Исследование, разработка и создание систем плазменной газификации твердых органических отходов на основе мощных электродуговых генераторов плазмы

Попов, Виктор Евгеньевич

Исследование, разработка и создание систем плазменной газификации твердых органических отходов на основе мощных электродуговых генераторов плазмы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

Попов, Виктор Евгеньевич АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Санкт-Петербург МЕСТО ЗАЩИТЫ

2007 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.13 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование, разработка и создание систем плазменной газификации твердых органических отходов на основе мощных электродуговых генераторов плазмы»

Автореферат диссертации на тему "Исследование, разработка и создание систем плазменной газификации твердых органических отходов на основе мощных электродуговых генераторов плазмы"

ПОПОВ ВИКТОР ЕВГЕНЬЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И СОЗДАНИЕ СИСТЕМ ПЛАЗМЕННОЙ ГАЗИФИКАЦИИ ТВЕРДЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ НА ОСНОВЕ МОЩНЫХ ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ПЛАЗМЫ

01.04.13 — Электрофизика, электрофизические установки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург — 2007

003068346

ПОПОВ ВИКТОР ЕВГЕНЬЕВИЧ

01.04.13 — Электрофизика, электрофизические установки

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург — 2007

Работа выполнена в Институте Электрофизики и Электроэнергетики Российской Академии Наук (ИЭЭ РАН).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

академик РАН

Рутберг Филипп Григорьевич.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Горячев Владислав Леонидович

доктор технических наук, старший научный сотрудник

Кривошеее Сергей Иванович

Ведущая организация: Балтийский Государственный Технический

Университет имени Д.Ф. Устинова.

Защита состоится 15 мая 2007г., в -?$~часов на заседании диссертационного совета ДМ 002.131.01 при ИЭЭ РАН по адресу: Санкт-Петербург, Дворцовая наб., д.18.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЭЭ РАН. Автореферат разослан « & » апреля 2007г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Актуальность работы.

Объёмы образования отходов с каждым годом увеличиваются. По прогнозам Европейской организации экономического сотрудничества и развития к 2020 году в Евросоюзе будет образовываться на 45% больше отходов, чем в 1995. На данный же момент эта цифра составляет около двух миллиардов тонн в год. В России только по официальным данным ежегодно образуется порядка 180 миллионов тонн, в действительности — существенно больше.

Проблема переработки отходов стоит чрезвычайно остро, поэтому «Технологии переработки и утилизации техногенных образований и отходов» вошли в перечень критических технологий Российской Федерации, утвержденный Президентом Российской Федерации 21 мая 2006 года.

Вместе с тем исчерпание мировых запасов нефти и природного газа прогнозируется в течение нескольких ближайших десятилетий, что на фоне постоянного роста мирового потребления этих энергоносителей оказывается весьма близкой перспективой и стало одной из причин наблюдаемого в последнее время постоянного роста цен на энергоресурсы. Поэтому в том же перечне технологий присутствуют «Технологии новых и возобновляемых источников энергии».

Известно, что теплотворной способности многих видов твердых органических отходов (твердых бытовых, сельскохозяйственных, деревообработки и др.) достаточно для организации процессов их сжигания с целью уничтожения с последующей рекуперацией части энергии — в мире создано огромное количество мусоросжигающих заводов. Однако, более эффективно подвергать органическую массу отходов процессу газификации, в результате которого органическая составляющая отходов преобразуется в горючий газ, который имеет широкий спектр возможностей по дальнейшему применению, главная из которых — энергетическая. В отдельных случаях

применение данной технологии позволяет получать синтез-газ, являющийся сырьём для многочисленных технологий органического синтеза (производство метанола, аммиака, жидких топлив и т.д.). а также содержащий достаточное количество водорода, чтобы стать его источником для нужд водородной энергетики. Применение же в этих процессах низкотемпературной плазмы по предварительным оценкам и расчётам позволит существенно увеличить их эффективность, а высокие цены на нефть и газ обуславливают их конкурентоспособность.

Однако накопленных теоретических знаний, как о самих генераторах плазмы, так и о процессах с её участием недостаточно для начала проектирования крупнотоннажных производств. Необходима экспериментальная апробация и отработка процессов плазменной газификации отходов, что в итоге обусловило выбор и актуальность темы диссертации.

Диссертационная работа является продолжением и развитием широкого круга исследований проводимых в ИЭЭ РАН по плазменной переработке различных отходов в течение последних 10 лет. Она посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию процесса плазменной газификации твёрдых органических отходов на основе мощных генераторов плазмы переменного тока.

Объект и предмет исследования.

Объектами исследований диссертационной работы являются экспериментальная установка плазменной газификации твердых органических отходов и высоковольтный электродуговой трехфазный воздушный генератор плазмы переменного тока со стержневыми электродами, работающий в её составе.

Предметом исследований диссертационной работы являются процессы происходящие внутри камеры газификатора при взаимодействии плазменного

дутья с твердой органической засыпкой, влияние на них внешних факторов, а также процессы, происходящие внутри разрядной камеры генератора плазмы.

Цель работы.

1. Проведение комплекса теоретических исследований и разработка новой технологии плазменной газификации органических отходов.

2. Определение характеристик генератора плазмы для применения его в составе экспериментальной установки. Исследование процессов, происходящих в разрядной камере генератора плазмы.

3. Создание экспериментальной установки.

4. Подтверждение полученных расчетно-теоретических данных путем экспериментальных исследований процессов плазменной газификации различных видов органических отходов. Обобщение полученных результатов для создания опытно-промышленного образца.

Методы исследований.

Для оценок параметров процессов внутри разрядной камеры генератора плазмы использовались современные методы диагностики (измерения электрических и механических параметров) и элементы теории электрических разрядов в потоках газов. Для определения параметров процессов в реакционной камере использовались датчики температуры и давления. Состав получаемых газов анализировался методами масс- и оптической спектрометрии. Для расчетов равновесных составов использовалась модель термодинамически равновесного реактора, базирующаяся на поиске минимума потенциала Гиббса. При обобщении множеств экспериментальных данных использовались методы регрессионного анализа.

Научная новизна.

