminary trimming using special low-melting additives and the production of vitrified or ceramic materials suitable for long-term storage in ordinary soils or for use as a filler or as a building material.
Предпочтительно способ осуществляют следующим образом:Preferably, the method is as follows:
- газоотвод пирогаза осуществляют сначала путем сужения потока газа с последующим его расширением до скорости осаждения возгонных пылевых микрочастиц, имеющих эффективный диаметр менее 100 мкм,- gas extraction of the pyrogas is carried out first by narrowing the gas flow with its subsequent expansion to the deposition rate of sublimated dust microparticles having an effective diameter of less than 100 microns,
- полученный пирогаз находится в зоне газификации не менее 2 c,- the resulting pyrogas is in the gasification zone for at least 2 s,
- после зоны газификации пирогаз выдерживают при температуре 2000-3000 K в плазмохимической зоне плазмотрона, использующего в качестве рабочего газа смесь диоксида углерода и паров воды,- after the gasification zone, the pyrogas is kept at a temperature of 2000-3000 K in the plasma-chemical zone of the plasma torch, using a mixture of carbon dioxide and water vapor as the working gas,
- в качестве рабочего газа используют углекислый газ, воздух, аргон, водяной пар, водород, кислород или смеси этих газов,- carbon dioxide, air, argon, water vapor, hydrogen, oxygen or mixtures of these gases are used as the working gas
- слив стеклоподобного шлакового компаунда проводят периодически с временными промежутками между сливами, не превышающими время охлаждения расплава до температуры затвердевания в отверстии слива,- drain glass-like slag compound is carried out periodically with time intervals between drains, not exceeding the cooling time of the melt to the solidification temperature in the drain hole,
- слив стеклоподобного шлакового компаунда осуществляют непрерывно,- draining the glass-like slag compound is carried out continuously,
- в реакционный объем дополнительно вводят кислород, водяной пар, углекислый газ, воздух, аргон, водород или смеси этих газов,- oxygen, water vapor, carbon dioxide, air, argon, hydrogen or mixtures of these gases are additionally introduced into the reaction volume;
- расплавленный стеклоподобный шлаковый компаунд непосредственно направляют на переработку.- the molten glass-like slag compound is directly sent for processing.
Указанный технический результат достигается также за счет использования установки для переработки твердых и жидких отходов производства и потребления в термической плазме, представляющей собой высокотемпературный плазменный конвертер, выполненный в виде шахтной печи с загрузочным устройством, плавильными камерами, газоотводом и отверстием для слива стеклообразного шлака и имеющий камеру сушки отходов, камеру газификации отходов и зону формирования стеклоподобного шлакового компаунда, оснащенных плазменными генераторами подачи нагретого рабочего газа.The indicated technical result is also achieved through the use of a plant for processing solid and liquid wastes of production and consumption in thermal plasma, which is a high-temperature plasma converter made in the form of a shaft furnace with a charging device, melting chambers, a gas outlet and a hole for draining glassy slag and having a chamber drying of waste, a chamber for gasification of waste and the formation zone of a glass-like slag compound equipped with plasma generators for feeding Greta working gas.
Камера газификации имеет форму усеченного конуса, сужающегося в направлении зоны формирования стеклоподобного шлакового компаунда, зона формирования стеклоподобного шлакового компаунда имеет форму усеченной сферы или конуса, сужающегося в направлении камеры газификации, а плазменные генераторы подачи нагретого рабочего газа располагаются в зоне формирования стеклоподобного шлакового компаунда таким образом, что их направляющие оси пересекаются в одной области, находящейся в центре зоны формирования стеклоподобного шлакового компаунда.The gasification chamber has the shape of a truncated cone tapering in the direction of the formation zone of the glass-like slag compound, the formation zone of the glass-like slag compound has the shape of a truncated sphere or cone, tapering in the direction of the gasification chamber, and the plasma generators for supplying heated working gas are located in the formation zone of the glass-like slag compound that their guiding axes intersect in one area located in the center of the formation zone of the glass-like slag com aunda.
