электродуговые плазменные устройства для переработки и

ЭЛЕКТРОДУГОВЫЕ ПЛАЗМЕННЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ
ПЕРЕРАБОТКИ И УНИЧТОЖЕНИЯ ТОКСИЧНЫХ ОТХОДОВ
А.Л. Моссэ, А.В. Горбунов, В.В. Савчин
Институт тепло- и массообмена, Национальной академии наук Беларуси,
Минск, Республика Беларусь, mosse@itmo.by
ООО «ПЛАЗМАКТОР», Минск, Беларусь, mosse@pochta.ru
Plasma Torch Units for the Treatment and Utilization of Toxic Wastes
Alfred L. Mosse, Andrei V. Gorbunov, Vasili V. Sauchyn
Luikov Heat and Mass Transfer Institute Belarus National Academy of Sciences
Address: 15 P.Brovka str., Minsk 220072, Republic of Belarus
Plasmactor Co. Ltd., mosse@pochta.ru
The increasing amount of wastes (incuding biomedical) is a serious ecological
hazard. In most cases the wastes contain toxic substances and viruses that need special
utilization. One of the most promising ways of solving this problem is the plasma
processing of the wastes. Plasma shaft furnace and plasma chamber furnace for waste
treatment were designed and tested. The processing of medical and biological wastes in
plasma furnace is characterized by significant reduction of wastes.
Увеличивающиеся объемы накапливаемых отходов, в том числе и медикобиологических, представляют серьезную опасность для человека и окружающей среды.
Как правило, состав различных отходов весьма разнообразен и не поддается точной
идентификации. Так например, медико-биологические отходы в большинстве случаев
содержат токсичные вещества и вредные биологические формы (вирусы, микробы,
штаммы, прионы), типичный фазовый состав: 50-60 % по объему составляют
жидкости, 20-40 % - твердые вещества, 10-20 % - газы. Содержание неорганических
веществ составляет примерно 50 %, средняя теплотворная способность примерно 4000
ккал/кг. Для утилизации таких отходов необходимо использовать специальные
технологии. Исследования, проводимые в индустриально развитых странах,
направлены на разработку новых технологий и оборудования для эффективной
переработки бытовых, промышленных, и в первую очередь, медико-биологических
отходов. Санитарно-гигиенические исследования типичных медико-биологических
отходов, выполненные в различных странах, показывают, что их опасность для
человека и окружающей среды значительно выше, чем у большинства химических
отходов.
Одним из наиболее перспективных направлений решения этой проблемы
является применение плазменных методов. Плазмо-термическая переработка медикобиологических отходов и других видов отходов характеризуется полным разрушением
материала отходов и уничтожением вредных веществ. Любые органические и
неорганические вещества могут быть утилизированы в плазме при высокой
температуре, которая достигается применением электродуговых генераторов плазмы –
плазмотронов. Плавление зольного остатка позволяет получить химически инертные
остеклованные вещества.
Разработана, изготовлена и тестирована плазменная шахтная печь мощностью до
200 кВт и производительностью до 200 кг/час, показанная на рис.1, которая реализует
наиболее надежный и эффективный метод термической переработки медикобиологических и других видов отходов (бытовых и промышленных, в том числе
радиоактивных). Технологический процесс может быть реализован по двум вариантам:
первый – при котором горючая часть отходов пиролизуется, с последующим
дожиганием, или второй – когда отходы сразу сжигаются, а их зольные остатки
650
плавятся. Расплав стекломассы разливается из печи в специальные контейнеры, и после
охлаждения-отвердения является наиболее инертной формой для захоронения или
использования продуктов переработки отходов в качестве наполнителей. При этом
исключается проникновение радионуклидов и токсинов в окружающую среду, а в
стекломассе фиксируется свыше 95-97 % исходных радионуклидов.
Печь нагревается плазменными или плазмо-топливными горелками, которые
обеспечивают температуру плавления зольных остатков отходов, 1700 С и более. В
качестве плазменных горелок применяются электродуговые плазмотроны постоянного
или переменного тока. Печь позволяет совмещать переработку жидких и твердых
отходов одновременно, используя теплотворную способность отходов для
поддержания необходимой температуры процесса. За счет этого может быть снижен
расход электроэнергии. Шахтный процесс переработки позволяет реализовать схему
противотока при нагреве отходов, охлаждение и фильтрацию отходящих газов
непосредственно в самом слое загрузки отходов. Отходящие газы дожигаются в
циклонной плазмо-вихревой камере дожигания и дополнительно очищаются на
фильтре и в скруббере.
Плазменная шахтная печь предназначена для работы в централизованных
пунктах сбора и переработки отходов. Процедура сбора и транспортировки отходов к
месту их переработки достаточно трудоемкий и дорогой процесс. Кроме того, по
мнению ряда специалистов, транспортировка токсичных отходов представляет
опасность в случае возникновения аварийных и террористических ситуаций. В этом
случае более целесообразно выполнять переработку отходов в местах их сбора, то есть непосредственно в медицинских учреждениях, госпиталях, клиниках и
производствах медицинских препаратов.
С этой целью разработана, изготовлена и тестирована плазменная камерная печь
периодического действия мощностью до 50 кВт и производительностью 20-30 кг/час,
показанная на рис.2. Это устройство периодического действия и предназначено для
переработки сравнительно небольших объемов медико-биологических отходов. Печь
имеет небольшие размеры и может быть, вместе с системами обеспечения, размещена в
любом медицинском учреждении, госпитале или клинике. После загрузки отходов в
количестве примерно 10-15 кг и включения плазмотрона, цикл их переработки
(сжигания) составляет примерно 10 мин и зависит от состава отходов. После
завершения цикла работы плазмотрон выключается, и печь переходит в режим
остывания и разгрузки золы (или шлака). Суммарное время реализации всех стадий
(сжигание, остывание печи и разгрузка золы) примерно 30 мин, после чего печь готова
к следующей загрузке и включению. В состав технологической установки входит
камера дожигания и система энергоснабжения плазмотрона постоянного или
переменного тока. Устройство может также комплектоваться системой газоочистки
(фильтр и скруббер) или может работать на общую систему газоочистки учреждения
или производства.
Мощность и производительность плазменных шахтной и камерной печей может
быть увеличена за счет увеличения единичной мощности и/или количества
плазмотронов постоянного или переменного тока, работающих на шахту или камеру
печи, а также объема шахты или камеры плазменных печей.
Разработана модель теплового расчета плазменных шахтной и камерной печей,
которая позволяет моделировать и выбирать оптимальные параметры работы
устройств. Это дает возможность обеспечить полную переработку отходов и
предотвращения как химического, так и теплового загрязнения окружающей среды.
651
652