1. На базе проведенных исследований сформулированы требования к генератору плазмы, предназначенному для работы в составе экспериментальной установки плазменной газификации твердых органических отходов и обосновано применение высоковольтного воздушного электродугового трехфазного генератора плазмы переменного тока со стержневыми электродами. Методами регрессионного анализа обобщенных экспериментальных данных определены зависимости эксплуатационных характеристик генератора плазмы от расхода плазмообразующего газа в рабочем диапазоне 2-23 г/с. В этом диапазоне электрическая мощность в дугах изменяется от 25 до 37 кВт. Определено, что практически во всем диапазоне рабочих расходов коэффициент преобразования электрической энергии, вложенной в дуги, в энергию плазмообразующего газа превышает 90%. Теплосодержание плазмообразующего газа на выходе из генератора плазмы изменяется от 9,5 до 1,6 МДж/кг.

2. Проведен теоретический анализ параметров процессов внутри разрядной камеры высоковольтного электродугового трехфазного воздушного генератора плазмы переменного тока со стержневыми электродами. Показано, что суммарная концентрация электронов в столбе дуги обеспечивается ионизацией оксида азота и паров металла электродов.

3. Проведены расчеты материальных и тепловых балансов процесса плазменной газификации твердых органических отходов на примере бытовых отходов, отходов древесины и отходов шин. Разработана принципиальная технологическая схема экспериментальной установки, включающая реактор-газификатор, генератор плазмы, камеру сжигания продукт-газа, систему очистки отходящих газов. По расчетным данным в результате этого процесса с 1 кг исходного материала можно получать до

5 м3 продукт-газа (в случае отходов шин) с теплотворной способностью -6 МДж/м3.

4. Создана экспериментальная установка плазменной газификации органических отходов условной производительностью 50 кг/ч.

5. На установке проведена серия экспериментальных исследований процесса плазменной газификации твердых органических веществ (древесный уголь и отходы дерева). При воздушной газификации древесного угля достигнуто -40 %"°е, а при газификации древесины -50 %"ое объёмное содержание в продукт-газе теплоценных компонентов. Теплотворная способность продукт-газа при газификации древесного угля составляла -4,1-4,8 МДж/кг (-4,45,1 МДж/м3), а при газификации древесины -6,2 МДж/кг (-6 МДж/м3).

Практическая ценность.

Результатом теоретических исследований и расчётов материальных и тепловых балансов стало создание экспериментальной установки, позволяющей проводить исследования процессов плазменной газификации различных видов твердых органических отходов и других углеродсодержащих веществ условной производительностью 50 кг/ч.

Полученные экспериментальные данные подтверждают теоретические оценки и расчеты и позволяют приступать к проектированию установок переработки отходов методом плазменной газификации в крупных промышленных масштабах (40 000 т/год и более).

Основные результаты, полученные лично автором.

- Выбран спектр веществ, процесс газификации которых планируется исследовать. Определена производительность экспериментальной установки. Проведен расчет и определены требования к параметрам плазмы для обеспечения температур процесса >1200 °С.

- Сформулированы требования к генератору плазмы, предназначенному для работы в составе экспериментальной установки плазменной газификации твердых органических отходов и обосновано применение высоковольтного воздушного электродугового трехфазного генератора плазмы переменного тока со стержневыми электродами. Проведены экспериментальные исследования эксплуатационных характеристик генератора плазмы. Методами регрессионного анализа полученных экспериментальных данных определены зависимости эксплуатационных характеристик генератора плазмы от расхода плазмообразующего газа. Проведен оценочный расчет напряженности электрического поля, плотности тока, проводимости, температуры и концентрации носителей тока электрического разряда в камере генератора плазмы. Показано, что проводимость в области разряда обеспечивается ионизацией в основном оксида азота и паров металла электродов.

- Проведены расчеты материальных и тепловых балансов. Разработана технологическая схема экспериментальной установки. Определены основные характеристики аппаратов технологической схемы. Создана экспериментальная установка. Проведена серия экспериментальных исследований процесса плазменной газификации различных твердых органических веществ на примере древесного угля и отходов древесины.

Апробация работы и научные публикации.

По материалам диссертации сделаны доклады на следующих

конференциях:

1. The 28th ШЕЕ International Conference on Plasma Science (28я Международная конференция по исследованиям плазмы) (г. Лас-Вегас, США, 2001 г).

2. Чистая Россия (г. Москва, 2002г).

3. VI экологический форум (г. Санкт-Петербург, 2006г).

4. High Technology Plasma Processes HTTP9 (9" Международная конференция по высокотехнологичным плазменным процессам) (г. Санкт-Петербург, 2006г).

5. XI Школа молодых ученых ФИАН (г. Звенигород, 2006г).

6. Политехнический симпозиум СПбГПУ (г. Санкт-Петербург, 2006г).

7. XXII Международная конференция «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество» (п. Эльбрус, 2007г).

Основной материал диссертации опубликован в 9 работах: 6 печатных статей, 5 из которых в рецензируемых изданиях, и 3 тезисов докладов. Список публикаций приведён в конце автореферата.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами по каждой из них, заключения, списка литературы и приложения. Она изложена на 113 страницах, включает 21 таблицу, 57 рисунков и список литературы из 107 наименований.

Основные положения, выносимые на защиту;

- Обоснование применимости метода высокотемпературной плазменной газификации для переработки твердых органических отходов и получения из них электрической и тепловой энергии.

- Использование высоковольтного трехфазного электродугового воздушного генератора плазмы переменного тока для экспериментальной установки газификации органических отходов.

- Результаты расчета параметров процессов в разрядной камере генератора плазмы.

- Технологическая схема, экспериментальная установка и обоснованность результатов, полученных в процессе проведения экспериментов.

Основное содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы и формулируется цель работы.

В первой главе показываются преимущества процесса высокотемпературной плазменной газификации твердых органических отходов. Выполнен обзор существующих технологий и установок газификации отходов, рассмотрены принципиальные схемы современных технологических процессов. Особое внимание уделено плазменным методам. На примере действующих установок, построенных компаниями США, Швеции, Японии и других показаны преимущества плазменных технологий над традиционными.