Предпочтительно:Preferably:
- камера газификации дополнительно содержит вертикальный теплоизолированный газоход с установленным в нем плазмотроном,- the gasification chamber further comprises a vertical thermally insulated gas duct with a plasmatron installed in it,
- загрузочное устройство имеет шлюзовые дозаторы с овальными откидными клапанами,- loading device has airlock dispensers with oval flap valves,
- загрузочное устройство расположено в верхней части шахтной печи и/или в средней части шахтной печи и/или в нижней части шахтной печи и имеет автоматизированную систему управления и контроля,- the loading device is located in the upper part of the shaft furnace and / or in the middle part of the shaft furnace and / or in the lower part of the shaft furnace and has an automated control and monitoring system,
- установка выполнена сборно-разборной, состоящей из отдельных секций,- the installation is made collapsible, consisting of separate sections,
- установка дополнительно содержит устройство для измерения уровня стеклоподобного шлакового компаунда,- the installation further comprises a device for measuring the level of glass-like slag compound,
- установка дополнительно содержит автоматизированное устройство установки/извлечения плазмотронов из высокотемпературного плазменного конвертера,- the installation further comprises an automated device for installing / removing plasmatrons from a high-temperature plasma converter,
- установка дополнительно содержит автоматизированные устройства подключения/отключения электропитания, охлаждающей жидкости и подвода рабочего газа,- the installation additionally contains automated devices for connecting / disconnecting power, coolant and supply of working gas,
- отверстие для слива стеклоподобного шлакового компаунда оборудовано запорным устройством с автоматическим или ручным приводом,- the hole for draining the glass-like slag compound is equipped with a locking device with automatic or manual drive,
- плавильная камера оснащена устройствами вертикального подъема и опускания и горизонтального перемещения, обеспечивающими возможность эксплуатационного ремонта, технического обслуживания и замены/восстановления теплозащитных покрытий,- the melting chamber is equipped with devices for vertical raising and lowering and horizontal movement, providing the possibility of operational repair, maintenance and replacement / restoration of heat-insulating coatings,
- высокотемпературный плазменный конвертер снабжен вытяжным устройством, обеспечивающим безопасный слив стеклоподобного шлакового компаунда с отводом горячего воздуха и пирогаза из зоны слива и оснащенным автоматизированной системой управления и контроля,- the high-temperature plasma converter is equipped with an exhaust device that ensures the safe drainage of the glass-like slag compound with the removal of hot air and pyrogas from the discharge zone and is equipped with an automated control and monitoring system,
- по крайней мере, одна из секций установки оснащена устройством жидкостного или газового охлаждения, снабженного устройством автоматического управления и контроля,- at least one of the sections of the installation is equipped with a liquid or gas cooling device equipped with a device for automatic control and monitoring,
- установка содержит систему автоматизированного управления процессом переработки отходов.- the installation contains a system for automated control of the waste processing process.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Заявленная группа изобретений поясняется чертежами, где:The claimed group of inventions is illustrated by drawings, where:
на фиг.1 представлена принципиальная схема осуществления способа;figure 1 presents a schematic diagram of the implementation of the method;
на фиг.2 - схема установки.figure 2 - installation diagram.
Установка состоит из следующих основных элементов:The installation consists of the following main elements:
1 - охлаждаемая (водой) снаружи ванна расплава и загрузки отходов; система охлаждения снабжена устройством автоматизированного управления и контроля;1 - cooled (water) outside the bath of the melt and waste loading; the cooling system is equipped with an automated control and monitoring device;
2 - патрубки-шиберы для герметичного выпуска расплава (изложницы для расплава снизу патрубков не показаны);2 - nozzles-gates for hermetic release of the melt (molds for the melt from the bottom of the nozzles are not shown);
3 - пробки сливных отверстий ванны с гидроприводами с автоматизированным или ручным управлением;3 - plugs of drain holes of a bathtub with hydraulic drives with automated or manual control;
4 - подовая подвижная рама с гидроприводом для перемещения, подъема и крепления ванны в сборе с другими частями ВТПК, а также для обеспечения возможности эксплуатационного ремонта, технического обслуживания и замены или восстановления теплозащитных покрытий;4 - a hearth movable frame with a hydraulic drive for moving, lifting and fixing the bath assembly with other parts of the HTPC, as well as to enable operational repair, maintenance and replacement or restoration of heat-protective coatings;
5 - охлаждаемая (водой) снаружи плазменная зона пиролиза и плавления отходов как конический (квази-сферичный) свод над ванной расплава (зона формирования стеклоподобного шлакового компаунда); эта зона имеет форму усеченной сферы или конуса, сужающегося в направлении камеры газификации;5 - the plasma pyrolysis and melting zone of the waste cooled (with water) from the outside as a conical (quasi-spherical) arch above the molten bath (the formation zone of the glass-like slag compound); this zone has the shape of a truncated sphere or cone, tapering towards the gasification chamber;
6 - плазмотроны (плазменные генераторы) как нагреватели указанной выше зоны и ванны (коммуникации воды, газа и электрической энергии для них не показаны); плазменные генераторы располагаются в зоне формирования стеклоподобного шлакового компаунда таким образом, что их направляющие оси пересекаются в одной области, находящейся в центре зоны формирования стеклоподобного шлакового компаунда; установка или извлечение плазмотронов из ВТПК осуществляется в автоматизированном режиме;6 - plasmatrons (plasma generators) as heaters of the above zone and bath (water, gas and electric energy communications are not shown for them); plasma generators are located in the formation zone of the glass-like slag compound in such a way that their guiding axes intersect in one area located in the center of the formation zone of the glass-like slag compound; installation or extraction of plasmatrons from VTPK is carried out in an automated mode;
7 - охлаждаемая (водой) снаружи горловина между плазменной зоной 4 и шахтой 8 для загрузки отходов и термической выдержки пирогаза (камера газификации), имеющая форму усеченного конуса, сужающегося в направлении зоны формирования стеклоподобного шлакового компаунда;7 - a neck cooled by water (outside) between the
8 - указанная шахта как камера термической выдержки пирогаза;8 - the specified mine as a chamber for thermal exposure of pyrogas;
9 - дополнительная камера-газоход (вертикальный теплоизолированный газоход с установленным в нем плазмотроном) для выхода и попутной паротермической обработки для повышения калорийности пирогаза;9 - an additional flue chamber (a vertical thermally insulated flue with a plasma torch installed in it) for exit and associated steam thermal treatment to increase the calorific value of pyrogas;
10 - дополнительный плазмотрон для указанной выше камеры.10 - additional plasmatron for the above camera.
