RU2725411C2 - Method of solid domestic wastes plasma recycling and mobile installation for implementation thereof - Google Patents
Method of solid domestic wastes plasma recycling and mobile installation for implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2725411C2 RU2725411C2 RU2018144764A RU2018144764A RU2725411C2 RU 2725411 C2 RU2725411 C2 RU 2725411C2 RU 2018144764 A RU2018144764 A RU 2018144764A RU 2018144764 A RU2018144764 A RU 2018144764A RU 2725411 C2 RU2725411 C2 RU 2725411C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reactor
- plasma
- electric arc
- waste
- gases
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
- F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B7/00—Heating by electric discharge
- H05B7/18—Heating by arc discharge
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу переработки отходов перерабатывающих, коммунальных, промышленных и других производств, содержащих органику.The invention relates to a method for processing waste from processing, municipal, industrial and other industries containing organic matter.
Известен способ переработки бытовых и промышленных отходов: твердых бытовых отходов и промышленных отходов, содержащих соединения тяжелых цветных металлов. Способ включает загрузку отходов с флюсующими добавками в барботируемую подаваемым газом ванну шлакового расплава в электропечь с погруженным в шлаковый расплав электродом при удельной мощности 400-1500 кВт/м2, интенсивности дутья 0,3-0,5 нм3/т⋅мин и температуре расплава 1450-1600°С. При этом осуществляют дожигание выделяющихся горючих компонентов, утилизацию пыли и тепла отходящих газов. Загрузку отходов и подачу газа осуществляют в приэлектродную зону электропечи, объем которой определяют как объем цилиндра диаметром, равным 2,38 dэ, высотой цилиндра, равной величине Нэ+dэ/2, где dэ - диаметр электрода, м; Нэ - заглубление электрода в шлаковый расплав, м. Газ подают в расплав со скоростью истечения в пределах 50-150 нм/сек. В расплав вводят железосодержащий флюс в количестве, необходимом для поддержания содержания железа в шлаковом расплаве в пределах 10-15% (см. патент RU №2349654, МПК С22В 7/00, F23G 5/00, опубл. 20.03.2009 г., бюл. №8).A known method of processing household and industrial waste: municipal solid waste and industrial waste containing compounds of heavy non-ferrous metals. The method includes loading waste with fluxing additives into a bath of slag melt bubbled into the supplied gas into an electric furnace with an electrode immersed in a slag melt at a specific power of 400-1500 kW / m 2 , blast intensity 0.3-0.5 nm 3 / t⋅min and temperature melt 1450-1600 ° C. In this case, the afterburning of the emitted combustible components, the utilization of dust and heat of the exhaust gases are carried out. Waste is loaded and gas is supplied to the near-electrode zone of the electric furnace, the volume of which is defined as the volume of the cylinder with a diameter equal to 2.38 d e , the height of the cylinder equal to the value of N e + d e / 2, where d e is the diameter of the electrode, m; N e is the burial of the electrode into the slag melt, m. Gas is supplied to the melt with a flow rate in the range of 50-150 nm / s. Iron-containing flux is introduced into the melt in an amount necessary to maintain the iron content in the slag melt within 10-15% (see patent RU No. 2349654, IPC C22B 7/00,
Недостатками известного способа являются: необходимость предварительного смешивания отходов с флюсующими добавками; подержание температуры шлакового расплава в пределах 1450-1600°С, что приводит к высоким энергозатратам и необходимости применения дорогостоящих жаропрочных материалов; необходимость барботажа шлакового расплава, что усложняет конструкцию установки.The disadvantages of this method are: the need for preliminary mixing of waste with fluxing additives; maintaining the temperature of the slag melt in the range of 1450-1600 ° C, which leads to high energy costs and the need for expensive heat-resistant materials; the need for bubbling of slag melt, which complicates the design of the installation.
Известен способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов и установка для его осуществления, которые относятся к области переработки отходов. Способ включает приготовление шихты в виде смеси отходов с флюсом, загрузку шихты и ее плавку в ванне мартеновской печи при температуре 1450-1500°С, где производят отвод выделяющихся горючих компонентов в камеру дожигания с утилизацией тепла отходящих газов, очистку отходящих газов от пыли в рукавном фильтре, а очистку отходящих дымовых газов от окислов углерода и окислов азота производят в каталитическом аппарате (см. патент RU №2523202, МПК С22В 7/00, F23G 5/00, опубл. 20.07.2014 г., бюл. №20).A known method of processing solid household and industrial waste and installation for its implementation, which relate to the field of waste processing. The method includes preparing the mixture in the form of a mixture of waste with flux, loading the mixture and melting it in the open-hearth furnace bath at a temperature of 1450-1500 ° C, where the evolving combustible components are removed to the afterburner with the exhaust gas heat recovery, and the exhaust gases are cleaned from the bag filter, and the flue gas cleaning from carbon oxides and nitrogen oxides is carried out in a catalytic apparatus (see patent RU No. 2523202, IPC C22B 7/00,
Недостатками известного способа являются: необходимость предварительного смешивания отходов с флюсом; введение в печь при сжигании отходов дополнительного топлива, которое увеличивает количество уходящих газов; применение для очистки дымовых газов дорогих катализаторов (двуокись ванадия или титана), требующих частой их замены.The disadvantages of this method are: the need for preliminary mixing of waste with flux; the introduction of additional fuel into the furnace during waste incineration, which increases the amount of flue gases; the use of expensive catalysts (vanadium or titanium dioxide) for cleaning flue gases, requiring frequent replacement.