Из рассмотрения условий равновесия основных реакций, протекающих при газификации твердых органических веществ, становится очевидным, что для получения горючего газа, состоящего в основном из СО и Н2, процесс целесообразно вести при температуре не менее 950-1000 °С. В случае газификации отходов, содержащих хлор в опасных концентрациях, температура процесса должна быть еще выше, поскольку на этот интервал приходится пик образования диоксинов. Отсюда сделан вывод, что 1200 °С это минимальная температура проведения процесса газификации. Такой температуры можно достичь двумя способами: применяя кислородное дутьё или высокоэнтальпийные потоки газов, получаемые в плазмотронах. На основании того, что плазменные процессы позволяют обеспечивать значительно большие температуры переработки, обладают высокой селективностью, обеспечивающей получение целевых продуктов при незначительном образовании побочных, менее опасны и более эффективны, чем применение кислородного дутья, сделан вывод, что технология высокотемпературной плазменной газификации для переработки отходов является перспективной.

Обоснованность проведенных рассуждений косвенно подтверждается настоящим бумом развития этих технологий во всём мире. В работе приведен обзор и анализ особенностей наиболее характерных представителей двух

Направлений развития технологий газификации отходов — плазменных и не плазменных.

Среди не плазменных можно выделить технологию ТИегтозе1ес( компании Шег$1а1е И'ш/е ТасЬпо/о&ех, 1пс. (Рис. 1).

Рис. 1. 1)|»1нщ<ш<;1.1М[ая схема принесен Therm oselecL

В ней выход продукт-газа с 1 тонны отходов составляет -800 нм\ Он состоит из СО на 36,5 %об., Н; на 34,7 %, С02 на 25 % и на 3,8 % из других компонент. Высокие температуры процесса достигаются при горении в кислороде дополнительного топлива (природного газа). Избыток кислорода окисляет углерод отходов, с последующим частичным восстановлением продуктов сгорания на раскаленном коксе до СО и Как следствие 25%'пе содержание в продукт-газе балластного С03. Тем не менее, технология экономически оправдана и па её осноне создано несколько крупнотоннажных предприятий в Европе и Японии.

Что касается плазменных технологий, то практически во всех существующих на сегодняшний лень установках, в том или ином виде присутствует расплав, обеспечивающий жидкое шлакоудаление, и во всех установках используются плазмотроны постоянного тока. По-видимому, это

является следствием того, что впервые плазменные технологии переработки отходов проходили а л роба и и jo на плазменных металлургических лечах. Преимущество жидкого шлакоудаления в возможности разделения несгораемых остатков на металлы и неметаллы (в основном силикаты). Недостаток — а повышенных энергозатратах на поддержание расплава в жидком состоянии, и как следствие в повышенных необходимых мощностях генераторов плазмы.

Среди плазменных можно выделить технологию компаний Westinghouse Plasma Corp (США) и Hitachi Metals Ltd. (Япония) (Рис. 2),

Рне. 2. Принципиальная технологическая схема процесса.

В ней организован процесс газификации на коксовой ггодушке, а плазмотроны служат для поддержания необходимого температурного режима. По этой технологии также построено несколько крупных заводов в различных городах Японии.

Исследования в области плазменной переработки отходов находятся на начальной стадии. Рассмотренные установки, вследствие недостаточной изученности, не оптимальны по ряду параметров. В частности, отсутствует оптимизация по составам вводимых в реакторы веществ, не Достигнуты оптимальные значения но энергосодержанию получаемого продукт-газа, энергетические затраты на процесс не минимизированы. Кроме того, недостаточно изучены физические процессы в самих генераторах плазмы и

требуется создание мощных (1-5 МВт) и высокоэффективных генераторов плазмы, одновременно обладающих длительным ресурсом непрерывной работы. Решению некоторых из этих проблем и посвящена диссертационная работа.

Во второй главе определен спектр веществ для проведения экспериментальных исследований процесса плазменной газификации и выбрана производительность экспериментальной установки. На основе предварительного расчета процесса определены требования к параметрам плазмы для экспериментальной установки и обоснован выбор генератора плазмы. Приведены экспериментально определенные характеристики генератора плазмы, оценочный расчёт параметров дугового разряда и анализ источников электронов проводимости.

Из всего многообразия отходов для дальнейших расчетов и экспериментов выбрано три наиболее характерных типа: отходы древесины, отходы шин и RDF (Refuse Derived Fuel — топливо произведённое из отходов).

Расчётной производительностью установки принято 50 кг/ч. При этом учитывались как финансовые и инфраструктурные возможности, так и необходимость возможного масштабирования на опытно-промышленный образец.

Для выбранных типов отходов расчетным путем проведен подбор параметров плазменного дутья обеспечивающих температуру продукт-газа на выходе -1200 °С. В процессе расчетов производительность по отходам шин была снижена до 30 кг/ч, из-за практического отсутствия в её составе кислорода и в связи с необходимостью унификации параметров плазменного дутья. В результате для газификации, например, 50 кг/ч древесины необходимо ввести в реактор 72 кг/ч воздуха при температуре 1940 °С (~2,6 МДж/кг). Наиболее близка к расчётным параметрам плазма, получаемая в высоковольтном

трёхфазном электроду го в ом генераторе плазмы переменного тока со стержневыми электродами (Рис. 3).

РИС. 3. Трех фа шый высоковольтный электродуговой генератор плазмы Переменного тока с» стержневыми эйекгро шми, работающий на воздухе:

!- корпус; 2- разрядный канал и электрическая дута;

3- электрододержатель; 4- электрод

Высокое напряжение источника питания (6 кВ) обеспечивает гарантированный запуск генератора плазмы без применения поджигающих устройств, либо инжекцни носителей тока в разрядный промежуток. Под его воздействием происходит электрический пробой в зонах минимального зазора между электродами и стенками каналов. Зажигаются короткие электрические дуги. Далее иод воздействием тангенциальных потоков ллазмообразующего газа они выкосятся на торцы электродов, вытягиваются по длине каналов, замыкаются между собой, минуя корпус, и стабилизируются. Образуется три сдвинутых по фазе проводящих плазменных столба. Плазмообразующий газ, в результате теплообмена с дугами нагретый до высоких температур, истекает из каналов и образует плазменный факел на выходе.