В верхней части шахты ВТПК расположены:In the upper part of the mine VTPK are located:
11 - бункерный (двухкамерный) шлюз-механизм загрузки; вариантами работы ВТПК предполагается расположение загрузочного устройства не только в верхней, но и в средней или нижней части шахтной печи;11 - bunker (two-chamber) gateway loading mechanism; VTPK operation options suggest the location of the loading device not only in the upper, but also in the middle or lower part of the shaft furnace;
12 - типовой откидной предохранительно-взрывной клапан;12 - a typical hinged safety-explosive valve;
13, 14 - дымовая вентиляционная труба с поворотной заслонкой для аварийного выброса и дожигания пирогаза сверху в случае отключения электрической энергии и остановки технологического процесса;13, 14 - smoke ventilation pipe with a rotary damper for emergency release and afterburning of pyrogas from above in the event of a power outage and a shutdown of the process;
16, 17 и 18 - загрузочное устройство, оборудованное шлюзовыми дозаторами с овальными откидными клапанами.16, 17 and 18 - loading device equipped with airlock dispensers with oval flap valves.
Установка имеет систему автоматизированного управления процессом переработки отходов, в том числе автоматизированные устройства подключения или отключения электропитания, охлаждающей жидкости и подвода рабочего газа. Установка оснащена устройством для измерения уровня стеклоподобного шлакового компаунда и устройствами, обеспечивающими безопасный слив стеклоподобного шлакового компаунда с отводом горячего воздуха и пирогаза из зоны слива и оснащенной автоматизированной системой управления и контроля.The installation has a system for automated control of the waste processing process, including automated devices for connecting or disconnecting power supply, coolant and supplying working gas. The unit is equipped with a device for measuring the level of a glass-like slag compound and devices that ensure safe drainage of a glass-like slag compound with the removal of hot air and pyrogas from the discharge zone and equipped with an automated control and monitoring system.
Футеровка ванны расплава диаметром 1700 мм и глубиной 350 мм выполнена методом армированной виброзаливки шамотобетоном повышенной огнеупорности не менее 1700°C с содержанием глинозема Al2O3 до 90% (смесь СКБТ по ТУ 14-8-381-89) в расчете на рабочую температуру футеровки не менее 1300°C. Влажность смеси при заливке должна быть 13-15% (т.н. полусухая набивка) по аналогии с подобной заливкой-набивкой пода дуговых сталеплавильных печей по ТУ 14-8-20-71. Армирование футеровки выполнено прутками 10 мм (ст. 12X18H10T) по технологии «под замок», при которой конец прутков имеет 2-3 гиба, которые жестко фиксируют его в цементированной заливке. Боковые стенки ванны выполнены охлаждаемыми (водой), а днище снизу под заливку теплоизолировано слоем засыпки 150 мм строительного вермикулита по ГОСТ 12865-67 без водяного охлаждения.The lining of the molten bath with a diameter of 1700 mm and a depth of 350 mm was made by reinforced vibratory casting with chamotte concrete of increased refractoriness of at least 1700 ° C with an Al 2 O 3 content of up to 90% alumina (SCBT mixture according to TU 14-8-381-89) based on the operating temperature lining not less than 1300 ° C. The humidity of the mixture during pouring should be 13-15% (the so-called semi-dry packing) by analogy with similar pouring-packing of the hearth of arc steel-smelting furnaces according to TU 14-8-20-71. The lining reinforcement is made with 10 mm rods (st. 12X18H10T) according to the "lock" technology, in which the end of the rods has 2-3 bends that rigidly fix it in a cemented casting. The side walls of the bathtub are made cooled (by water), and the bottom underneath for pouring is thermally insulated with a layer of backfill of 150 mm building vermiculite according to GOST 12865-67 without water cooling.
