Күл-қож қалдықтарын плазмотермиялық өңдеу процесін сандық және экспериментпен зерттеу
DOI:
https://doi.org/10.26577/RCPh.2023.v85.i2.07Кілттік сөздер:
күл-қож қалдықтары, плазмотермиялық өңдеу, синтез-газ, термодинамикалық есептеу, экспериментАннотация
Бұл жұмыста отын газы мен инертті минералды материал ала отырып, күл-қож қалдықтарын плазмотермиялық өңдеудің термодинамикалық есептеулері мен эксперименттік зерттеулерінің нәтижелері келтірілген. Күл-қож қалдықтарын плазмотермиялық өңдеу қалдық көміртекті кетіру және бейтарап балқыманы алу үшін оларды қыздыру, пиролиздеу және балқыту болып табылады, оны сақтау және салқындағаннан кейін пайдалану экологиялық проблемаларды тудырмайды. Күл-қож қалдықтары ретінде Қазақстанның энергетикасында кеңінен қолданылатын Екібастұз көмірінің күлі қабылданды, ол көмірдің минералды массасы мен жанбаған көміртегінің құрамдас бөлігі болып табылады. Есептеулер көрсеткендей, күл-қож қалдықтарын плазмотермиялық өңдеу кезінде СО концентрациясы 86.8% дейін және жану жылуы 8752 кДж/кг болатын жанғыш газ және құрамында зиянды қоспалар жоқ минералды компоненттердің балқымасы алынады. Плазмалық реактор-электромагниттік катушкамен қоршалған камера осіне параллель тең бүйірлі үшбұрыштың бұрыштарында орналасқан үш көлбеу батырылған графит электродтары бар балқыту камерасы. Реакторды іске қосу электр электродтарын үйінді графит жолына жабу арқылы жүзеге асырылды. Есептеулерде де, эксперименттерде де зерттелген қалдықтардың плазмалық өңдеу өнімдерінде зиянды қоспалар табылған жоқ. Балқыма арнасын алғаннан кейін күл-қож қалдықтарын қыздыру алынған Балқыма арқылы қуат электродтары арасындағы өткізгіштік токтары есебінен жалғасады. Балқыманы гомогенизациялау үшін оны электромагниттік араластыру жүзеге асырылады. Балқытылған реактордың өнімділігі 100 кг/сағ, оның температурасы 1923 К және меншікті энергия шығыны 0.96 кВт/кг болды.Бұл жұмыста отын газы мен инертті минералды материал ала отырып, күл-қож қалдықтарын плазмотермиялық өңдеудің термодинамикалық есептеулері мен эксперименттік зерттеулерінің нәтижелері келтірілген. Күл-қож қалдықтарын плазмотермиялық өңдеу қалдық көміртекті кетіру және бейтарап балқыманы алу үшін оларды қыздыру, пиролиздеу және балқыту болып табылады, оны сақтау және салқындағаннан кейін пайдалану экологиялық проблемаларды тудырмайды. Күл-қож қалдықтары ретінде Қазақстанның энергетикасында кеңінен қолданылатын Екібастұз көмірінің күлі қабылданды, ол көмірдің минералды массасы мен жанбаған көміртегінің құрамдас бөлігі болып табылады. Есептеулер көрсеткендей, күл-қож қалдықтарын плазмотермиялық өңдеу кезінде СО концентрациясы 86.8% дейін және жану жылуы 8752 кДж/кг болатын жанғыш газ және құрамында зиянды қоспалар жоқ минералды компоненттердің балқымасы алынады. Плазмалық реактор-электромагниттік катушкамен қоршалған камера осіне параллель тең бүйірлі үшбұрыштың бұрыштарында орналасқан үш көлбеу батырылған графит электродтары бар балқыту камерасы. Реакторды іске қосу электр электродтарын үйінді графит жолына жабу арқылы жүзеге асырылды. Есептеулерде де, эксперименттерде де зерттелген қалдықтардың плазмалық өңдеу өнімдерінде зиянды қоспалар табылған жоқ. Балқыма арнасын алғаннан кейін күл-қож қалдықтарын қыздыру алынған Балқыма арқылы қуат электродтары арасындағы өткізгіштік токтары есебінен жалғасады. Балқыманы гомогенизациялау үшін оны электромагниттік араластыру жүзеге асырылады. Балқытылған реактордың өнімділігі 100 кг/сағ, оның температурасы 1923 К және меншікті энергия шығыны 0.96 кВт/кг болды.
Библиографиялық сілтемелер
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).