Величина падения напряжения на дугах зависит от расхода плазмообразуюшего газа ■— воздуха. Зависимость имеет растущий характер. Диапазон величин средних действующих значений 800-1200 В, Величина тока дуги при увеличении расхода газа уменьшается, но незначительно. Диапазон

величин средних действующих значений 19-23 А. Эта особенность позволяет плавно изменять режим работы генератора плазмы без его выключения, что имеет практическую важность при внедрении таких генераторов в технологические процессы. Диапазон расходов воздуха при условии сохранения стабильности работы составляет от 2 до 23 г/с.

На Рис. 4 представлены характерные осциллограммы токов и напряжений генератора плазмы.

I, А 30

-10

-20

-30

Рис. 4. Характерная осциллограмма токов и напряжений.

Плазмообразующий газ — воздух Расход— 13 г/с

Для подтверждения возможности устойчивой работы генератора плазмы в составе экспериментальной установки и определения его эксплуатационных характеристик при работе на камеру плазмохимического реактора были проведены дополнительные исследования. Зависимости электрической мощности вложенной в дуги генератора плазмы, коэффициента преобразования вложенной электрической энергии в энергию газа (термического КПД) и теплосодержания газа на выходе из генератора плазмы от расхода плазмообразующего газа представлены на Рис. 5.

Как видно из графика, термический КПД этого генератора плазмы довольно высок и практически во всем рабочем диапазоне расходов превышает 90%. Экспериментально полученные характеристики генератора плазмы

ч Н,-МДж/кг

0,9- 608 8-

0,7- 4 0 6- 2

Рис. 5. Зависимость энергетических характеристик генератора плазмы от расхода плазмообразующего газа (воздух).

несколько ниже требуемых по расчету. Поэтому при проектировании реактора необходимо предусмотреть возможность установки дополнительного плазмотрона со сходными параметрами. Это позволит также повысить равномерность ввода плазменного дутья в реактор.

Для расхода плазмообразующего воздуха 40 м3/ч (-13 г/с), что с необходимым запасом удовлетворяет требованиям технологического процесса при установке двух генераторов плазмы, проведена оценка параметров процессов, происходящих в дуговом разряде в приближении локального термодинамического равновесия. Среднее действующее значение падения напряжения на дуге и при таком расходе составляет -1080 В, а тока дуги I ~21,6 А. Напряженность электрического поля в столбе дугового разряда Е -15 В/см при длине дуги -70 см. Плотность тока в дуге ] -6,9 А/см2, при допущении об однородности проводящей области по её поперечному сечению, диаметр которой принят равным диаметру электрода. В этих условиях проводимость газа а=46 1/Ом-м, а температура в зоне разряда Т-5500 К.

Необходимое количество носителей тока для обеспечения такой плотности пе~7-10п см"3, при допущении о несущественности ионного тока,

Для О = 2-23 г/с

Р = 21,8+4,8-1п в [кВт] а=0,57

г! = 0,828+0,04-1п(С-1,82) с=0,005

Н= 1 690+12 255-0,8° [кДж/кг] ст= 162

о- среднеквадратическое отклонение

несущественной диффузии электронов из канала и принятой скорости дрейфа

Зная материал электродов (медь) и экспериментально определенные значения их эрозии (0 - 10"5 г/Кл), определен часовой расход металла с электродов Оси~1,3 г/ч, объёмная доля меди в газе разряда Га,~4,8-1(Г5 и число частиц меди в единице объёма в условиях разряда Ыси~6,4-1013 см"3.

Степень ионизации атомов меди при температуре Т из уравнения Саха

(где: и — электронные статистические суммы атома меди и её положительного иона (их отношение приблизительно равно 1); те= 9,110"31 (кг) — масса электрона; й=1,3810"23 (Дж/К) — постоянная Больцмана; А=6,626-Ю"34 (Дж с) — постоянная Планка; /с„- 7,726 (эВ) — потенциал ионизации меди) приблизительно равна аси~0,77. Тогда количество электронов в разряде, полученных от ионизации меди гцси) ~ 5-Ю13 см'3, что составляет приблизительно 70 % от необходимого количества носителей.

Результаты расчета равновесного состава смеси газов, участвующих в разряде, для электронной и ионной компонент приведены на Рис. 6.

Согласно равновесному составу значению пе = 7-Ю13 см"3 соответствует температура -5000 К. При этой температуре медь ионизована на -17% и доля «медных» электронов в пе составляет -13%, а оксид азота (Д0= 9,25 эВ), ионизованный на -0,3%, поставляет -87% электронов. При температуре 5500 К степень ионизации меди возрастёт до -17%, однако доля её электронов в пе снизится до -12%, поскольку степень ионизации N0 возрастёт до -0,8%, что обеспечит -88% электронов. Отличие ранее найденной степени ионизации меди от данных равновесного состава объясняется тем, что в предыдущей оценке не учтено влияние компонентов смеси, и медь рассмотрена обособленно.

электронов в электрическом поле уе=6-105 см/с.

Рис. 6. Зависимость равновесной объёмной концентрации электронов и положительных ионов в смеси воздуха с парами меди от температуры.

Проведенные оценки и расчеты весьма приблизительны и позволяют лишь оценить порядки величин основных параметров процессов, происходящих в разрядной камере электродуговых генераторов плазмы данного типа. В частности, недостаточно точно оценена скорость дрейфа электронов, и не учитывался ионный ток.

Следует отметить, что оксид азота, ионизация которого обеспечивает горение дуг генератора плазмы, с экологической точки зрения является вредной примесью. Но в реакционной камере, куда направляется поток плазмы, происходит его практически полное восстановление, поскольку в большом количестве присутствует углерод (основная массовая часть перерабатываемого вещества) и водород. Этот факт был подтвержден экспериментально.

В третьей главе приведено обоснование выбора схемы газификатора. Приведены результаты расчетов материальных и тепловых балансов стадии газификации 50 кг/ч различных типов отходов. Обоснован состав технологической схемы установки. Приводятся результаты расчетов основных параметров аппаратов технологической схемы.