Футеровка конического свода над ванной также охлаждаемая (водой) и выполнена тем же методом виброзаливки, включая дополнительный слой асбестовой теплоизоляции 4-5 мм между стенкой и футеровкой для повышения рабочей температуры свода внутри до 1500°C.The lining of the conical vault above the bathtub is also cooled (with water) and is made by the same vibration filling method, including an additional layer of asbestos thermal insulation of 4-5 mm between the wall and the lining to increase the working temperature of the vault inside to 1500 ° C.
Сливными отверстиями ванны (2 отв.) служат стандартные огнеупорные изделия - фасонный стакан Ду50 мм из шамота кл. А по ГОСТ 5500-64 для ковшей разлива стали, закладываемый и заливаемый при футеровке ванны. Отверстие перекрывается соответствующей фасонной пробкой из высокопрочной керамики (муллит-корунд и др.) по тому же ГОСТ, установленной на охлаждаемом (водой) штоке с регулируемым гидроприводом.The drain holes of the bathtub (2 holes) are standard refractory products - a shaped glass DN50 mm made of fireclay grade. And according to GOST 5500-64 for steel spill buckets, which are laid and poured during the lining of the bath. The hole is blocked by a corresponding shaped stopper made of high-strength ceramics (mullite-corundum, etc.) according to the same GOST installed on a cooled (water) stem with an adjustable hydraulic drive.
Футеровка рабочей зоны ВТПК (ванны расплава, конического свода и горловины шахты) производится методом армированной огнеупорной заливки, которую затем требуется традиционно обжечь, что производится плазмотронами в полном сборе и готовности ВТПК к работе путем регулируемого нагрева этой зоны до 850-900°C при скорости нагрева не более 100°C/час. Очевидно, что для этого требуются строго ограниченная мощность и число плазмотронов, определяемые расчетным путем и контролируемый по ходу такого нагрева.The lining of the VTPK working zone (molten bath, conical arch and neck of the mine) is made by the method of reinforced refractory casting, which is then traditionally required to be burned, which is done by plasma torches in full assembly and the VTPK is ready for operation by controlled heating of this zone to 850-900 ° C at heating no more than 100 ° C / hour. Obviously, this requires strictly limited power and the number of plasmatrons determined by calculation and controlled during such heating.
По достижении указанной температуры мощность и число плазмотронов корректируются и регулируются так, чтобы дать термическую выдержку обжига не менее 2-х часов, после чего плазмотроны отключаются и футеровка сама по себе остывает до 400-500°C, что можно считать окончанием обжига и готовностью футеровки к работе.Upon reaching the indicated temperature, the power and number of plasmatrons are adjusted and adjusted to give a thermal firing time of at least 2 hours, after which the plasma torches are switched off and the lining itself cools down to 400-500 ° C, which can be considered the end of firing and the readiness of the lining to work.
Лучший вариант осуществления изобретенийBEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTIONS
Способ переработки твердых и жидких отходов производства и потребления в термической плазме и установка для его осуществления иллюстрируется нижеприведенным примером.A method for processing solid and liquid wastes of production and consumption in thermal plasma and an installation for its implementation is illustrated by the following example.
Пример. Процесс проводят на установке, описанной выше с производительностью по отходам 1600 кг/ч. В качестве рабочего газа плазматронов используют CO2. Процесс проводят при максимальной удельной теплонапряженности рабочего плазменного объема ВТПК за счет квази-сферичной зоны пиролиза и плавления отходов при заданной производительности и фокусированном нагреве этой зоны несколькими плазмотронами, расположенными по окружности.Example. The process is carried out in the installation described above with a waste capacity of 1600 kg / h. As the working gas of the plasmatrons using CO 2 . The process is carried out at the maximum specific heat intensity of the working plasma volume of the HTSC due to the quasi-spherical zone of pyrolysis and waste melting at a given capacity and focused heating of this zone by several plasma torches located around the circumference.
Процесс проводят при минимизации летучих смол пирогаза в свободном пространстве над загрузкой отходов в плазменной рабочей зоне ВТПК, где при температуре не менее 1500°C происходит термическое (пиролитическое) разложение смол с последующей утилизацией, тонкой очисткой и сорбционной переработкой пирогаза для получения из него CO2 как исходного рабочего газа в плазмотронах. Для дополнительного разложения смол используют шахту загрузки отходов, как незаполненную свободную камеру для выхода и термической выдержки пирогаза не менее 2-х секунд при температуре не менее 1200°C.The process is carried out while minimizing volatile pyrogas resins in the free space above the waste loading in the WTPC plasma working zone, where at a temperature of at least 1500 ° C thermal (pyrolytic) decomposition of the resins occurs, followed by utilization, fine purification and sorption processing of the pyrogas to produce CO 2 from it as a source of working gas in plasmatrons. For additional decomposition of the resins, the waste loading shaft is used as an empty empty chamber for exit and thermal exposure of the pyrogas for at least 2 seconds at a temperature of at least 1200 ° C.
