Численные и экспериментальные исследования процесса плазмотермической переработки золошлаковых отходов

V.Е. Messerle; O.A. Lavrichshev; А.B. Ustimenko

doi:10.26577/RCPh.2023.v85.i2.07

Авторы

V.Е. Messerle Научно-исследовательский институт экспериментальной и теоретической физики, Казахский национальный университет им. Аль-Фараби; Институт проблем горения, Казахстан, г.Алматы http://orcid.org/0000-0003-4281-1429
O.A. Lavrichshev Научно-исследовательский институт экспериментальной и теоретической физики, Казахский национальный университет им. Аль-Фараби; Институт прикладных наук и информационных технологий, Казахстан, г.Алматы http://orcid.org/0000-0002-5934-8381
А.B. Ustimenko Научно-исследовательский институт экспериментальной и теоретической физики, Казахский национальный университет им. Аль-Фараби;Институт проблем горения; Институт прикладных наук и информационных технологий, Казахстан, г.Алматы http://orcid.org/0000-0002-2629-6167

DOI:

10.26577/RCPh.2023.v85.i2.07

Ключевые слова:

Золошлаковые отходы, плазмотермическая переработка, синтез-газ, термодинамический расчет, эксперимент

Аннотация

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.