УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

Полезная модель относится к области переработки твердых бытовых отходов, отходов нефтяной и химической промышленности, медицины, энергетики и др.
Существует ряд решений по переработки отходов промышленности и бытовой деятельности, основой которых являются процессы высокотемпературной обработки, в частности с помощью плазматронов.
Известна установка для плазменной переработки отходов (патент РФ №2108517, МПК F23G 5/00, от 10.04.98). Установка включает печь пиролиза с плазмотроном с автономным источником электропитания, выходы которой соединены с входами гранулятора шлака, приемника металла, системы очистки пирогаза, линию водоподготовки, теплообменник, энергетический блок, включающий электрогенераторы.
Другим аналогичным изобретением является устройство для плазменной переработки отходов путем пиролиза - прототип (патент РФ №2143086, МПК F23G 5/00, оп. 20.12.99). Устройство используется при переработке бытовых и промышленных отходов, выработке тепловой и электрической энергии. Установка для плазменной переработки отходов включает печь пиролиза с плазмотроном с автономным источником электропитания, выходы которой соединены с входами гранулятора шлака, приемника металла, системы очистки пирогаза, линию водоподготовки, теплообменник, энергетический блок. Линия водоподготовки содержит приемный коллектор солоноватой или морской воды, выполненный по крайней мере с двумя рукавами, в каждом из которых установлен по крайней мере один теплообменник. Выход системы очистки пирогаза соединен со входом энергетического блока. Один рукав приемного коллектора расположен внутри теплообменника, соединенного с плазмотроном и источником электроэнергии.
Недостатком существующих устройств плазменной переработки отходов является применение плазмотронов жестко и неподвижно установленных в камере плазменной переработки отходов. Так как практически каждая установка такого типа индивидуальна, то моделирование и перенос результатов расчетов и исследований в стендовых условиях на реальный объект с иными масштабными факторами, как правило, требуют коррекции при проведении пуско-наладочных работах. Например, при запуске и эксплуатации такой установки на первом в мире демонстрационном заводе в Израиле по плазменной
переработке твердых бытовых отходов, при установке плазмотронов с мощностью несколько отличающейся от проектной, произошло прожигание высокотемпературной футеровки камеры. Так как на этой установке используются плазмотроны с неизменяемой мощностью и неизменяемой геометрией потока плазмы, то проблема предотвращения прожигания футеровки в рамках существующего оборудования является практически не решаемой. Необходимо менять либо плазмотроны, либо всю камеру плазменной обработки, либо и то и другое вместе.
Техническим результатом, на которое направлена полезная модель является оптимизация процессов плазменной переработки отходов за счет создания управляемого потока плазмы и температурного поля камеры плазменной переработки отходов.
Для этого предложено устройство для плазменной переработки отходов, состоящее из камеры плазменной переработки отходов, плазмотронов, установленных в камере, систем отвода газообразных продуктов сжигания и расплава, систем охлаждения газообразных продуктов сжигания и расплава, при этом плазмотроны установлены с возможностью перемещения для изменения направления и мощности потока плазмы.
При этом плазмотроны установлены по периметру камеры плазменной переработки отходов на разных уровнях.
Плазмотроны установлены на уровне сбора расплава.
На фигуре представлена принципиальная схема устройства, где
1 - корпус,
2 - камера плазменной переработки отходов,
3 - подача отходов,
4 - плазмотроны,
5 - подача в плазмотрон ионизируемой среды: вода, воздух и др.,
6- поток плазмы,
7 - поток образовавшихся газов и расплава негорючих компонентов,
8 - сконденсированный расплав негорючих компонентов перерабатываемых отходов,
9 - отвод газов из зоны плазменной переработки отходов: водорода, окиси углерода и др.,
10 - наклонная плита, по которой стекает расплав негорючих компонентов,
11 - датчики температуры,
12 - система охлаждения газов.
Устройство работает следующим образом.
Внутри корпуса устройства 1 в камере плазменной переработки отходов 2 производят запуск плазмотронов 4. В качестве рабочего тела 5 ионизируемого в
плазмотроне и подаваемого в камеру 2 при температуре 7000-9000°С используется вода или смесь воды с углеводородами (воздух). Формирование температурного поля внутри камеры 2 осуществляется в соответствии с результатами расчетов и предварительных исследований. Это достигается путем установки расчетного угла подачи потока плазмы 6 в камере 2. Температурное поле должно обеспечивать сжигание подаваемых отходов 3 без образования диоксинов и фуранов и обеспечивать целостность (отсутствие прожигания) футеровки камеры 2. Для контроля температурного режима футеровки устанавливают датчики температуры 11. Плазмотроны 4 имеют возможность изменять угол подачи плазмы 6 в камеру 2, за счет чего можно корректировать температурное поле. Это позволяет найти оптимальный режим работы устройства и полноты режима плазменной переработки отходов с образованием требуемых продуктов переработки. Кроме того, такое решение установки плазмотронов с возможностью перемещения позволит изменять угол подачи потока плазмы 6, что позволит вносить существенные коррективы при переходе с сжигания одних материалов, например, твердых бытовых отходов, на другие, например, нефтяные шламы, так как сжигание низкокалорийных продуктов и высококалорийных будет существенно влиять на изменение температурного поля в камере 2.
Продукты плазменной переработки отходов 7 разделяются на два основных потока: газовый 9, который отводится и используется в качестве топлива, для генерации пара в теплообменных аппаратах 12 с целью выработки электроэнергии или в качестве химического сырья для ряда технологических процессов.
Несгораемые отходы превращаются в расплав 8, который стекает на наклонную плиту 10 и по ней стекает за пределы устройства, как правило, в специальные формы с охлаждением расплава (на фигуре не показаны) для получения высокопрочных строительных изделий.
Чтобы расплав не застыл на наклонной плите, в зоне устройства на уровне стекания расплава с плиты также можно устанавливать плазмотроны, которые поддерживают необходимый уровень температуры расплава. Контроль за температурным режимом расплава осуществляют с помощью датчиков температуры 11.
Таким образом, данное устройство позволит оптимизировать процессы плазменной переработки отходов путем изменения температурного поля в камере.