Известен плазмохимический реактор для переработки твердых отходов, который выполнен в виде шахтной печи с загрузочным устройством, плавильными камерами, газоотводом и сливным отверстием. Он 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 (см. патент RU №2406032, МПК F23G 5/027, F23G 5/08, В09В 3/00, опубл. 10.12.2010 г., бюл. №34).Known plasma chemical reactor for processing solid waste, which is made in the form of a shaft furnace with a loading device, melting chambers, a gas outlet and a drain hole. It 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 equally 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 to 6 uniformly spaced around the circumference of the plasma reactor, the formation zone of a glass-like slag compound with nozzles of plasma generators for supplying heated working gas in an amount of from 2 to 6, evenly spaced around the circumference of the reactor, and gas from the group including carbon dioxide, air, water vapor, argon, gas from the group including steam, carbon dioxide, hydrogen, argon, air, in the zone of formation of glass-like slag compound can be used as working gas in the gasification chamber as a working gas air or carbon dioxide (see RU patent No. 2406032, IPC F23G 5/027,
Недостатками известного реактора являются: введение дополнительного тепла для поддержания в расплавленном состоянии стеклоподобного шлакового компаунда; усложнение конструкции за счет введения воздуха под слой расплавленного шлака (барботажа); необходимость предварительного нагрева воздуха до 5000-7000°С.The disadvantages of the known reactor are: the introduction of additional heat to maintain the molten state of the glass-like slag compound; design complexity due to the introduction of air under a layer of molten slag (sparging); the need for preheating air to 5000-7000 ° C.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является плазмохимический способ переработки твердых бытовых и промышленных отходов, который относится к переработке отходов перерабатывающих, коммунальных, промышленных и других производств, содержащих органику. Известный способ включает их загрузку с предварительной сепарацией путем отделения стекла, бетона, керамики и металла; сушку с частичным пиролизом органики в шахтной печи; перемешивание перерабатываемой массы отходов с дальнейшим их пиролизом. Достигается снижение температуры этого процесса до 500-850°С в результате воздействия восстановительных плазмохимических компонентов, получаемых путем парокислородной конверсии метана с увеличенным расходом пара, подаваемых противотоком перемещающимся отходам. Оборотный технологический газ, отходящий из шахтной печи, очищается в скрубберах и разделяется на топливный газ, подаваемый как в конвертор метана, так и в котел-утилизатор, при получении восстановительного газа, с частичным добавлением природного газа и кислорода. Отходящие газы из котла-утилизатора очищаются в адсорбере путем контакта с мелкозернистой известью, кроме того, часть образующихся восстановительных газов расходуется в нижней части реактора во время мгновенного теплового удара, осуществляемого путем сжигания сажепылевых частиц, поступающих из циклона для горячего газа с осажденными на них диоксинами, фуранами и другими вредными компонентами в атмосфере кислорода, причем образующиеся восстановительные газы могут направляться также в качестве синтез-газа в производство метанола, диметилэфира, моторного топлива и других продуктов. Изобретение позволяет снизить энергоемкость способа (см. патент RU №2478169, МПК F23G 5/00, С22В 7/00, опубл. 27.03.2013 г., бюл. №9).Closest to the technical nature of the claimed invention is a plasma-chemical method for processing solid household and industrial waste, which relates to the processing of waste processing, municipal, industrial and other industries containing organic matter. The known method includes loading them with preliminary separation by separating glass, concrete, ceramics and metal; drying with partial pyrolysis of organic matter in a shaft furnace; mixing the processed mass of waste with their further pyrolysis. A reduction in the temperature of this process to 500-850 ° C is achieved as a result of exposure to the reducing plasma-chemical components obtained by the steam-oxygen conversion of methane with an increased flow rate of steam supplied countercurrent to the moving waste. Recycled process gas leaving the shaft furnace is cleaned in scrubbers and separated into fuel gas supplied to both the methane converter and the recovery boiler, upon receipt of the reducing gas, with the partial addition of natural gas and oxygen. The waste gases from the recovery boiler are cleaned in the adsorber by contact with fine-grained lime, in addition, part of the resulting reducing gases is consumed in the lower part of the reactor during an instant heat stroke by burning soot and dust particles coming from a hot gas cyclone with dioxins deposited on them , furans and other harmful components in an oxygen atmosphere, and the resulting reducing gases can also be sent as synthesis gas to the production of methanol, dimethylether, motor fuel and other products. The invention allows to reduce the energy intensity of the method (see patent RU No. 2478169, IPC
Недостатками известного способа являются: использование кислорода и природного газа; процессы дожигания, разложения и газификации исходного сырья протекают при температуре 500-850°С; процесс производства топливного газа напрямую зависит от состава исходного сырья, что усложняет процесс переработки твердых бытовых и промышленных отходов.The disadvantages of this method are: the use of oxygen and natural gas; the processes of afterburning, decomposition and gasification of the feedstock proceed at a temperature of 500-850 ° C; the process of production of fuel gas directly depends on the composition of the feedstock, which complicates the process of processing solid domestic and industrial waste.