Поскольку в сравнении с воздухом CO2 является значительно более диссоциирующим и теплоемким газом, необходимо и целесообразно проводить процесс при сравнительно низкой среднемассовой расчетной температуре плазменной струи до 3000 K, достаточной для поддержания ионизации и устойчивой электрической дуги в плазмотронах при указанной выше температуре рабочей зоны ВТПК.Since, in comparison with air, CO 2 is a much more dissociating and heat-intensive gas, it is necessary and expedient to carry out the process at a relatively low mass-average calculated temperature of the plasma jet up to 3000 K, sufficient to maintain ionization and a stable electric arc in the plasma torches at the above-mentioned temperature of the HTSC working zone.
Процесс проводят с использованием в качестве исходного сырья (отходов) либо ТБО (табл. 1 и 2), либо смеси ТБО и медицинских отходов (МО) - табл. 3 и 4.The process is carried out using either MSW (Table 1 and 2) or a mixture of MSW and medical waste (MO) as a feedstock (waste) —Table. 3 and 4.
Горючий (элементный) и негорючий (морфологический) состав ТБО низкой влажности 20% с общим содержанием стекла и плавильной золы до 13%, из которых образуется пирогаз химического состава, полученного без воздуха на плазмообразующем газе CO2, приведен в табл. 1, 2.The combustible (elemental) and non-combustible (morphological) composition of low humidity
Горючий элементный и негорючий морфологический состав ТБО-МО высокой влажности 42% с общим содержанием стекла и плавильной золы до 22%, из которых образуется плазменный CO2-пирогаз химического состава, приведены в табл. 3, 4.The fuel cell and non-combustible solid waste morphological composition MO-high humidity of 42% with a total content of glass and melting ash to 22%, out of which a CO 2 plasma -pirogaz chemical composition shown in Table. 3, 4.
Работа ВТПК осуществляется следующим образом.The work of the WTPC is as follows.
Перед загрузкой отходов нагревают плазменную зону до рабочей температуры 1500°C, что определяется пирометрическими датчиками температуры и производится включенными на полную мощность 8-ю плазмотронами по 240 кВт каждый в течение расчетного времени до 12-ти часов (или 4-мя плазмотронами по 480 кВт), после чего загружают до 35 кг огнеупорной стекловаты (ROCKWOOL, до 1200°C), чтобы ее расплав слоем до 5 мм покрыл и химически укрепил днище ванны. По времени эта операция занимает до 30 минут и указанная температура и мощность плазмотронов в течение данного холостого времени регулируются автоматически и далее при загрузке отходов этот температурный режим сохраняется.Before loading the waste, the plasma zone is heated to an operating temperature of 1500 ° C, which is determined by pyrometric temperature sensors and produced by 8 plasma torches of 240 kW each turned on at full power for up to 12 hours (or 4 plasma torches of 480 kW each) ), after which they load up to 35 kg of refractory glass wool (ROCKWOOL, up to 1200 ° C) so that its melt is coated with a layer of up to 5 mm and chemically strengthened the bottom of the bath. In time this operation takes up to 30 minutes and the indicated temperature and power of the plasma torches during this idle time are automatically adjusted and then, when loading the waste, this temperature regime is maintained.
Загрузка отходов производится в виде предварительно измельченных и прессованных цилиндрических брикетов размером 50×100 мм плотностью до 500 кг/м3 и осуществляется шлюзовым механизмом загрузки циклами по 80 кг массы через каждые 3 минуты или по возможности с более частым циклом 1.5 минуты по 40 кг соответственно, что более технологично и близко к режиму идеальной постоянной загрузки. Мощность шлюзового механизма и объем приемного бункера загрузки до 0.5 м3 подобраны по указанному максимуму из расчета насыпной плотности брикетов отходов до 200 кг/м3. Подача отходов в бункер производится непрерывно, и скорость конвейера подачи отрегулирована на 1600 кг/ч независимо от указанных циклов.Waste loading is carried out in the form of pre-crushed and pressed cylindrical briquettes of 50 × 100 mm in size with a density of up to 500 kg / m 3 and is carried out by a sluice loading mechanism with 80 kg mass cycles every 3 minutes or, if possible, with a more frequent cycle of 1.5 minutes, 40 kg each , which is more technologically advanced and close to the ideal continuous download mode. The power of the lock mechanism and the volume of the receiving hopper of the load up to 0.5 m 3 are selected according to the indicated maximum from the calculation of the bulk density of waste briquettes up to 200 kg / m 3 . The waste is fed into the hopper continuously, and the feed conveyor speed is adjusted to 1600 kg / h regardless of the indicated cycles.