Для экспериментальной установки выбрана обращенная схема газификации. Топливо и дутье подаётся в шахту газогенератора сверху, а газ отводится снизу, то есть топливо и газ движутся в шахте прямотоком. Из зоны подготовки топливо попадает сначала в зону окисления, а затем в зону восстановления. В окислительной зоне пары смолы и газообразные углеводороды термического разложения топлива частично сгорают, а несгоревшая их часть подвергается глубокому крекингу. В зоне восстановления водяные пары и диоксид углерода восстанавливаются до СО и Н2. Содержание смолы в продуктовом газе обращенного процесса не превышает 1-2 г/м3.

Результаты расчётов материального баланса процесса плазменного пиролиза различных видов твердых органических отходов представлены в таблице 1, теплового — в таблице 2.

Таблица 1. Материальный баланс процесса плазменной газификации различных

отходов.

Наименование статей Количество

Древесина Отходы шин ИЗБ

кг/ч | % мае кг/ч | % мае кг/ч | % мае

Приход

Исходные отходы 50,0 38,0 30,0 21,7 50,0 42,1

Плазменное дутьё 81,6 62,0 86,4 62,4 68,7 57,9

Паровое дутьё — Г □ 22,0 22,0 15,9 — —

ИТОГО: 131,6 100,0 138,4 100,0 118,7 100,0

Расход

Синтетический газ 129,6 98,5 133,5 96,5 109,7 92,4

Пыль и зольный остаток 2,0 1,5 4,9 3,5 9,0 7,6

ИТОГО: 131,6 100,0 138,4 100,0 118,7 100,0

Основные параметры реактора-газификатора экспериментальной установки, определённые по традиционным методикам следующие: производительность по отходам 30-50 кг/ч; интенсивность газификации по исходным отходам 200 кг/м2-ч; время пребывания отходов в активной зоне реактора 4 ч; продолжительность контакта газов с газифицируемым

Наименование статей Количество

Древесина Отходы шин КОР

МДж/ч | % МДж/ч | % МДж/ч | %

Приход тепле

С исходными отходами 2.0 0,7 КО 0,3 2,8 1,0

С плазменным дутьем 223,4 77,7 225.1 68,8 235.2 83.5

С паровым дутьем — — 4,7 1,4 —■ -

Тепло реакций 62.1 21.6 96,4 29,5 43,7 15,5

ИТОГО: 287.5 100,0 " 327,2 ¡00.0 281,7 100.0

Расход тепла

С синтетическим га юм 249,2 86,7 278.7 85,2 222,4 79,0

С пылью и зольным остатком 5.9 2.0 16.1 4.9 26.9 9,5

Потери 32,4 11,3 32.4 9,9 32,4 11.5

ИТОГО: 287,5 100,1) 327.2 100,0 281,7 100.0

материалом 1-2 с; диаметр шахты газификатора 0,6 м; оптимальный размер частиц топлива (отходов) 15-30 мм; высота активной зоны реактора 2 м; объём отходов перерабатываемый за сутки 3 м '; общий объём реактора 5,7 м3; объём активной зоны 0,565 м3.

Технологическая схема экспериментальной установки представлена на Рис. 7.

Рис. 7. Технологическая схема экспериментальной установки нлатменной газификации отходов:

1- реактор*газификатор обращенного шла; 2- генератор плазмы; 3- дожигатель; 4- дежурный факел; 5- скруббер распылительный; 6- скруббер наеадочный; 7- вытяжной вентилятор

Практическое использование полученного на экспериментальной установке продукт-газа не имеет смысла вследствие его небольших количеств, неоднородности состава и дискретности времен отдельных экспериментов. Поэтому он сжигается в специальной камере —дожигателе — без рекуперации энергии. Отбор пробы для анализа состава продукт-газа осуществляется из патрубка, соединяющего газификатор и дожигатель. Продукты сгорания подвергаются охлаждению и очистке и рассеиваются в атмосфере с помощью вентилятора, основной функцией которого является подержание необходимого разрежения внутри газификатора,

В четвертой главе приведено подробное описание созданной экспериментальной установки плазменной газификации твёрдых органических отходов. Особое внимание уделено средствам измерений и диагностики.

Экспериментальная установка для исследований процессов плазменной высокотемпературной газификации твердых органических отходов производительностью 50 кг/ч представлена на Рис. 8.

Рис. 8. Общий вял экспериментальной установки нла шснноН пли фи капни отходов:

1 - реактор-газификатор; 2- основной генератор ила ¡мы; 3- дожигатель; 4- система очистки отходящих газов.

Установка обладает всеми признаками законченной системы переработки отходов. В её состав входят: реакторный узел с системой загрузки отходов, выгрузки несгораемых остатков и камерой сжигания продукт-газа; генераторы плазмы с системами питания; система охлаждения и очистки отходящих газов; система охлаждения элементов технологического оборудования; система снабжения сжатым воздухом и паром; система электроснабжения; система сбора и отображения информации.

Основным объектом исследований на данной установке являются параметры получаемого в газификаторе продукт-газа: его температура, состав и расход. Параллельно ведется непрерывный контроль и регистрация температур и давлений в различных точках технологической схемы, электрических параметров генераторов плазмы, расходов материальных потоков. Вся информация собирается, обрабатывается и регистрируется с помощью промышленных компьютеров.

Непрерывный анализ состава продукт-газа осуществляется масс-спектрометром времяпролетного типа марки ЭМГ-20-1 производства ЗАО «Меттек» (Россия). Этот прибор позволяет проводить одновременный анализ до 12 компонент газа. В частности на данной установке он регистрирует объёмное содержание в продукт-газе СО, С02, 02, N2, Н2, Н20, Ar, СН4, NO, N02. Дополнительно газоаналитический комплекс установки укомплектован ИК-Фурье спектрометром марки Nicolet-380 производства компании Thermo Electron Corp (USA). Поскольку симметричные молекулы, такие как 02, N2, Н2, в инфракрасном диапазоне не активны, основной его задачей является обнаружение, распознавание и оценка количества примесей в составе продукт-газа. Прибор также позволяет вести анализ состава твердых и жидких веществ.

Измерение температур проводится с помощью термопар. Для измерения давлений используются специальные датчики. Расходы газообразных и жидких

потоков измеряются поплавковыми ротаметрами, специальными счетчиками либо по перепаду давлений на стандартных сужающих устройствах.

В пятой главе приводятся результаты экспериментальных исследований процесса плазменной газификации древесного угля и отходов древесины.

