Расширение возможности переработки отходов с помощью плазменных технологий

Технологическое описание процесса плавки в плазменно-дуговых печах с керамическим тиглем. Оценка возможности расширения переработки отходов с помощью плазменных технологий. Применение технологии эффективной переработки отходов в плазменных шахтных печах.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

2

Курсовая работа

Расширение возможности переработки отходов с помощью плазменных технологий

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПЛАВКА В ПЛАЗМЕННО-ДУГОВЫХ ПЕЧАХ С КЕРАМИЧЕСКИМ ТИГЛЕМ

ГЛАВА 2. ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: РАСШИРЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

ГЛАВА 3. НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ РУД И ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В ПЛАЗМЕННЫХ ШАХТНЫХ РУДНОТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧАХ - «EPOS-PROCESS»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Сжигание отходов является одной из наиболее распространенных и эффективных технологий, позволяющих значительно сокращать объем отходов. На сжигание направляются выделенные в результате сортировки лишь горючие компоненты отходов. Недостатком сжигания радиоактивных отходов является образование опасного для транспортировки, пылящего и непригодного для захоронения продукта - золы, сконцентрировавшей в себе радиоактивные изотопы [1]. различные методы дальнейшего кондиционирования радиоактивного зольного остатка требуют создания дополнительных промышленных установок, транспортирования зольного остатка на переработку, внесения дополнительных материалов и, в ряде случаев, существенных энергетических затрат.

технология переработка отход плазма печь плавка

ГЛАВА 1. ПЛАВКА В ПЛАЗМЕННО-ДУГОВЫХ ПЕЧАХ С КЕРАМИЧЕСКИМ ТИГЛЕМ

Плавка в плазменно-дуговых печах - Печи этого типа в отношении их конструкции являются модификацией обычных дуговых сталеплавильных печей, отличаясь от них лишь тем, что вместо электродов устанавливают один или несколько плазмотронов, а для подачи потенциала на нагреваемый металл в подину закладывают подовый электрод. Для уменьшения подсоса воздуха в пространство печи кожух печи выполняют более герметичным и уплотняют все места сочленений.

На одном из отечественных металлургических заводов работает плазменно-дуговая печь с керамическим тиглем емкостью 5 т, созданная на базе стандартной дуговой сталеплавильной печи ДСВ-5 с выкатным корпусом. При реконструкции печи вместо графитированных электродов были установлены 3 плазмотрона и подовый водоохлаждаемый электрод, печной трансформатор был заменен силовым понижающим трансформатором и блоком полупроводниковых выпрямителей, была улучшена герметичность кожуха и уплотнений. Мощность источника питания была увеличена более чем в 3 раза и составляет теперь почти 10 000 кВА при вторичном напряжении 380В и силе выпрямленного тока 25 000 А. Несмотря на значительное увеличение мощности и концентрации тепла в сжатой дуге тепловая нагрузка на футеровку стен благодаря экранированию дуги газом не увеличилась, что позволяет значительноинтенсифицировать нагрев и повысить производительность агрегата.

Ввиду того, что преимущества плазменно-дугового переплава наиболее полно реализуются при безшлаковом процессе, шихту подбирают чистой по фосфору и сере, хотя в принципе ПДП позволяет вести процесс со шлаком и удалять эти вредные примеси. Желательно также, чтобы шихта не была сильно окисленной. При выплавке стали некоторых марок шихту целесообразно осветлять как для ВИП. В остальном требования к шихте для ПДП не отличаются от требований, предъявляемых к шихте для обычной дуговой плавки.

При загрузке печи на подину загружают малогабаритную шихту, предохраняющую подину от разрушения и обеспечивающую хороший электрический контакт с подовым электродом.

Для связывания кислорода воздуха, оставшегося в объеме печи после «промывки» его рабочим газом, в состав завалки целесообразно вводить небольшое количество материалов, связывающих кислород (силикокальций, ферросилиций, магний и др.).

Перед включением печи из плавильного объема необходимо вытеснить воздух рабочим газом.

Для этого через один из плазмотронов подают аргон или другой плазмообразующий газ, подняв при этом второй плазмотрон до предела и давая тем самым выход воздуху. Спустя 7--8 мин плазмотрон опускают и начинают плавку.

В начале плавления энергия дуги хорошо поглощается холодной шихтой в анодном пятне и теплопроводностью передается остальной шихте. Под плазмотронами очень быстро прожигаются колодцы. В дальнейшем тепло дуги поглощается в основном скапливающимся на подине печи жидким металлом, сильно перегревающимся и растворяющим твердую шихту.