Загрузка и эксплуатация ВТПК производятся в режиме свободной шахты так, чтобы не допустить фильтрацию горячего пирогаза (1500°C) через слой шахтной загрузки и тем самым исключить продолжение пиролиза и выделение летучих смол в слое. При этом свободное пространство и высота шахты обеспечивают 2-х секундную выдержку пирогаза при температуре не менее 1200°C, чтобы обеспечить окончательное термическое разложение смол. Отходы непосредственно поступают в зону формирования стеклоподобного шлакового компаунда (в область теплового ядра, находящегося в центре зоны формирования стеклоподобного шлакового компаунда), где при 1500°C под действием плазменных генераторов (плазмотронов) происходят все процессы плазменной переработки отходов - сушка, пиролиз и плавление зольно-минерального остатка.The loading and operation of the HTSC are carried out in a free mine mode so as to prevent the filtration of hot pyrogas (1500 ° C) through the mine loading layer and thereby exclude the continuation of pyrolysis and the release of volatile resins in the layer. At the same time, the free space and the height of the shaft provide a 2-second exposure of the pyrogas at a temperature of at least 1200 ° C to ensure the final thermal decomposition of resins. The waste goes directly to the formation zone of the glass-like slag compound (to the region of the heat core located in the center of the formation zone of the glass-like slag compound), where at 1500 ° C under the influence of plasma generators (plasmatrons) all processes of plasma processing of waste occur - drying, pyrolysis and ash melting mineral residue.
Процесс проводят таким образом, что в зоне формирования стеклоподобного шлакового компаунда плазменные струи, образуемые плазмотронами и имеющими температуру 3500-5000 K, фокусируют в одной области (тепловое ядро), находящейся в центре зоны формирования стеклоподобного шлакового компаунда и имеющей температуру не менее 1700 K. При этом образуется слой возгонной пыли, состоящей из минеральных частиц, расположенной между камерой газификации и зоной формирования стеклоподобного шлакового компаунда.The process is carried out in such a way that in the formation zone of the glass-like slag compound, the plasma jets formed by the plasmatrons and having a temperature of 3500-5000 K are focused in one area (the thermal core) located in the center of the formation zone of the glass-like slag compound and having a temperature of at least 1700 K. In this case, a layer of subliminal dust is formed, consisting of mineral particles located between the gasification chamber and the formation zone of the glass-like slag compound.
Газоотвод пирогаза осуществляют сначала путем сужения потока газа с последующим его расширением до скорости осаждения возгонных пылевых микрочастиц, имеющих эффективный диаметр менее 100 мкм. При этом пирогаз находится в зоне газификации не менее 2 с, после чего его выдерживают при температуре 2000-3000 K в плазмохимической зоне плазмотрона, использующего в качестве рабочего газа смесь диоксида углерода и паров воды.Pyrogas gas removal is carried out first by narrowing the gas flow and then expanding it to the deposition rate of sublimated dust microparticles having an effective diameter of less than 100 microns. In this case, the pyrogas is in the gasification zone for at least 2 s, after which it is kept at a temperature of 2000-3000 K in the plasma-chemical zone of the plasma torch, using a mixture of carbon dioxide and water vapor as the working gas.
В качестве рабочего газа плазмотрона может быть использован углекислый газ, воздух, аргон, водяной пар, водород, кислород или смеси этих газов.As the working gas of the plasma torch, carbon dioxide, air, argon, water vapor, hydrogen, oxygen, or mixtures of these gases can be used.
Выпуск расплава производится регулярными циклами по 52 кг через каждые 15 минут. Допустимое время перекрывания сливного отверстия диаметром 50 мм и длиной 150 мм составляет 23 сек. В течение этого времени допустимое остывание расплава составляет 100°C (от 1350°C в ванне до 1250°C в отверстии перед сливной пробкой). Возможно, что за 15 минут расплав может застынуть и потребуется пробивать (шуровать) отверстие перед каждым выпуском, для чего механизм сливной пробки дополнительно оборудован простым ручным пробойником диаметром до 30 мм.The melt is released in regular cycles of 52 kg every 15 minutes. The permissible time for closing the drain hole with a diameter of 50 mm and a length of 150 mm is 23 seconds. During this time, the permissible cooling of the melt is 100 ° C (from 1350 ° C in the bath to 1250 ° C in the hole in front of the drain plug). It is possible that in 15 minutes the melt may harden and it will be necessary to punch (jerk) the hole before each release, for which the drain plug mechanism is additionally equipped with a simple manual punch with a diameter of up to 30 mm.