Наиболее близким устройством по технической сущности к заявляемому изобретению является электромагнитный технологический реактор, содержащий реакционную камеру, имеющую дно, боковые стенки и крышку, устройства ввода перерабатываемых материалов и вывода продуктов переработки, три стержневых электрода, размещенных на одинаковом расстоянии от продольной оси реакционной камеры и под углом 120° друг к другу и уклоном 5-7°, один стержневой электрод в центре для подогрева расплава, электромагнит в виде охватывающего реакционную камеру замкнутого ярма с тремя симметричными полюсными наконечниками, на которых расположены сериесные обмотки, один вывод каждой из обмоток соединен с соответствующим электродом, внизу дна реакционной камеры в центре диаметра вписанной окружности установлена в водоохлаждаемой обойме летка (см. патент RU №2432719, МПК Н05В 7/18, Н05В 7/22, опубл. 27.10.2011 г., бюл. №30).The closest device in technical essence to the claimed invention is an electromagnetic technological reactor containing a reaction chamber having a bottom, side walls and a cover, input devices for processed materials and output of processed products, three rod electrodes placed at the same distance from the longitudinal axis of the reaction chamber and under angle of 120 ° to each other and a slope of 5-7 °, one rod electrode in the center for heating the melt, an electromagnet in the form of a closed yoke enclosing the reaction chamber with three symmetrical pole tips on which series windings are located, one output of each winding is connected to the corresponding the electrode, at the bottom of the bottom of the reaction chamber in the center of the diameter of the inscribed circle is installed in the water-cooled clip of the tap hole (see patent RU No. 2432719, IPC Н05В 7/18, Н05В 7/22, published on 10.27.2011, bull. No. 30).
Недостатками известного реактора являются: отсутствие системы газоотвода совмещенного с дожиганием отводимых газов; отсутствие системы очистки отходящих газов; предназначен только для переработки базальтовых пород и кремнийсодержащих материалов.The disadvantages of the known reactor are: the lack of a gas exhaust system combined with the afterburning of exhaust gases; lack of an exhaust gas purification system; It is intended only for the processing of basalt rocks and silicon-containing materials.
Заявляемая группа изобретений направлена на решение единой задачи, заключающейся в утилизации твердых бытовых и медицинских отходов путем их сжигания в плазменно-дуговом реакторе и разложения образовавшихся газов в области низкотемпературной плазмы, генерируемой электродуговым плазмотроном с минимальными энергозатратами при более стабильной работе установки, как в непрерывном, так и циклическом режимах.The claimed group of inventions is aimed at solving a single problem, which consists in the disposal of solid household and medical wastes by burning them in a plasma-arc reactor and decomposing the resulting gases in the low-temperature plasma region generated by the electric arc plasmatron with minimal energy consumption with more stable operation of the installation, as in continuous and cyclic modes.
Технический результат заявляемой группы изобретений - сокращение времени, затрачиваемого на утилизацию отходов и повышение надежности работы установки с возможностью работы в непрерывном режиме, также выполнение установки на трале с возможностью его транспортировки.The technical result of the claimed group of inventions is to reduce the time spent on waste disposal and increase the reliability of the installation with the ability to work in continuous mode, as well as the installation on the trawl with the possibility of its transportation.
Для достижения, обеспечиваемого изобретением, технического результата в способе плазменной утилизации твердых бытовых отходов, предусматривающем подачу исходного сырья в шредер и его измельчение, транспортировку подготовленного сырья ленточным конвейером в плазменный реактор, расплавление сырья в камере реактора путем низкотемпературной электродуговой плазмы, отведение и дожигание газов с помощью электродугового плазмотрона, аккумулирование минеральной части отходов в плазменном реакторе, удаление минерального остатка по мере необходимости, согласно изобретению в качестве утилизируемого сырья используют твердые бытовые отходы, утилизацию отходов осуществляют с использованием переменного и постоянного токов в установке - плазменном реакторе с камерой дожигания и электродуговым плазмотроном, ввод утилизируемого сырья в реактор осуществляют путем дозированной подачи в центральную часть реактора, подаваемого в зону горения трех низкотемпературных плазменных дуг, отвод газов осуществляют в камеру дожигания, где их разлагают и дожигают низкотемпературной плазмой, генерируемой электродуговым плазмотроном, отвод обезвреженных газов в атмосферу, слив расплава минеральной части отходов из реактора производят с возможностью механизирования, перемешивание всего объема расплава осуществляют путем равномерного магнитного поля, генерируемого магнитным ярмом.In order to achieve the technical result provided by the invention, in a method for plasma utilization of municipal solid waste, which provides for the supply of raw materials to a shredder and its grinding, transportation of the prepared raw materials by a conveyor belt to a plasma reactor, melting of the raw materials in the reactor chamber by means of a low-temperature electric arc plasma, gas evacuation and afterburning using an electric arc plasma torch, accumulation of the mineral part of the waste in a plasma reactor, removal of the mineral residue as necessary, according to the invention, solid household waste is used as the utilized raw material, waste disposal is carried out using alternating and constant currents in the installation - a plasma reactor with an afterburner and an electric arc plasmatron , the input of utilized raw materials into the reactor is carried out by means of a metered supply to the central part of the reactor, supplied to the combustion zone of three low-temperature plasma arcs, the gases are removed to the afterburning chamber, where they are decomposed and burned out by the low-temperature plasma generated by the electric arc plasmatron, neutralized gases are vented to the atmosphere, the mineral part of the waste material is drained from the reactor with the possibility of mechanization, the entire melt volume is mixed by means of a uniform magnetic field generated by the magnetic yoke.