Таким образом, в отличие от обычных дуговых печей расплавление шихты в плазменных печах идет снизу и футеровка значительное время оказывается экранированной от излучения с поверхности жидкого металла твердой шихтой. Это позволяет значительно увеличивать нагрузку и уменьшать продолжительность расплавления по сравнению с плавлением обычной дугой.

После расплавления и нагрева металла расплав выдерживают для его рафинирования и при необходимости присаживают раскислители и легирующие. Из-за высокой температуры контактирующих с дугой слоев газа и высокой степени диссоциации двухатомных газов при плазменной плавке концентрация газов в металле изменяется в соответствии с изменением их парциального давления в печной атмосфере. Это дает возможность регулировать, например, содержание азота в металле простым изменением его концентрации в атмосфере печи и получать легированную азотом сталь без использования специальных азотированных ферросплавов.

Плазменная же плавка в атмосфере нейтрального газа, содержащего менее 0,02% активных газовых примесей, при давлении 1 кПа (1 ат) термодинамически эквивалентна проведению процесса в вакууме порядка 2 Па и позволяет осуществлять эффективную дегазацию больших масс металла без использования вакуумного оборудования.

Слабым звеном плазменно-дугового переплава в печах с керамическим тиглем является выпуск и разливка металла, так как в это время рафинированная сталь контактирует с воздухом. Разработанные меры по защите металла от воздействия воздуха во время выпуска и разливки пока недостаточно эффективны.

Кроме того, при использовании печей такого типа имеется опасность прогорания подового водоохлаждаемого электрода, что может привести к аварии. Использование плазменного нагрева значительно упрощает технологию получения качественного металла в больших количествах, улучшает условия труда. Плазменная печь работает практически бесшумно и значительно меньше выделяет дыма.

Плазменные дуговые печи применяют для получения стали и сплавов высоколегированных марок высокого качества. В этих печах в результате меньшего угара значительно экономятся легирующие элементы (хром, никель и др.), имеется возможность регулировать содержание азота в металле изменением состава атмосферы.

По сравнению с металлом обычной выплавки качество металла плазменно-дуговой переплав значительно выше, а себестоимость его ниже себестоимости металла вакуумных плавок.

ГЛАВА 2. ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ: РАСШИРЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

Сжигание отходов является одной из наиболее распространенных и эффективных технологий, позволяющих значительно сокращать объем отходов. На сжигание направляются выделенные в результате сортировки лишь горючие компоненты отходов. Недостатком сжигания радиоактивных отходов является образование опасного для транспортировки, пылящего и непригодного для захоронения продукта - золы, сконцентрировавшей в себе радиоактивные изотопы [1]. различные методы дальнейшего кондиционирования радиоактивного зольного остатка требуют создания дополнительных промышленных установок, транспортирования зольного остатка на переработку, внесения дополнительных материалов и, в ряде случаев, существенных энергетических затрат. Использование для нагрева печей и камер дожигания дымовых газов устройств сжигания углеводородных жидких или газовых топлив в избытке воздуха приводят к образованию больших объемов дымовых газов, нуждающихся в очистке от радиоактивных и вредных химических веществ перед выбросом в атмосферу, эффективность сжигания органических компонентов отходов обеспечивается за счет также двух- трехкратного избытка воздуха, подаваемого на колосники.

В то же время плазменные методы прямой переработки радиоактивных отходов позволяют получать продукт, пригодный для транспортировки и захоронения или долгосрочного хранения. Их преимуществом перед обычными методами сжигания являются как повышенные коэффициенты сокращения объема отходов и снижение объемов образующихся вторичных отходов, так и получение продукта в виде плавленого шлакового компаунда, обладающего высокой химической стойкостью к агрессивным воздействиям окружающей среды. Сдерживающим фактором в развитии плазменных технологий переработки РАО являются высокие степени уноса легколетучих радионуклидов (десятки процентов), прежде всего, цезия-137, из плавителей и других высокотемпературных узлов плазменных установок.
Предварительные работы по выбору материалов и конструкции высокотемпературных узлов и аппаратов для плазменной переработки РАО, исследование и поиск оптимальных технологических режимов, переработка опытных партий имитаторов и реальных РАО проводились на пилотной установке "Пиролиз", созданной в Опытном заводе прикладных радиохимических технологий МосНПО "Радон" [2, 3]. Основой опытной установки являлась печь шахтного типа, состоявшая из шахты и плавителя, узлов загрузки отходов и слива шлакового расплава (см. рис. 1). Сверху плавителя установлен дуговой плазмотрон, в нижней торцевой части плавителя имеется сливное устройство, состоящее из сливного блока со сливным отв...