Выпуск расплава производится не более чем через 7 часов работы по достижении верхнего допустимого уровня расплава в ванне, который задан на 0,05 м ниже самой ванны в плоскости ее герметичного крепления к своду. Выпуск расплава производится в количестве до 1.5 т до его нижнего допустимого уровня на 0,1 м выше пода самой ванны.The melt is released no more than 7 hours after reaching the upper permissible melt level in the bath, which is set 0.05 m below the bath itself in the plane of its airtight attachment to the arch. The melt is released in an amount of up to 1.5 tons to its lowest permissible level 0.1 m above the bottom of the bath itself.
В указанном количестве выпуск производится в 28-30 изложниц, для смены которых сливное отверстие перекрывается на 15-20 сек, и шуровка отверстия перед выпуском расплава производится только один раз. При таком выпуске отверстие слива находится под уровнем расплава и перекрыто от встречного доступа воздуха. Очевидно, что остающийся в отверстии расплав застывает тем быстрее, чем длиннее цикл между выпусками. Поэтому шуровка затвердевшего (застеклованного) за 7 часов отверстия может быть затруднена. В этой связи как более целесообразный предлагается режим выпуска расплава с более коротким циклом и соответственно меньшим объемом выпуска, что определяется опытным путем.In the indicated quantity, the release is made in 28-30 molds, for the change of which the drain hole is blocked for 15-20 seconds, and the hole is lined before the melt is released only once. With this release, the drain hole is below the melt level and is blocked from oncoming air. Obviously, the melt remaining in the hole hardens the faster, the longer the cycle between outlets. Therefore, drilling of hardened (vitrified) holes in 7 hours can be difficult. In this regard, as a more expedient mode of melt release with a shorter cycle and, accordingly, a lower volume of output, which is determined empirically.
Первичный выпуск расплава проводится следующим образом. Особенность первоначальной плавки состоит в том, что для заполнения ванны расплавом до заданного верхнего уровня неизбежно потребуется указанное выше расчетное время до 7 часов, причем расплав отходов поступит в сливное отверстие значительно раньше с минимальной температурой текучести и неизбежно застеклует отверстие, как указано выше. В этой связи первый выпуск следует производить с задержкой времени (без загрузки отходов) и перегревом расплава не менее чем до 1450°C, чтобы обеспечить прогрев сливного отверстия до 1200-1250°C. Текучесть расплава при дальнейших выпусках обеспечивается из указанных выше соображений.The primary release of the melt is carried out as follows. The peculiarity of the initial melting is that in order to fill the bath with melt to a predetermined upper level, the estimated time up to 7 hours will inevitably be required, moreover, the waste melt will enter the drain hole much earlier with a minimum pour point and the hole will inevitably glaze, as indicated above. In this regard, the first release should be done with a time delay (without loading waste) and overheating of the melt to at least 1450 ° C to ensure that the drain hole is heated to 1200-1250 ° C. Melt flow during further releases is ensured from the above considerations.
Слив стеклоподобного шлакового компаунда проводят периодически с временными промежутками между сливами, не превышающими время охлаждения расплава до температуры затвердевания в отверстии слива. Более предпочтительным является температурный режим работы ВТПК, обеспечивающий непрерывный слив стеклоподобного шлакового компаунда.The glass-like slag compound is drained periodically with time intervals between drains not exceeding the melt cooling time to the solidification temperature in the drain hole. More preferable is the temperature regime of the VTPK, providing continuous drainage of the glass-like slag compound.
Полученный расплавленный шлаковый компаунд может непосредственно направляться в переработку, например в процесс получения гранул для дальнейшего их использования при подшлихтовке.The resulting molten slag compound can be directly sent to processing, for example, to the process of producing granules for their further use in the dressing.
Для более полного протекания процесса в реакционный объем ВТПК может быть дополнительно введен кислород, водяной пар, углекислый газ, воздух, аргон, водород или смеси этих газов.For a more complete process, oxygen, water vapor, carbon dioxide, air, argon, hydrogen, or mixtures of these gases can be added to the reaction volume of the HTSC.
Конструкция плазменного реактора с многоструйной камерой смешения и дополнительным тепло- и массонесущим узлом с форсунками позволяет увеличить высокоэнтальпийную зону переработки отходов, а также время пребывания сырья в высокотемпературной зоне реактора и варьировать состав высокотемпературной рабочей среды.The design of a plasma reactor with a multi-jet mixing chamber and an additional heat and mass-bearing unit with nozzles allows to increase the high-enthalpy zone of waste processing, as well as the residence time of raw materials in the high-temperature zone of the reactor and to vary the composition of the high-temperature working medium.