Для реализации предложенного способа в передвижной установке, содержащей реактор с реакционной камерой, который состоит из боковых стенок, крышки, дна, футеровки дна из переклазовых кирпичей, устройств ввода утилизируемого сырья, дожигания и вывода газов, содержащего электродуговой плазмотрон, подключенный к дополнительному источнику питания, работающим в режиме постоянного тока, устройства вывода расплава, три стержневых электрода, размещенных в реакционной камере на одинаковом расстоянии от продольной ее оси под углом 120° друг к другу и имеющих наклон относительно вертикальной продольной оси 5-7°, электромагнит в виде охватывающего реакционную камеру замкнутого ярма с тремя полюсными наконечниками, на которых расположены сериесные обмотки, один вывод каждой из обмоток соединен с одним из трех стержневых электродов, а другой - с источником питания, работающим в режиме переменного тока, согласно изобретению, установка выполнена как плазменный реактор, который в поперечном сечении выполнен в виде треугольника с усеченными вершинами, боковые стенки которого состоят из водоохлаждаемых панелей, в крышку ректора вмонтирован газоход для отвода образующихся при плазменной утилизации отходов газов, на конце газохода смонтирована камера дожигания газов состоящая из корпуса цилиндрической формы, внутри которой вмонтирован усеченный конус, перпендикулярно оси камеры дожигания газов установлен электродуговой плазмотрон с возможностью охватывания при его работе потоком низкотемпературной электродуговой плазмы среза усеченного конуса и обрабатывания отводимых из плазменного реактора газов, а в нижней части реактора установлена летка для слива минеральной части утилизируемых отходов.To implement the proposed method in a mobile installation containing a reactor with a reaction chamber, which consists of side walls, a lid, a bottom, a lining of the bottom made of climbing bricks, input devices for utilized raw materials, afterburning and exhaust gases containing an electric arc plasma torch connected to an additional power source, operating in direct current mode, a melt output device, three rod electrodes placed in the reaction chamber at the same distance from its longitudinal axis at an angle of 120 ° to each other and having an inclination relative to the vertical longitudinal axis of 5-7 °, an electromagnet in the form of covering the reaction chamber a closed yoke with three pole tips on which the series windings are located, one output of each winding is connected to one of the three rod electrodes, and the other to an AC power source, according to the invention, the installation is designed as a plasma reactor, which cross section flax in the form of a triangle with truncated vertices, the side walls of which consist of water-cooled panels, a flue for mounting the gases generated during plasma disposal is mounted in the reactor lid, a gas afterburning chamber consisting of a cylindrical body is mounted at the end of the flue, inside of which a truncated cone is mounted, perpendicular to it an arc plasma torch was installed on the axis of the gas afterburning chamber with the possibility of covering during its operation by a low-temperature plasma arc stream a cut of a truncated cone and processing of gases removed from the plasma reactor, and a notch was installed in the lower part of the reactor to discharge the mineral part of the utilized waste.
Отличительными признаками предлагаемого способа плазменной утилизации твердых бытовых отходов являются:Distinctive features of the proposed method for plasma utilization of municipal solid waste are:
- ввод перерабатываемого сырья без предварительной сушки с частичным пиролизом и перемешиванием позволяет значительно упростить процесс утилизации отходов;- the input of the processed raw materials without preliminary drying with partial pyrolysis and mixing can significantly simplify the process of waste disposal;
- отсутствие рециркуляции образующиеся в процессе утилизации отходов технических газов с разделением их на топливный и отходящие газы значительно упрощает процесс утилизации отходов и контроль параметров установки;- the lack of recirculation generated in the process of recycling of technical gases with their separation into fuel and exhaust gases greatly simplifies the process of waste disposal and control of installation parameters;
- применение электродугового плазмотрона позволяет полностью исключить из процесса утилизации отходов применение природного газа и кислорода;- the use of an electric arc plasma torch allows completely eliminating the use of natural gas and oxygen from the waste disposal process;
- подача исходного сырья в установку без предварительной сепарации с отделением стекла и металла позволяет снизить энергозатраты на утилизацию отходов плазменным способом;- the supply of raw materials to the installation without preliminary separation with the separation of glass and metal can reduce energy costs for waste disposal in a plasma way;
- использование энергии низкотемпературной плазмы и ее свойств позволяет отказаться от парокислородной конверсии метана и устройств по его производства, что повышает эффективность способа плазменной утилизации отходов.- the use of low-temperature plasma energy and its properties eliminates the steam-oxygen conversion of methane and devices for its production, which increases the efficiency of the plasma waste disposal method.
Отличительными конструктивными признаками передвижной установки для утилизации твердых бытовых отходов являются:Distinctive design features of a mobile installation for the disposal of municipal solid waste are:
- применение новой установки в виде плазменного реактора с камерой дожигания газов позволяет разложить вредные образования на элементарные составляющие с образованием простейших малотоксичных соединений;- the use of a new installation in the form of a plasma reactor with a gas afterburner allows decomposing harmful formations into elementary components with the formation of simple low-toxic compounds;
- установка электродугового плазмотрона и плазменного реактора позволяет снизить энергозатраты на утилизацию вредных газов, например при сжигании природного газа;- the installation of an electric arc plasma torch and a plasma reactor can reduce energy costs for the disposal of harmful gases, for example when burning natural gas;
- установка электродугового плазмотрона позволяет уменьшить реакционную камеру и время пребывания вредных газов в камере дожигания за счет свойств низкотемпературной плазмы;- installation of an electric arc plasma torch allows to reduce the reaction chamber and the residence time of harmful gases in the afterburner due to the properties of low-temperature plasma;
- применение центрального ввода расплавляемого сырья позволяет снизить энергозатраты, повысить стабильность работы реактора;- the use of a central input of molten raw materials can reduce energy consumption, increase the stability of the reactor;
- исполнение устройства в виде передвижной установки позволяет транспортировать установку непосредственно к местам сбора мусора, что снижает затраты на утилизацию отходов.- the execution of the device in the form of a mobile installation allows you to transport the installation directly to the garbage collection sites, which reduces the cost of waste disposal.