Древесный уголь выбран в качестве экспериментального материала на начальном этапе экспериментов для отработки технологического процесса, как материал относительно недорогой, доступный и простой по составу. В процессе экспериментов также было выяснено, что этот материал наиболее подходит для предварительного разогрева реакционной камеры перед загрузкой экспериментального материала. Также, поскольку он практически сходен по составу органической компоненты с отходами шин, на основе полученных данных можно судить о возможных параметрах процесса их переработки.

Эксперименты проводились с использованием одного генератора плазмы при различных режимах его работы. В некоторых экспериментах в реакционную зону дополнительно вводился водяной пар. Перед началом экспериментов реактор полностью заполнялся древесным углём. Началом эксперимента считается момент включения основного генератора плазмы. Изменения внешних условий, включая смену перерабатываемого материала, проводились после выхода системы на квазистационарный режим.

На Рис. 9 представлена характерная картина хода эксперимента во времени. На верхнем графике отображены показания термопар, установленных в реакторе (Т1-ТЗ — на внутренней стенке шахты), время работы генератора плазмы (заштрихованная область) и периоды времени, когда в реактор осуществлялся ввод дополнительного дутья (парового либо воздушного). Средний график— результаты анализа состава пробы продукт-газа масс-спектрометром. Нижний — температуры в дожигателе.

Основные результаты экспериментов по газификации угля сведены в таблице 3, а по газификации древесины — в таблице 4.

Из представленных данных видно, что увеличение расхода плазменного дутья, сопровождающееся увеличением электрической мощности в дугах генератора плазмы и снижением температуры плазмы, приводит к существенной интенсификации процессов внутри реактора. При этом наблюдается увеличение температуры в слое, глубины превращения основных элементов, содержания негорючей компоненты, производительности установки

по сырью и по продукт-газу, снижение удельных энергозатрат, существенное увеличение мощности, запасенной в продукт-газе. Аналогичные тенденции для всех показателей наблюдаются при подаче в газификатор пара, присутствие которого дополнительно ведет к увеличению теплоты сгорания продукт-газа, обусловленному появлением в его составе значительных количеств водорода.

В приложении приведен оценочный расчёт параметров установки плазменной газификации органических отходов производительностью 40 ООО тонн в год, выполненный на основе информации и экспериментальных данных, полученных в ходе подготовки диссертационной работы.

Параметр сравнения Единица измерения Эксперимент

1 2 3 4

Расход воздуха через плазмотрон м3/ч 39,6 40,4 40,4 74,8

Расход воздуха на дополнительное дутьё 31,1 20 20 39,3

Суммарный расход воздуха 70,7 60,4 60,4 114,1

Мощность в дугах кВт 33,5 33,4 33,4 40,5

Температура дутья °С 1076 1232 1232 795

Расход пара кг/ч ~1,5 — -4 —

Температура в слое на стенке °С -800 -750 -800 800-900

в ядре -1040 -975 -1040 1040-1170

Глубина превращения С % 96,3 93,8 87,5 95,7

Н 82,4 68,2 80,6 93,8

Содержание негорючей компоненты %об 58,1 62,5 57,5 59,5

Теплота сгорания МДж/м"1 5,1 4,47 4,93 4,43

МДж/кг 4,51 4,13 4,85 4,1

Выход газа часовой м"7ч 102 81,5 92,1 154

удельный м3/кг 5,05 5,02 5,22 5,1

Производительность по сырью кг/ч -20,1 -16,2 -17,6 -30,3

Удельные энергозатраты на 1 кг сырья кВт ч/кг 1,67 2,06 1,9 1,34

на 1 м"' газа кВт-ч/м"1 0,33 0,41 0,36 0,26

Мощность, запасенная в газе кВт 144,5 101,2 126,1 189,5

Таблица 4. Экспериментальные данные по газификации отходов древесины.

Параметр сравнения Единица измерения Эксперимент

1 2

Расход воздуха через плазмотрон м3/ч 40,4 74,8

Расход воздуха на дополнительное дутьё 20 39,3

Суммарный расход воздуха 60,4 114,1

Мощность в дугах кВт 33 40

Температура дутья °С 1232 795

Температура в слое на стенке 700-800 800-900

в ядре 910-1040 1040-1170

Глубина превращения С % 76,5 71,5

Н 84,2 86,3

Содержание негорючей компоненты % об. 50 48,8

Теплота сгорания продукт-газа МДж/м' 5,84 5,96

МДж/кг 6,23 6,24

Выход газа часовой м'/ч 119 221

удельный м'Укг 3,03 3,04

Производительность кг/ч 39,4 72,7

Удельные энергозатраты на 1 кг сырья кВгч/кг 0,84 0,55

на 1 м3газа кВт-ч/м3 0,28 0,18

Мощность, запасенная в газе кВт 193,0 365,9

Основные результаты работы и выводы.

В результате диссертационных исследований:

- Разработана новая технология плазменной газификации органических отходов с применением генераторов плазмы переменного тока.

- Построены зависимости характеристик генератора плазмы (мощности, термического КПД, энтальпии плазмы и др.), используемого для экспериментальной установки, от расхода плазмообразующего воздуха. В диапазоне расходов воздуха 2-23 г/с мощность плазмотрона изменяется от 33 до 43 кВт, термический КПД — от 78 до 93 %, теплосодержание плазмы — от 9,5 до 1,6 МДж/кг.

- Показано, что проводимость дугового канала в данном генераторе плазмы обеспечивается процессами ионизации оксида азота (N0) и паров металла электродов.

- Разработана технологическая схема и создана экспериментальная установка для исследований процессов плазменной газификации твердых органических отходов расчётной производительностью 50 кг/ч.

- Получено принципиальное подтверждение расчётных данных по производительности установки и по удельному выходу продукт-газа.

- При плазменной газификации древесного угля достигнута производительность установки 30 кг/ч. При этом выход продукт-газа составил 154 м3/ч при теплоте сгорания 4,4 МДж/м3, а удельные энергозатраты 1,34 кВт-ч/кг.

- При плазменной газификации отходов древесины достигнута производительность установки 70 кг/ч. При этом выход продукт-газа составил 221 м3/ч при теплоте сгорания 5,9 МДж/м3, а удельные энергозатраты 0,55 кВт-ч/кг.

