§ 4. Промышленные плазменные электропечи для уничтожения токсичных отходов3

Плазмотермическая установка для уничтожения медицинских отхо­дов. Наиболее типичным видом токсичных отходов являются медицинские отходы, которые характеризуются прежде всего наличием токсинов (ядовитых белковых веществ, продуктов обмена микроорганизмов) и общей инфициро-ванностью, они способны вызывать заболевания и гибель людей и животных. Таким образом, при переработке отходов этой категории необходимо решать проблему уничтожения токсичности, что возможно сделать плазменными ме­тодами с полным окислением углеродсодержащих составляющих, разложени­ем и окислением химических веществ, содержащихся в отходах, с одновре­менной длительной выдержкой при высокой температуре инфицированной части исходного продукта. Следовательно, основной задачей такой технологии является экологическая проблема уничтожения отходов с минимизацией мате­риальных затрат.

Плазмотермическая установка для переработки медицинских отходов, в которой происходит полное сжигание отходов с одновременным плавлением их неорганической части, приведена на рис. В.25, а ее схема - на рис. 8.8,

Техническая характеристика установки по переработке медицинских отходов

Производительность по отходам, кг/ч 250

Установленная мощность плазмотрона, кВт 150

Расход воздуха, нм³/ч:

дутьевого....... 2400

сжатого. 100

Объемный расход дымовых газов, нм³/ч .. 2900

Температура газов, °С:

в камере плавления 1350... 1500

в камере газификации 1050... 1300

после дожигания 1000... 1100

Удельный расход электроэнергии, кВтч/кг,.... 0,6...0,7

Площадь, занимаемая установкой, м² 100

позволяет повысить надежность воспламенения угольной пыли при меньших затратах энергии на плазмотрон (по сравнению с другими способами, в том числе разработанными за рубежом).

Здесь следует отметить важный момент: для сохранения эффективности предложенных способов воспламенения угля необходимо, чтобы ТХПТ и сме­шение ее продуктов, т.е. двухкомпонентного топлива, с основным потоком аэ­росмеси осуществлялось до выхода в топочное пространство и начала смешения с вторичным воздухом. Тем самым обеспечивается повышение реакционной способности всего пылеугольного потока за счет плазменной активации ее меньшей части в объеме топочного устройства при обеспечении необходимого времени пребывания топлива в нем.

§ 2. Некоторые результаты

ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ

Испытания систем плазменного воспламенения (СПВ) проведены на стендах с различными горелками, на котлах нескольких типов, где использу­ются разнообразные марки углей. Опытно-промышленный стенд плазменно­го воспламенения пылеугольной аэросмеси создан на базе промышленного котла и включает в себя (рис. 9.4): камеру ТХПТ (или муфель) с каналом для подачи пыли в нее; плазмотрон, устанавливаемый на камеру ТХПТ; систему электропитания плазмотрона; системы подачи плазмообразующего воздуха в плазмотрон и воды на охлаждение его узлов. Приборы контроля и аппара­тура управления параметрами процесса размещаются чаще всего на пульте непосредственно у горелки.

На рис. 9.5 отражено влияние процесса ТХПТ на интегральные показатели топочной камеры: потери тепла с механическим недожогом и выход оксидов азота для трех типов энергетических углей (АШ - донецкий антрацитовый штыб, ЭУ - экибастузские угли, БУ- борлинский уголь). Механический недо­жог для АШ снижается с 15 % - в условиях устойчивого горения факела при выключенном плазмотроне - до 4,5 % при включенном, для ЭУ - с 3,5 до 1,3 % и для БУ - с 7 до 3 %, т.е. в среднем уменьшается в 2...3 раза. При этом, на­чиная с определенных значений удельных энергозатрат Q_уд на процесс, даль­нейшее их увеличение не дает заметного снижения q₄. В частности, для АШ механический недожог снижается лишь до значения Q_уд ⁼ 0,12 кВт-ч/кг угля, оставаясь далее постоянным. Отсюда следует нецелесообразность увеличе­ния вкладываемой электрической мощности Р_ЭЛ выше некоторого предельного

Рис. 9.4. Принципиальная схема системы плазменного воспламенения угля:

ОСЦ - осциллятор; П - пульт управления; ТП - тиристорный преобразователь; Тр - трансформатор; Др - дроссель; Ш - шунт

Рис. 9.5. Влияние вкладываемой электрической мощности на меха­нический недожог (а) й концентрацию оксидов азота (б) на выходе из топки при сжигании углей:

1-АШ;2-БУ;3-ЭУ

значения. Снижение механического недожога связано прежде всего с более ранним воспламенением поступающих в топку частиц угля, вследствие чего повышается температура в ядре факела горелки.