Таким образом, реализация заявленного изобретения позволяет создать мобильную передвижную установку для утилизации твердых бытовых отходов в установке плазменного реактора с камерой дожигания совмещенной с электродуговым плазмотроном.Thus, the implementation of the claimed invention allows you to create a mobile mobile installation for the disposal of municipal solid waste in the installation of a plasma reactor with an afterburner combined with an electric arc plasmatron.
Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретений, поскольку группа разнообъектных изобретений образует единый изобретательский замысел, причем один из заявленных объектов группы - способ плазменной утилизации твердых бытовых отходов предназначен для использования в другом заявленном объекте группы - передвижной установке с заявляемой совокупностью конструктивных признаков в плазменном реакторе с камерой дожигания совмещенной с электродуговым плазмотроном, при этом оба объекта направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.The claimed group of inventions meets the requirement of the unity of inventions, since the group of diverse inventions forms a single inventive concept, moreover, one of the claimed objects of the group — a method for plasma utilization of municipal solid waste — is intended for use in another declared object of the group — a mobile unit with the claimed combination of design features in a plasma reactor with afterburning chamber combined with an electric arc plasmatron, while both objects are aimed at solving the same problem with a single technical result.
Таким образом, из уровня техники по патентной документации и научно-технической литературе заявителю не известны технические решения, содержащие совокупность признаков, сходных или эквивалентных заявляемым.Thus, from the prior art in patent documentation and scientific and technical literature, the applicant is not aware of technical solutions containing a combination of features similar or equivalent to those claimed.
Сущность изобретения поясняется чертежами и фото, на которых:The invention is illustrated by drawings and photos, in which:
на фиг. 1 изображен продольный разрез плазменного реактора;in FIG. 1 shows a longitudinal section through a plasma reactor;
на фиг. 2 изображен вид сбоку технологической схемы плазменной утилизации твердых бытовых отходов;in FIG. 2 shows a side view of the technological scheme of plasma utilization of municipal solid waste;
на фото 3 показано устройство передвижной установки для плазменной утилизации твердых бытовых отходов;photo 3 shows the device of a mobile installation for plasma utilization of municipal solid waste;
на фото 4 показан реактор в работе;photo 4 shows the reactor in operation;
на фото 5 показан общий вид передвижной установки для плазменной утилизации твердых бытовых отходов;
на фото 6 показан вид сзади передвижной установки для плазменной утилизации твердых бытовых отходов.
Предлагаемый способ плазменной утилизации твердых бытовых отходов реализован в устройстве, выполненным в виде передвижной установки установке и состоит из плазменного реактора 1 (см. фиг. 1), который содержит три стержневых электрода 2, расположенных на одинаковом расстоянии от продольной оси ректора под углом 120° друг к другу с наклоном 5-7° для каждого электрода 2 относительно продольной оси реактора. Реактор 1 в поперечном разрезе выполнен в виде треугольника с усеченными углами и имеет водоохлаждаемые, изолированные друг от друга крышку 3, боковые стенки 4 реактора 1, дно 5, при этом все они выполнены из нержавеющей стали. Боковые стенки 4 реактора 1 выполнены из двенадцати стеновых панелей. Каждая стеновая панель боковых стенок 4, дно 5 и крышка 3 имеют по два входных 6 и по два выходных штуцера 7. В крышке 3 для подачи отходов установлены патрубок 8 и газоход 9 для вывода газов. Летка 10 закреплена в боковой стенке 4. Дно 5 оснащено футеровкой из переклазовых кирпичей 11, установленных с наклоном от боковых стеновых панелей 4 реактора 1 к летке 10. Переклазовые кирпичи 11 с дном 5 склеены карборундом на жидком стекле, что обеспечивает защиту дна 5 от прожига. Снаружи реактора 1 установлен электромагнит, состоящий из замкнутого ярма 12 с ориентированными внутрь и симметрично расположенными тремя полюсными наконечниками 13, на которых расположены сериесные обмотки (последние на фиг. 1 и 2 не показаны) с двумя выводами, первый из которых подключен к соответствующему стержневому электроду 2, а второй - к источнику питания 14 переменного тока (см. фиг. 1). Протекающие линейные токи системы «источник питания - сериесные обмотки - реактор» обеспечивают создание равномерного магнитного поля внутри реактора 1, которое перемешивает расплав, тем самым исключая «застойные» зоны и создает равномерное температурное поле в расплаве. К газоходу 9 прикреплена камера дожигания газов 15, состоящая из цилиндрического корпуса 16, фланца 17 и конусной вставки 18. Перпендикулярно оси камеры дожигания газов 15 установлен электродуговой плазмотрон 19, работающий от источника постоянного тока 20 (на фиг. 1 не показан). Отходы 21 с пункта сбора подаются в приемное окно 22 шредера 23. Измельченное сырье аккумулируется в промбункере 24. Затем конвейером 25 (питателем) перегружается в загрузочный бункер 26, откуда по патрубку 8, установленного в крышке 3, подаются в реактор 1. Обезвреженные газы с помощью вытяжного вентилятора 27 выводятся в атмосферу 28. Электрическое питание реактора 1 осуществляется от источника питания 14 переменного тока по линии 29 питания реактора 1, а питание электродугового плазмотрона 19 - по линии 30 питания плазмотрона 19. Все оборудование смонтировано на трайлере 31 с размером основной площадки равной 12 метрам. Для защиты оборудования от воздействия окружающей среды оно все за исключением шредера 23 и конвейера 25 размещено в контейнере (на фиг. 1-2 не показан).The proposed method for plasma utilization of municipal solid waste is implemented in a device made in the form of a mobile installation and consists of a plasma reactor 1 (see Fig. 1), which contains three rod electrodes 2 located at the same distance from the longitudinal axis of the reactor at an angle of 120 ° to each other with a slope of 5-7 ° for each electrode 2 relative to the longitudinal axis of the reactor. The reactor 1 in cross section is made in the form of a triangle with truncated angles and has a water-cooled, isolated from each other cover 3, side walls 4 of the reactor 1,
Предлагаемый способ плазменной утилизации твердых бытовых отходов осуществляют следующим образом: с пункта сбора отходы 21 подают в приемное окно 22 шредера 23 (см. фиг. 2), где их измельчают. Измельченное сырье аккумулируют в промбункере 24, откуда конвейером (питателем) 25 перегружают в загрузочный бункер 26, и затем по патрубку 8, установленного в крышке 3, подают в реактор 1. В центральной части реактора 1 между слоями базальта формируют плоский слой мелкодисперсного электропроводного материала, например, графитового порошка, замыкающего три стержневых электрода 2 в плазменном реакторе 1. Затем подключают трехфазный источник питания 14 (см фиг. 2) и по линии 29 на стержневые электроды 2 подают напряжение. Ток, протекая по электропроводящим дорожкам, разогревает их, от чего они расплавляются и образуют три плазменных шнура. В процессе горения шнуров низкотемпературной плазмы выделяется большое количество теплоты. Близлежащие слои минерального сырья начинают расплавляться. В результате образуется первоначальная линза электропроводного расплава, которая постепенно увеличивается и перемыкает три стержневых электрода 2. После образования некоторого количества расплава по линиям горения плазменных дуг, плазменные шнуры погружаются в расплав, вследствие чего образуется рабочая плавильная зона, формируемая омическим нагревом токами проводимости. В процессе пуска плазменного реактора 1 и выхода его на рабочий режим величину тока увеличивают от минимального порядка 50А до рабочего 150-200А с помощью источника питания 14. После выхода реактора на рабочий режим включают электродуговой плазмотрон 19. Питание плазмотрона 19 постоянным током осуществляют от источника постоянного тока 20 по линии питания плазмотрона 30. При включении плазмотрона 19 между его катодом и анодом (на фиг.1 и 2 не показаны) загорается шнур электродуговой плазмы, который выдувается из плазмотрона 19 закрученными потоками воздуха, формируя плазменный факел с температурой 3000-5000°С. После разогрева камеры дожигания газов 15 и достижения в ней 1100-1200°С в реактор 1 по патрубку 8 из загрузочного бункера 26 загружают утилизируемые отходы. После обработки отходов в реакторе 1 образуются минеральный остаток в количестве 3-8% от первоначальной массы загруженных отходов и токсичные газы, отводимые из реактора 1 через крышку 3 по газоходу 9 в камеру дожигания газов 15. При поступлении токсичных газов в камеру дожигания газов 15 происходит их разложение на простейшие химические соединения, более устойчивые компоненты токсичных газов разлагаются в области горения факела низкотемпературной плазмы, что обуславливается достаточно высокими температурами самого факела и наличия в нем свободных активных центров (ионов и радикалов). Обезвреженные газы могут быть дополнительно очищены с помощью гидратной извести, активированного угля (на фиг. 1-2 не показано), а тепло уходящих газов - уловлено в теплообменнике (на фиг. 1-2 не показано) и использовано для отопления зданий и сооружений. Из камеры дожигания газов 15 газы отводят с помощью вытяжного вентилятора 27 в атмосферу 28 через дымовую трубу (на фиг. 1-2 не показано). Слив минерального остатка осуществляют в конце смены или по мере необходимости через летку 10 в бак с водой или специальную литейную форму (на фиг. 1-2 не показано). После охлаждения до 45-50°С и затвердевания минерального остатка производят его захоронение на полигоне твердых бытовых отходов.The proposed method for plasma utilization of municipal solid waste is carried out as follows: from the collection point,
На предлагаемой установке были опробованы различные режимы по утилизации твердых бытовых отходов с различным по составу содержанием пластиков, древесины, бумаги, картона с включениями стекла, алюминиевых и железных консервных банок.At the proposed installation, various modes for the disposal of municipal solid waste with a different composition of plastics, wood, paper, cardboard with inclusions of glass, aluminum and iron cans were tested.