- На основе полученных расчетных и экспериментальных данных выполнены оценки технико-экономических показателей установки плазменной газификации твердых бытовых отходов производительностью 40 ООО т/год.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Печатные статьи в рецензируемых изданиях•

1. Plasma Furnace for Treatment of Solid Toxic Wastes / Ph.G.Rutberg, A.A.Safronov, A.N.Bratsev, V.E.Popov, S.D.Popov, A.V.Surov, V.V.Shegolev, M.Caplan // High Temperature Material Processes - 2001 - Vol.5, №1- P.51-57. (Плазменная печь для переработки твердых токсичных отходов / Ф.Г. Рутберг, A.A. Сафронов, А.Н. Братцев, В.Е. Попов и др. // Высокотемпературная обработка материалов.- 2001- Т. 5, №1).

2. Установка для плазменной газификации различных видов отходов / А.Н. Братцев, В.Е. Попов, А.Ф. Рутберг, C.B. Штенгель // Теплофизика высоких температур - 2006 - Т. 44, № 6 - С. 832-837.

3. Ф.Г. Рутберг, А.Н. Братцев, В.Е. Попов / Плазмохимические методы переработки. Газификация и пиролиз отходов // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Серия Б. Справочные приложения, базы и банки данных. Тематический том XI-5. Прикладная химия плазмы. Под ред. Ю.А. Лебедева, H.A. Платэ, В.Е. Фортова - М.: Янус-К, 2006 - Стр. 7-33.

4. Some aspects of development and creation of plasma technology for solid waste gasification / A.N. Bratsev, V.E. Popov, S.V. Shtengel, A.Ph. Rutberg // High Temperature Material Processes - 2006 - Vol.10, № 4 - P.549-556. (Некоторые аспекты разработки и создания плазменной технологии газификации твердых отходов / А.Н. Братцев, В.Е. Попов, C.B. Штенгель, А.Ф. Рутберг // Высокотемпературная обработка материалов,- 2006 - Т. 10, № 4).

5. Особенности работы высоковольтного генератора плазмы переменного тока в составе экспериментальной установки плазменной высокотемпературной

газификации твердой органики / Кущёв С.А., Наконечный Г.В., Овчинников Р.В., Попов В.Е. и др. // Физика экстремальных состояний вещества - 2007. Под ред. Фортова В.Е., Ефремова В.П., Хищенко К.В. и др.- Черноголовка.: ИПХФ РАН, 2007.- С.321-324.

Печатные статьи в нерецензируемых изданиях■

6. Переработка твердых отходов методом плазменной газификации / А.Н. Братцев, В.Е. Попов, C.B. Штенгель, A.A. Уфимцев // Вода и экология: проблемы и решения - 2006 - №4 (29).- С.69-73.

Тезисы докладов

7. Попов В.Е., Суров A.B., Никонов A.B. Опытно-промышленный плазмохимический реактор // III Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов: Тез. докл.- С.-Пб., 1998.

8. Plasma Technologies Of Solid And Liquid Toxic Waste Desinfection / Ph.G.Rutberg, A.A.Safronov, A.N.Bratsev, V.N.Shiryaev, V.E.Popov, S.D.Popov, A.V.Surov // The 28th IEEE International Conference on Plasma Science. IEEE Conference Record Abstract- Las Vegas, 2001- P.324. (Плазменные технологии обезвреживания твердых и жидких токсичных отходов / Ф.Г. Рутберг, A.A. Сафронов, А.Н. Братцев, В.Н. Ширяев, В.Е. Попов и др. // 28я Международная конференция по изучению плазмы. Сборник абстрактов конференции. Лас-Вегас, 2001).

9. Some aspects of development and creation of plasma technology for solid waste gasification / A.N.Bratsev, V.E.Popov, S.V.Shtengel, A.Ph.Rutberg // HTTP9 High Technology Plasma Processes. Book of abstracts- St-Petersburg, 2006. (Некоторые аспекты разработки и создания плазменной технологии газификации твердых отходов / А.Н. Братцев, В.Е. Попов, C.B. Штенгель, А.Ф. Рутберг // Сборник абстрактов 9я Международной конфенренции по высокотехнологичным плазменным процессам).

Подписано в печать «_»_2007

Формат 60x90 1/16. Тираж 100 экз. Заказ №_

Отпечатано в типографии СПГУТД Сапкт-Петербург, ул. Моховая, 26

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Попов, Виктор Евгеньевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ ГАЗИФИКАЦИИ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ И ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ.

1.1. Проблема отходов.

1.2. Обоснование применения процесса высокотемпературной газификации.

1.3. Обзор технологий газификации отходов на основе традиционных источников энергии.

1.3.1. Фильтрационное горение в сверхадиабатическом режиме.

1.3.2. Технология Гинцветмет.

1.3.3. Процесс P.I.T. Pyroflam.

1.3.4. Технология Thermoselect.

1.4. Обзор плазменных технологий газификации отходов.

1.4.1. Технология компании Startech Environmental Corporation.

1.4.2. Технология РЕМ.

1.4.3. Технология PEPS.

1.4.4. Технология Ругоагс.

1.4.5. Совместная разработка компаний Westinghouse Plasma Corporation и Hitachi Metals Limited.

1.5. Выводы.

2. ГЕНЕРАТОР ПЛАЗМЫ ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

2.1. Обоснование и выбор.

2.2. Описание.

2.3. Принцип действия и внешние характеристики.

2.4. Оценка параметров разряда.

2.5. Выводы.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

3.1. Выбор схемы газификатора.

3.2. Расчёт материального и теплового балансов процесса плазменной газификации различных видов твердых отходов.

3.3. Основные параметры реактора-газификатора.

3.4. Основные параметры камеры сжигания продуктового газа.

3.5. Основные параметры системы охлаждения и очистки отходящих газов.

3.6. Технологическая схема установки.

3.7. Выводы.

4. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

4.1. Реакторный узел.

4.1.1. Реактор-газификатор.

4.1.2. Устройство для загрузки реактора.

4.1.3. Узел удаления несгораемых твердых остатков.

4.1.4. Узел утилизации получаемого газа.

4.2. Вспомогательные системы.

4.2.1. Система охлаждения и очистки отходящих газов.

