ПЛАЗМЕННЫЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ

Плазменные технологии характеризуются большим разнообразием. Термическая низкотемпературная плазма нашла широкое приме­нение для плавления, резки и сварки металлов, сфероидизации порошковых материалов, плазменного напыления, получения ультрадисперсных порошков, розжига и стабилизации горения пылеугольных потоков, пиролиза и конвер­сии углеводородов и во многих других технологиях. Неизотермическая (не­равновесная) плазма используется для проведения различных синтезов, моди­фикации поверхностей материалов, получения пленок и т.д. В отличие от традиционных химических процессов для плазмохимической технологии ха­рактерны новые эффекты, связанные с электропроводностью плазмы, ее элек­тромагнитным излучением, что позволяет осуществлять химические превра­щения с высокой энергетической эффективностью, повышать селективность реакций, получать вещества и материалы с новыми и уникальными свойства­ми. Кроме того, высокие температуры и большая концентрация энергии в еди­нице объема способствуют значительной интенсификации традиционных фи­зико-химических превращений.

В этой части учебника рассмотрены наиболее перспективные плазмен­ные технологии, которые уже апробированы в промышленном масштабе или находятся в стадии опытно-промышленного освоения. Степень полноты изла­гаемого материала определяется вкладом авторов в данную технологию или необходимостью кратко ознакомить читателя с особенностями и многообрази­ем плазмотермических и плазмохимических процессов.

Глава VIII электротехнология переработки муниципальных и промышленных отходов

Определение «муниципальные отходы» следует относить прежде всего к непромышленным отходам. Однако разделительная грань между определе­ниями бытовых и промышленных отходов достаточно условна: например, твердые бытовые отходы (ТБО) и некоторые промышленные отходы содержат до 80 % углеводородного сырья. В промышленные отходы попадает часть бы­товых отходов, а в бытовых отходах нередко присутствуют изделия промыш­ленного производства. Поэтому состав муниципальных отходов может изме­няться в широких пределах.

К муниципальным отходам относят: твердые бытовые отходы; отходы медицинских учреждений; отходы очистных сооружений или иловые осадки. К промышленным отходам относят токсичные вещества (хлорорганика, ра­диоактивные вещества, пестициды), неорганические материалы (стеклобой, бетонные изделия), сельскохозяйственные, сточные воды и многое другое. По своей сути любые виды отходов (бытовые, медицинские, радиоактивные и др.) являются смешанными, так как морфологический состав их достаточно сло­жен и разнороден, содержит органическую и неорганическую составляющие. Кроме того, в плазмотермических устройствах возможна совместная перера­ботка бытовых и промышленных отходов. Поэтому и отдельные виды отходов, и их смеси можно рассматривать как смешанные, и этот термин довольно час­то употребляется в технической литературе.

При решении проблемы переработки (утилизации или уничтожения) бы­товых и некоторых видов промышленных отходов необходимо исходить из того, что она представляет комплекс экологических и энергетических задач с одновременным использованием этих отходов как постоянно возобновляемого энергетического сырья. На рис. 8.1 показаны сравнительные расчетные данные по теплоте сгорания ТБО, бурых углей и другого топлива в зависимости от со­держания в них углерода и водорода.

Для расчета энергетических характеристик ТБО используется вещест­венный состав, т.е. основные химические элементы, входящие в ТБО в усред­ненном для данной местности виде: углерод, водород, кислород, азот, сера, вода (влага), зола

Рис. 8.1. Зависимость теплоты сгорания различ­ных видов топлива от массовой доли углерода и водорода:

У1-УЗ - угли Канско-Ачинского бассейна; У4-У6 -угли Днепровского бассейна; ТБ07-ТБ012 - бытовые отходы различных регионов: Канада, США, Нидерлан­ды, Москва, Мадрид, Екатеринбург, соответственно; ПБУ - Подмосковный бурый уголь; ФТ - фрезерный торф; Д - дрова; ГС - горючие сланцы

Точно такой же набор элементов имеет любое другое твердое органиче­ское топливо. На графике (рис. 8.1) видно, что теплота сгорания бурых уг­лей и ТБО линейно зависит от массовой доли углерода и водорода, причем ТБО7-ТБО10 оказываются лучше по теплоте сгорания, чем бурые угли У5 (Морозовский разрез) и У6 (Головковский разрез).

Существующие промышленные методы уничтожения, обезвреживания и утилизации муниципальных отходов (полигоны, сортировка (МПЗ), земля­ная засыпка, сжигание (МСЗ), биотермическое компостирование (МПБО), низко- и среднетемпературный пиролиз) не отвечают требованиям природо­охранного законодательства. Анализ современных способов переработки ТБО показывает, что в настоящее время происходит смещение технологических ас­пектов в сторону существенного увеличения температур в реакционной зоне по сравнению с известными мусоросжигательными установками (например, в электрошлаковых печах, барботажная плавка в печи Ванюкова, плазменные электротехнологии). Одновременно наблюдается функциональное разделение процессов на стадии, например, газификация органической части ТБО с полу­чением синтез-газа (СО + Н₂) и последующее сжигание его в энергетических котлах или использование в качестве ценного продукта в химических произ­водствах. К новым электротехнологиям относится экологически чистая плаз­менная технология утилизации отходов (Т^ ~ 5000 К), позволяющая осущест­влять глубокое разложение всех соединений с образованием простых веществ переводить в жидкий шлак все непиролизуемые (неорганические) остатки проводить высокотемпературный пиролиз (t > 1200 °С) и получать синтез-газ ( теплотворной способностью 10... 13 МДж/нм³.