Выход оксидов азота при работающем плазмотроне также уменьшается (рис. 9.5, б). Так, для ЭУ концентрация NO_x снизилась с 1,1 до 0,55 г/нм³ (кри­вая 3), для БУ - с 0,7 до 0,34, (кривая 2), для АШ - с 0,52 до 0,34 г/нм³ (кри­вая 1). Такое существенное снижение выбросов NO_x объясняется трехступен­чатой схемой сжигания угля (см. рис. 9.3).

Рис. 9.6. Схема пылеугольной горелки с системой плаз менного розжига на котле ТПЕ-215:

В зависимости от реакционной способности применяемых углей и конст­руктивных схем котлоагрегатов системы плазменного воспламенения сущест­венно различаются местоположением на котле и камерой ТХПТ. Работоспо­собность СПВ высокореакционных углей проверена на котле типа БКЗ-420 (Улан-Баторская ТЭЦ-4) и ТПЕ-215 (Гусиноозерская ГРЭС). Аэросмесь в топ­ку подается через три пылеугольных сопла каждой горелки (рис. 9.6), распо­ложенных в вертикальной плоскости. СПВ подключили к среднему соплу го­релки нижнего яруса, а мазутная горелка была демонтирована. Взамен

1 - топка; 2 - пылепроводы к соплам; 3 - муфель; 4 - плазмо­трон; 5 - подвод вторичного воздуха

среднего сопла установлена камера ТХПТ, которая представляет собой трубу с ошипованной и покрытой корундом внутренней поверхностью.

При включенном плазмотроне пылеугольная аэросмесь воспламенялась одновременно с подачей угольной пыли в сопло горелки. Мощность плазмо-

Р

трона Р в начальный момент составляла 60 кВт, при этом P_ср= — -100% - от-

Q_Т

носительная мощность генератора плазмы (Q_T - тепловая мощность воспла­меняемой пыли) равнялась 0,55...0,6 %.

Испытания показали надежность воспламенения (розжига) угля с V^Г = = 36...39 % в холодном промышленном котле. После прогрева камеры в течение 30 мин мощность плазмотрона снижалась до 35 кВт. Концентрация пыли jli = 0,3...0,5 кг угля/кг воздуха, расход угля - 1,5...2 т/ч.

Плазменное воспламенение низкосортных (тощих) углей (V^Г = 11...24 %) исследовалось на котле ТП-170 (Новосибирская ТЭЦ-2, см. рис. 9.3). Расход аэросмеси через розжиговую горелку варьировался в пределах 0,35...1,3 кг/с, коэффициент избытка первичного воздуха - в диапазоне α_в =0,09...0,37. Кон­центрация пыли изменялась в пределах m = 0,4... 1,66 кг/кг. Воспламенение аэросмеси плазменной струей наблюдалось при относительной мощности плазмотрона Р_ср =0,22...1,6 % (для углей среднего качества Р_ср < 0,5 %).

На рис. 9.7 показана зависимость удельных энергозатрат на тонну услов­ного топлива для плазменного воспламенения от концентрации пыли в аэросме­си для углей с разными выходами летучих. Как и следовало ожидать, с увеличе­нием V^Г энергозатраты снижаются (рис. 9.7, б). Для надежности технологического

Рис. 9.7. Зависимость удельных энергозатрат от концентрации угля в аэросмеси (а) и от выхода летучих для двух значений \х (б):

V^Г ,%: 1- 12,1; 2 - 15,9; 3 - 17,8; 4 -21; 5- 24,7

процесса особенно важно снижение Q_yд с увеличением концентрации угля в аэросмеси м. Полученные результаты позволяют определить необходи­мую мощность плазмотрона, а также его источника электропитания при создании СПВ.

Расположение муфельных камер с плазмотронами на разных котлоагре-гатах может быть различным. Например, на котле БКЗ-640 плазмотроны с муфельными камерами установлены на нижнем ярусе горелок (рис. 9.8). На котлоагрегатах ТПЕ-215 Гусиноозерской ГРЭС горелки с муфелями распо­ложены по две с боковых сторон топки - так удобнее монтировать и обслужи­вать плазменные установки и сокращается длина водо- и воздухопроводов и кабельных линий.

Растопка котлоагрегатов из холодного состояния осуществляется анало­гично растопке с применением мазутных форсунок. Среднее время подъема параметров котла (например, ТПЕ-415) из холодного состояния до пуска тур­бины составляет 4 ч, что соответствует типовому графику растопки котла с использованием мазута.