Газообразные продукты плазменной переработки сжигания твердых отходов после реактора проходят фильтрацию на фильтре и абсорбционную щелочную очистку в циклоне. Получаемые в результате отходящие газы не содержат никаких токсичных компонентов.Gaseous products of plasma processing of solid waste incineration after the reactor are filtered by filter and alkaline absorption treatment in a cyclone. The resulting flue gases do not contain any toxic components.
Данный способ и установка позволяют значительно снизить энергозатраты на осуществление процесса плазменной переработки твердых отходов за счет оптимизации теплообмена и структуры потока внутри плазменного реактора и за счет снижения потерь тепловой энергии через стенки конвертера.This method and installation can significantly reduce energy costs for the implementation of the plasma processing of solid waste by optimizing heat transfer and flow structure inside the plasma reactor and by reducing heat loss through the walls of the converter.
Claims (21)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2011/000094 WO2012112064A1 (en) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | Method and plant for processing solid and liquid industrial and consumer waste in thermal plasma |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2013138466A RU2013138466A (en) | 2015-02-27 |
| RU2575719C2 true RU2575719C2 (en) | 2016-02-20 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2183794C2 (en) * | 1999-08-24 | 2002-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Огневая технология" | Method of plasmathermal processing of solid waste and device for realization of this method |
| EP1367323A1 (en) * | 2001-02-07 | 2003-12-03 | Hitachi Metals, Ltd. | Gasification melting furnace and gasification melting method for combustible refuse and/or burned ash |
| WO2010056462A1 (en) * | 2008-11-12 | 2010-05-20 | Uni-Control, Llc | Biological water-gas shift reaction system comprising plasma gasification |
| RU2406032C2 (en) * | 2009-02-18 | 2010-12-10 | Закрытое акционерное общество "Бюро Технологии Экспериментального машиностроения" | Plasmochemical reactor for processing of solid wastes |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2183794C2 (en) * | 1999-08-24 | 2002-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Огневая технология" | Method of plasmathermal processing of solid waste and device for realization of this method |
| EP1367323A1 (en) * | 2001-02-07 | 2003-12-03 | Hitachi Metals, Ltd. | Gasification melting furnace and gasification melting method for combustible refuse and/or burned ash |
| WO2010056462A1 (en) * | 2008-11-12 | 2010-05-20 | Uni-Control, Llc | Biological water-gas shift reaction system comprising plasma gasification |
| RU2406032C2 (en) * | 2009-02-18 | 2010-12-10 | Закрытое акционерное общество "Бюро Технологии Экспериментального машиностроения" | Plasmochemical reactor for processing of solid wastes |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102831945B (en) | Hot plasma process low, middle Intermediate Level Radioactive solid waste apparatus and method | |
| CA2756745C (en) | Carbon conversion system with integrated processing zones | |
| CN210532392U (en) | Rotary kiln pyrolysis plasma melting integrated solid waste treatment device | |
| US20070258869A1 (en) | Residue Conditioning System | |
| US20080104887A1 (en) | Residue conditioning system | |
| CN109237490B (en) | Gasification plasma waste treatment system | |
| WO2013106004A1 (en) | Multi-ring plasma pyrolysis chamber | |
| EA018207B1 (en) | A multi-zone carbon conversion system with plasma melting | |
| CN110425541B (en) | Bottom blowing pure oxygen enhanced plasma gasification melting furnace | |
| EP1365998B1 (en) | Apparatus for processing waste with distribution/mixing chamber for oxidising fluid and corresponding method | |
| RU2575719C2 (en) | Treatment of solid and liquid production wastes and consumption in thermal plasma and plant to this end | |
| WO2012112064A1 (en) | Method and plant for processing solid and liquid industrial and consumer waste in thermal plasma | |
| JP2002295817A (en) | Gasification melting furnace for combustible refuse, and method for gasification melting | |
| CN115899709A (en) | Thermal plasma device and method for continuously treating hazardous waste | |
| CN109237492B (en) | Ash conveying mechanism and gasification plasma waste melting furnace | |
| US11788021B2 (en) | Reactor and process for gasifying and/or melting of feed materials | |
| CN210267232U (en) | Movable small-sized middle-low radioactive waste gasification melting treatment system | |
| JP5605576B2 (en) | Waste gasification and melting equipment | |
| CN220648261U (en) | Plasma gasification melting furnace with arched grate | |
| KR20110000555A (en) | A multi-zone carbon conversion system with plasma melting | |
| CN209084781U (en) | A kind of gasification plasma waste processing system | |
| CN216039438U (en) | Controllable stable slag plasma gasification furnace that discharges in liquid state | |
| CN215906153U (en) | Plasma gasification melting furnace | |
| CN114432968B (en) | Radioactive waste plasma gasification melting furnace of dumping type molten pool | |
| KR20010007399A (en) | Kiln using Brown gas |