Численные и экспериментальные исследования процесса плазмотермической переработки золошлаковых отходов
DOI:
https://doi.org/10.26577/RCPh.2023.v85.i2.07Ключевые слова:
Золошлаковые отходы, плазмотермическая переработка, синтез-газ, термодинамический расчет, экспериментАннотация
В данной работе представлены результаты термодинамических расчетов и экспериментальных исследований плазмотермической переработки золошлаковых отходов с получением топливного газа и инертного минерального материала. Плазмотермическая переработка золошлаковых отходов заключается в их нагреве, пиролизе и плавлении для удаления остаточного углерода и получения нейтрального расплава, складирование и использование которого после охлаждения не вызывает экологических проблем. В качестве золошлаковых отходов принята зола Экибастузского угля, широко используемого в энергетике Казахстана, представляющая собой набор компонентов минеральной массы угля и несгоревший углерод. Расчеты показали, что при плазмотермической переработке золошлаковых отходов получается горючий газ с концентрацией CO до 86.8% и теплотой сгорания 8752 кДж/кг и расплав минеральных компонентов, не содержащий вредных примесей. Плазменный реактор представляет собой охваченной электромагнитной катушкой плавильную камеру, имеющей в разрезе форму равностороннего треугольника, с тремя наклонными погружными графитовыми электродами по его углам. Запуск реактора осуществлялся через замыкание силовых электродов на насыпную графитовую дорожку. После получения канала расплава, нагрев золошлаковых отходов продолжается за счет токов проводимости между силовыми электродами через полученный расплав. Для гомогенизации расплава осуществляется его электромагнитное перемешивание. Была достигнута производительность реактора по расплаву 100 кг/ч при его температуре 1923 К и удельных энергозатратах 0.96 кВт ч/кг. Как в расчетах, так и в экспериментах вредных примесей в продуктах плазменной переработки исследованных отходов обнаружено не было.
Библиографические ссылки
2 J. Heberlein, A.B. Murphy, Journal of Physics D: Applied Physics, 41 (5), 053001 (20 p) (2008).
3 V.E. Messerle, A.L. Mosse, A.B. Ustimenko, Waste Management, 79, 791–799 (2018).
4 Y.D. Korolev, O.B. Frants, N.V. Landl, V.G. Geyman, A.G. Karengin, A.D. Pobereznikov, Y. Kim, L.A. Rosocha, I.B. Matveev, IEEE Transactions on Plasma Science, 41, (12), 3214–3222 (2013).
5 A.V. Surov, S.D. Popov, V.E. Popov, D.I. Subbotin, E.O. Serba, V.A. Spodobin, G.V. Nakonechny, A.V. Pavlov, Multi-gas AC plasma torches for gasification of organic substances, Fuel, 203, 1007–1014 (2017).
6 A.S. An'shakov, V.A. Faleev, A.A. Danilenko, E.K. Urbakh, A.E. Urbakh, Thermophysics and Aeromechanics, 14 (4), 607–616 (2007).
7 V.E. Messerle, A.L. Mosse, A.B. Ustimenko, Thеrmophysics and Aeromechanics, 23 (4), 613–620 (2016).
8 Guidelines for the design of pneumatic ash removal systems from boiler units, installations for the delivery of dry ash to consumers and its shipment to bulk ash dumps (No PD 34.27.10996). (In Rus.)
9 А. Bernatskii, N. Mushkin. Newspaper "Energetika i promyshlennost Rossii", 102 (10) (2008). (In Russ.)
10 E.R. Zvereva, V.P. Plotnikova, F.I. Burganova, L.O. Zverev. Vestnik KGEU, 42 (2), 15-26 (2019). (In Russ.)
11 E.R. Zvereva, R.V. Khabibullina, G.R. Akhmetvalieva, et al. Advances in Engineering Research, 133, 914-920 (2017).
12 E.R. Zvereva, R.V. Khabibullina, O.S., Solid State Phenomena, 265, 374-378 (2017).
13 E.R. Zvereva, O.S. Zueva, R.V. Khabibullina, et al. Journal of Engineering and Applied Sciences. 11, 2950-2954 (2017).
14 N.V. Gavlitin, Yu.V. Kolomiets. Proc. of the IV Intern. scientific-practical seminar "Ashes and slags from thermal power plants: removal, transport, processing, storage". Moscow, April 19-20, 2012, (MPEI Publishing House, Moscow, 2012), 55-58. (In Rus.)
15 N.V. Gavlitin, V.E. Messerle, A.B. Ustimenko, O.A. Lavrichshev. Rec.Contr.Phys., 41 (2), 41-49 (2012). (In Russ.)
16 V.G. Lukyashchenko, V.E. Messerle, A.B. Ustimenko, V.N. Shevchenko, S.Kh. Aknazarov, Z.A. Mansurov and K.A. Umbetkaliev, Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 92 (1), 263–270 (2019).
17 Patent of the Republic of Kazakhstan No.13473. Electromagnetic technological reactor and its start-up method, E.N. Karpenko, V.G. Lukyashchenko, V.E. Messerle, A.A. Ivanov, A.V. Malykh, Bul. inventions No.10, October 16 (2006). (In Russ.)
18 Patent of the Republic of Kazakhstan No.18229. Electromagnetic process reactor (options) and rod electrode used in the reactor, V.G. Lukyashchenko, V.E. Messerle, A.G. Nesterenkov, V.N. Shevchenko, A.B. Ustimenko, S.F. Osadchy, V.I., Golysh, V.A. Nesterenkov, Bul. Inventions No. 1, May 16 (2011). (In Russ.)
19 Innovative Patent of the Republic of Kazakhstan No.30483. Three-phase electromagnetic reactor, V.G. Lukyashchenko, V.E. Messerle, S.Kh. Aknazarov, Z.A. Mansurov, A.B. Ustimenko, K.A. Umbetkaliev, V.N. Shevchenko, Bull. Inventions No. 10, October 15 (2015). (In Russ.)
20 Patent of the Republic of Kazakhstan for utility model No.2473. The method of feeding processed raw materials into the reaction chamber of a three-phase electromagnetic reactor and a device for its implementation, V.G. Lukyashchenko, V.N. Shevchenko, S.Kh. Aknazarov, Z.A. Mansurov, V.E. Messerle, A.B. Ustimenko, K.A. Umbetkaliev, N.Yu. Golovchenko, Priority November 04, (2016). (In Russ.)
21 M. Gorokhovski, E.I. Karpenko, F.C. Lockwood, V.E. Messerle, B.G. Trusov and A.B. Ustimenko, Journal of the Energy Institute, 78 (4), 157–171 (2005).