Примеры подтверждающие утилизацию твердых бытовых отходовExamples confirming the disposal of municipal solid waste
Пример 1Example 1
Согласно способу плазменной утилизации твердых бытовых отходов предварительно измельченные в шредере 23 до размеров, не превышающих 100×10 мм, пластиковые бутылки подают конвейером 25 через загрузочный бункер 26 подают в реактор 1, где происходит первая стадия их термического разложения. Образующиеся при этом газы отводят по газоходу 9 в предварительно разогретую до температуры 1100-1200°С камеру дожигания газов 15, где происходит разложение сложных токсичных соединений на элементарные составляющие. Время утилизации 1 кг отходов в плазменной передвижной установке не превышало 40 секунд. Производительность по пластиковым бутылкам составила 90-120 кг/ч. Время набора шлакового расплава до максимально допустимого уровня составило 7 часов 53 минут до 8 часов 35 минуты.According to the method of plasma utilization of municipal solid waste previously shredded in a
Пример 2Example 2
Аналогично примеру 1 была произведена утилизация отходов содержащих: 70% по массе пластиковых бутылок, полиэтиленовых пакетов, пластиковых контейнеров; 20% - металлических банок; 5% - древесины разных сортов; 5% - бумагу и картон. Время утилизации 1 кг отходов в среднем составило 45 секунд, производительность составила 70-105 кг/ч. Время набора шлакового расплава до максимально допустимого уровня в среднем составило 5 часов 50 минут.Analogously to example 1, wastes containing: 70% by weight of plastic bottles, plastic bags, plastic containers; 20% - metal cans; 5% - wood of different varieties; 5% - paper and cardboard. The disposal time of 1 kg of waste averaged 45 seconds, the productivity was 70-105 kg / h. The time to set the slag melt to the maximum allowable level averaged 5 hours 50 minutes.
Таким образом, можно заключить, что соответствующий выбор рабочих условий, передвижной установки и применение способа плазменной утилизации твердых бытовых отходов по предлагаемому изобретению позволяет утилизировать: пластики, древесину, картоны, бумагу, стекло и другие твердые бытовые отходы.Thus, we can conclude that the appropriate choice of operating conditions, a mobile unit and the application of the method of plasma recycling of solid household waste according to the invention allows to utilize: plastics, wood, cardboard, paper, glass and other solid household waste.
Предлагаемая группа изобретений «Способ плазменной утилизации твердых бытовых отходов и передвижная установка для его осуществления» по сравнению с прототипами (см. патент RU №2478169, МПК F23G 5/00, С22В 7/00, опубл. 27.03.2013 г., бюл. №9 и патент RU №2432719, МПК Н05В 7/18, Н05В 7/22, опубл. 27.10.2011 г., бюл. №30) имеет следующие преимущества:The proposed group of inventions "Method for the plasma disposal of municipal solid waste and a mobile installation for its implementation" in comparison with prototypes (see patent RU No. 2478169,
- установка камеры дожигания газов в передвижной установке совместно с электродуговым плазмотроном позволяет утилизировать различные токсичные соединения за непродолжительное время за счет использования энергии и свойств электродуговой плазмы;- installation of a gas afterburner in a mobile unit together with an electric arc plasmatron allows to utilize various toxic compounds in a short time due to the use of energy and properties of an electric arc plasma;
- применение электродугового плазмотрона и камеры дожигания для утилизации токсичных газов позволяет исключить из технологии применение природного газа вообще;- the use of an electric arc plasma torch and afterburner for the disposal of toxic gases eliminates the use of natural gas in general from the technology;
- использование дополнительно монтируемого блока очистки газов методом их орошения гидратной известью (известковым молочком) позволяет произвести более качественную очистку уходящих газов, которая может потребоваться например, при утилизации медицинских отходов;- the use of an additionally mounted gas purification unit by the method of irrigation with hydrated lime (milk of lime) allows for better cleaning of the exhaust gases, which may be required, for example, when disposing of medical waste;
- использование теплообменника снижает потери тепла в окружающую среду и повышает коэффициент полезного действия передвижной установки;- the use of a heat exchanger reduces heat loss to the environment and increases the efficiency of a mobile unit;
- применение шредера для предварительного измельчения отходов обеспечивает снижение энергозатрат, стабилизирует работу реактора в целом и позволяет отделить металлические включения;- the use of a shredder for preliminary grinding of waste ensures a reduction in energy consumption, stabilizes the operation of the reactor as a whole and allows the separation of metal inclusions;
- выполнение конструкции передвижной установки на трайлере позволяет осуществлять ее транспортировку на различные расстояния непосредственно к пунктам сбора и хранения твердых бытовых отходов;- the design of the mobile unit on the trailer allows it to be transported at various distances directly to the collection points and storage of municipal solid waste;
- применение плазменной техники снижает время, затрачиваемое на утилизацию отходов, что упрощает передвижную установку и уменьшает ее геометрические размеры.- the use of plasma technology reduces the time spent on waste disposal, which simplifies the mobile installation and reduces its geometric dimensions.
- отсутствие в конструкции передвижной установки системы рециркуляции газа с разделением на топливный газ и отходящие газы, а также перемешивающего и подсушивающего устройств снижает удельные энергозатраты на утилизацию отходов и повышает эффективность установки;- the absence in the design of the mobile installation of a gas recirculation system with separation into fuel gas and exhaust gases, as well as mixing and drying devices reduces the specific energy consumption for waste disposal and increases the efficiency of the installation;
- применение воздуха в качестве плазмообразующего газа позволяет снизить удельные энергозатраты;- the use of air as a plasma-forming gas allows to reduce specific energy consumption;
- слив минерального остатка с боку от плазменного реактора позволяет уменьшить высоту установки и повысить надежность работы установки;- draining the mineral residue from the side of the plasma reactor can reduce the installation height and improve the reliability of the installation;
- отливка минерального остатка в форме прямоугольного параллелепипеда снижает затраты на транспортировку и захоронение на полигоне за счет большей плотности, небольшого количества (3-8% от исходной массы отходов) и правильной формы застывшего минерального остатка.- casting the mineral residue in the form of a rectangular parallelepiped reduces the cost of transportation and disposal at the landfill due to the higher density, small amount (3-8% of the initial waste mass) and the correct form of the solidified mineral residue.
