Расширение возможности переработки отходов с помощью плазменных технологий
Дипломная работа - Экология
Другие дипломы по предмету Экология
афт-мешках). С этой целью проводится замена трубчатого цепного конвейера на герметичный ленточный конвейер.
Шахтный режим
Испытания шахтной печи, в целом, подтвердили правильность предварительных расчетов и заложенных конструктивных решений. Температурный режим в процессе переработки модельных отходов соответствовал расчетным значениям. Первоначальное заполнение шахты отходами составляло от 800 до 1300 кг, температура газов на выходе из шахты находилась в пределах от 130 до 250оС. Производительность печи в процессе последующей загрузки варьировалась в диапазоне от 170 до 300 кг/ч, в зависимости от морфологии отходов и условий переработки. Поддержанием температуры пирогаза в верхней части шахты в пределах 200-350оС обеспечивается взрывобезопасность процесса. При постоянном уровне заполнения шахты отходами процесс переработки приближается к стационарному, и состав пирогаза на выходе шахты примерно постоянен (определяется составом перерабатываемых отходов), т.е. залповые выбросы отдельных компонентов (СО, Н2 и др.) из шахтной печи практически отсутствуют. Это облегчает работу камеры сжигания пирогазов и системы газоочистки. Кроме того, благодаря охлаждению газов во время движения по шахте скорость их значительно снижается, что способствует уменьшению уноса аэрозолей.
Режим работы плавителя
В первых экспериментах на пилотной установке при отсутствии плазмотрона достаточной мощности от 60 до 75 кВт в плазменную струю вводили дополнительное жидкое топливо, а к перерабатываемым отходам добавляли флюс (боросиликатное стекло), снижающий температуру плавления шлака до 1300-1400оС, в количестве 3-5% от массы отходов. В дальнейшем повышение мощности плазмотрона до 80-100 кВт позволило перерабатывать отходы и сливать шлаковый расплав без добавления топлива и флюсов при температуре в подовой части печи от 1500 до 1800оС. Отказ от использования флюса позволил повысить ресурс огнеупорных материалов, из которых выполнен плавитель печи.
В результате переработки радиоактивных отходов и их имитаторов получен шлаковый компаунд, радионуклидный и химический состав которого представлен в табл. 3 и 4.
Таблица 2. Радионуклидный состав шлаков, Бк/кг
Таблица 3. Химический состав полученных шлаков, масс. %
Плотность шлаков находилась в пределах 2,7 - 2,9 г/см3. Полученные радиоактивные шлаки являются чрезвычайно устойчивым к химическому воздействию материалом; скорость выщелачивания радионуклидов (137Cs) в воде, в среднем, была на порядок ниже подобного показателя для боросиликатных стекол и находилась на уровне 10-6 г/см2*сутки (см. табл. 4). Шлак позволяет надежно фиксировать тяжелые металлы (свинец, цинк, медь никель и т.п.) в значительных количествах.
Таблица 4. Характеристика химической стойкости шлаков
Пирогаз
Получаемый на выходе из печи пирогаз содержит горючие газы, пары смолистых веществ и аэрозоли сажи и золы (см. табл. 5). Их сжигали в избытке воздуха при температуре 1100-1300оС в камере дожигания. Нагрев камеры дожигания обеспечивали с помощью плазмотрона, установленного вертикально в форкамере.
Калорийность получаемого в шахтной печи пирогаза зависела от морфологии отходов и достигала 5-9 МДж/кг, поэтому после начального нагрева с помощью плазмотрона камера дожигания продолжала работать в автотермическом режиме при температуре, достигающей 1300-1400оС, за счет тепла, выделяющегося при сгорании пирогазов, при выключенном плазменном источнике нагрева. Такие условия в сочетании со временем пребывания отходящих газов в камере около 2 секунд обеспечивают глубокое окисление токсичных органических соединений, смол и сажи, таким образом выделяя дополнительное количество теплоты, а ступенчатый ввод воздуха препятствует образованию оксидов азота.
Таблица 5. Состав пиролизных газов на выходе из шахтной печи
Степень очистки выходящих из шахтной печи пирогазов в камере сжигания от горючих компонентов (летучих и тяжелых углеводородов, смолистых веществ, водорода, окиси углерода, аммиака, углерода, цианистого водорода) 99,9-100%, от аэрозолей - 87-99% в зависимости от их содержания в пиролизных газах и доли негорючих компонентов.
Каждый килограмм вводимого в печь сжигания или камеру дожигания углеводородного топлива увеличивает объем отходящих газов на 12-15 м3, внося также дополнительное количество оксидов серы (за счет содержащейся в топливе серы) и продуктов неполного сгорания, прежде всего, углеводородов и оксида углерода. Напротив, использование воздушно-дугового плазмотрона в качестве источника нагрева эквивалентно замене топливной форсунки производительностью 12-15 кг топлива в час (50-60 м3 воздуха вместо 150-200 м3 дымовых газов в час), а использование тепла сгорания пирогаза в камере дожигания для поддержания необходимой температуры позволяет экономить до 20-30 л топлива в час.
Таким образом, замена процессов выборочного сжигания горючих радиоактивных отходов на разработанный плазменный метод переработки отходов смешанного типа без дополнительной сортировки позволяет не только получить в одну стадию продукт, обеспечивающий за счет своих физико-химических свойств максимальную безопасность для окружающей среды, но и значительно снизить нагрузку вредных выбросов на атмосферу. Указанные выше сравнительные оценки технологий и выводы сделаны на основе результатов проведенных в ГУП МосНПО "Радон" опытных работ и испытаний установок "Пиролиз" и "Плутон",