Все вышеперечисленные основные преимущества заявляемой группы изобретений, а именно способа плазменной утилизации твердых бытовых отходов и передвижной установки для его осуществления обеспечивают надежность работы установки и всей технологической линии в целом.All of the above main advantages of the claimed group of inventions, namely, the method of plasma utilization of municipal solid waste and a mobile installation for its implementation, ensure the reliability of the installation and the entire production line as a whole.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018144764A RU2725411C2 (en) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | Method of solid domestic wastes plasma recycling and mobile installation for implementation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018144764A RU2725411C2 (en) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | Method of solid domestic wastes plasma recycling and mobile installation for implementation thereof |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2018144764A3 RU2018144764A3 (en) | 2020-06-17 |
RU2018144764A RU2018144764A (en) | 2020-06-17 |
RU2725411C2 true RU2725411C2 (en) | 2020-07-02 |
Family
ID=71095416
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018144764A RU2725411C2 (en) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | Method of solid domestic wastes plasma recycling and mobile installation for implementation thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2725411C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2768146C1 (en) * | 2021-04-28 | 2022-03-23 | Самуил Вульфович Гольверк | Method of recycling medical waste |
RU212839U1 (en) * | 2021-03-09 | 2022-08-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ) | ELECTRIC ARC PLASMATORCH FOR SOLID WASTE BURNING |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070289509A1 (en) * | 2006-06-16 | 2007-12-20 | Plasma Waste Recycling, Inc. | Method and apparatus for plasma gasification of waste materials |
RU2432719C1 (en) * | 2010-07-13 | 2011-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Восточно-Сибирский государственный технологический университет" | Electromagnet process reactor |
RU121556U1 (en) * | 2012-06-05 | 2012-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ТехЭкоПлазма" (ООО "ТехЭкоПлазма") | MOBILE PLASMA INSTALLATION OF TOXIC WASTE DISPOSAL |
RU2478169C1 (en) * | 2011-09-23 | 2013-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Plasma-chemical method of processing solid domestic and industrial wastes |
-
2018
- 2018-12-17 RU RU2018144764A patent/RU2725411C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070289509A1 (en) * | 2006-06-16 | 2007-12-20 | Plasma Waste Recycling, Inc. | Method and apparatus for plasma gasification of waste materials |
RU2432719C1 (en) * | 2010-07-13 | 2011-10-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Восточно-Сибирский государственный технологический университет" | Electromagnet process reactor |
RU2478169C1 (en) * | 2011-09-23 | 2013-03-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Plasma-chemical method of processing solid domestic and industrial wastes |
RU121556U1 (en) * | 2012-06-05 | 2012-10-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ТехЭкоПлазма" (ООО "ТехЭкоПлазма") | MOBILE PLASMA INSTALLATION OF TOXIC WASTE DISPOSAL |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU212839U1 (en) * | 2021-03-09 | 2022-08-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Липецкий государственный технический университет" (ЛГТУ) | ELECTRIC ARC PLASMATORCH FOR SOLID WASTE BURNING |
RU2768146C1 (en) * | 2021-04-28 | 2022-03-23 | Самуил Вульфович Гольверк | Method of recycling medical waste |
RU2809374C1 (en) * | 2023-05-18 | 2023-12-11 | Общество с ограниченной ответственностью "ЭКОЛОГИСТИКА" | Method of plasmothermal processing of solid waste |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2018144764A3 (en) | 2020-06-17 |
RU2018144764A (en) | 2020-06-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101427073B (en) | Method and apparatus of treating waste | |
RU2286837C2 (en) | Method and device for treating harmful waste | |
KR101356177B1 (en) | Waste treatment process and apparatus | |
CN100552296C (en) | The method of ash is burned in electric arc molten processing system and disposal of refuse thereof | |
JP6416804B2 (en) | Equipment for thermal destruction of organic compounds by induction plasma | |
CN207907244U (en) | Industrial waste plasma handling system | |
US20120210645A1 (en) | Multi-ring Plasma Pyrolysis Chamber | |
CA2594842A1 (en) | Waste treatment process and apparatus | |
EA000373B1 (en) | Plasma pyrolysis and vitrification of municipal waste | |
KR20060124773A (en) | Method and apparatus for treating waste | |
EP1285210A1 (en) | Electric arc gasifier as a waste processor | |
KR101394026B1 (en) | Apparatus and method for the thermal processing of ore bodies | |
CN107363072A (en) | The fused bath smelting method of waste | |
CN204063061U (en) | A kind of plasma furnace for the treatment of domestic waste incineration flue gas | |
KR20160065340A (en) | Waste processing system for a printed circuit board | |
KR101553475B1 (en) | A recovering method of valuable metals from copper-containing waste using steam plasma | |
RU2725411C2 (en) | Method of solid domestic wastes plasma recycling and mobile installation for implementation thereof | |
CN108356057A (en) | industrial waste plasma processing method | |
CN108194931A (en) | Industrial waste plasma handling system | |
US20130199092A1 (en) | Process and system for converting waste material to fuel or synthetic gas feedstock | |
KR101179523B1 (en) | Manufacture device of activation matter using sewage sludges | |
RU2478169C1 (en) | Plasma-chemical method of processing solid domestic and industrial wastes | |
JP2000501168A (en) | Apparatus and method for pyrolysis, melting and vitrification and for recovering useful substances from different types of wastes and residues | |
CN108800139B (en) | Full-automatic treatment system and method for household garbage | |
RU2523202C1 (en) | Method of processing solid household and industrial wastes and device for its realisation |