4.2.2. Система охлаждения технологического оборудования.

4.2.3. Система снабжения воздухом и паром.

4.2.4. Система электроснабжения.

4.3. Система сбора и отображения информации.

4.3.1. Контроль состава продукт-газа.

4.3.2. Измерение температур.

4.3.3. Измерение давлений.

4.3.4. Измерение расходов потребляемых сред.

4.3.5. Пульт управления и контроля.

4.4. Выводы.

5. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

5.1. Тестовые пуски.

5.2. Сушка футеровки.

5.3. Тестовые пуски установки с частичной загрузкой реактора.

5.4. Тестовые пуски установки с полной загрузкой реактора.

5.5. Плазменная газификация отходов древесины.

5.6. Сравнение полученных экспериментальных данных.

5.7. Выводы.

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование, разработка и создание систем плазменной газификации твердых органических отходов на основе мощных электродуговых генераторов плазмы"

Актуальность работы.

Известно, что теплотворной способности многих видов твердых органосодержащих отходов (твердых бытовых, сельскохозяйственных, деревообработки и др.) достаточно для организации процессов их сжигания с целью уничтожения с последующей рекуперацией части энергии — в мире создано огромное количество мусоросжигающих заводов. Однако, гораздо эффективней подвергать органическую массу отходов процессу газификации, в результате которого органическая составляющая отходов преобразуется в горючий газ, который имеет широкий спектр возможностей по дальнейшему применению, главная из которых — энергетическая. Применение же в этих процессах низкотемпературной плазмы по предварительным оценкам и расчётам позволит существенно увеличить их эффективность, а высокие цены на нефть и газ обуславливают их конкурентоспособность.

Диссертационная работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию процесса плазменной газификации твёрдых органических отходов на основе мощных генераторов плазмы переменного тока.

Объект и предмет исследования.

Объектами исследований диссертационной работы являются экспериментальная установка плазменной газификации твердых органических отходов и высоковольтный трехфазный электродуговой воздушный генератор плазмы переменного тока со стержневыми электродами, работающий в её составе.

Предметом исследований диссертационной работы являются процессы, происходящие внутри камеры газификатора при взаимодействии плазменного дутья с твердой органической засыпкой, влияние на них внешних факторов, а также процессы, происходящие внутри разрядной камеры генератора плазмы.

Цель работы.

2. Определение характеристик генератора плазмы для применения его в составе экспериментальной установки. Исследование режимных параметров процессов, происходящих в разрядной камере генератора плазмы.

3. Создание экспериментальной установки и проведение экспериментальных исследований по плазменной газификации различных видов органических отходов с целью подтверждения полученных расчетно-теоретических данных и обобщения полученных результатов для создания опытно-промышленного образца.

Методы исследований.

Научная новизна.

1. Проведен регрессионный анализ обобщенных экспериментальных данных по эксплуатационным характеристикам генератора плазмы. Построены зависимости параметров работы генератора плазмы от расхода плазмообразующего газа в рабочем диапазоне 2-23 г/с. В этом диапазоне электрическая мощность в дугах изменяется от 25 до 37 кВт. Определено, что практически во всем диапазоне рабочих расходов коэффициент преобразования электрической энергии, вложенной в дуги, в энергию плазмообразующего газа превышает 90%. Теплосодержание плазмообразующего газа на выходе из генератора плазмы изменяется от 10 до 2 МДж/кг.

2. Проведен теоретический анализ параметров процессов внутри разрядной камеры высоковольтного электродугового воздушного генератора плазмы переменного тока трехфазного со стержневыми электродами. Показано, что присутствующие в разрядной камере пары металла электродов обеспечивают запуск генератора плазмы и повторный пробой разрядной области при переходе токов через ноль, а суммарная концентрация электронов в столбе дуги при максимуме тока обеспечивается ионизацией оксида азота и паров металла электродов.

3. Проведены расчеты материальных и тепловых балансов процессов плазменной газификации различных видов твердых органических отходов на примере бытовых отходов, отходов древесины и шин. Разработана принципиальная технологическая схема экспериментальной установки, включающая реактор-газификатор, генератор плазмы, камеру сжигания продукт-газа, систему очистки отходящих газов. По расчетным данным в результате этого процесса с 1 кг исходного материала можно получать до 5 м3 продукт-газа (в случае отходов шин) с теплотворной способностью -6 МДж/м3.

5. На установке проведена серия экспериментальных исследований процесса плазменной газификации твердых органосодержащих материалов (древесный уголь и отходы дерева). При воздушной газификации древесного угля достигнуто -40 %"ое (по объёму), а при газификации древесины -50 %"ое содержание в продукт-газе теплоценных компонентов. Теплотворная способность продукт-газа при газификации древесного угля составляла ~4,1-4,8 МДж/кг (-4,4-5,1 МДж/м3), а при газификации древесины ~6,2 МДж/кг (~6 МДж/м3).

Практическая ценность.

Результатом теоретических исследований и расчётов материальных и тепловых балансов стало создание экспериментальной установки, позволяющей проводить исследования процессов плазменной газификации различных видов твердых органо-содержащих отходов и других углеродсодержащих веществ условной производительностью 50 кг/ч.

Основные положения выносимые на защиту:

- Обоснование применимости метода высокотемпературной плазменной газификации для переработки твердых органических отходов и получения из них вторичных коммерческих продуктов.

- Использование воздушных генераторов плазмы переменного тока для технологий газификации органических отходов.

- Расчет параметров процессов в разрядной камере генератора плазмы.

- Разработанная технологическая схема экспериментальной установки и обоснованность результатов, полученных в процессе проведения экспериментов.

Апробация работы и научные публикации.

По материалам диссертации сделаны доклады на следующих конференциях:

1. The 28 th IEEE International Conference on Plasma Science. (28я Международная конференция по исследованиям плазмы), (г. Лас-Вегас, США, 2001г).

2. Чистая Россия (г. Москва, 2002г).

3. VI экологический форум (г. Санкт-Петербург, 2006).

4. High Technology Plasma Processes HTTP9 (9 я Международная конференция по высокотехнологичным плазменным процессам), (г. Санкт-Петербург, 2006г).

5. XI Школа молодых ученых. ФИАН. (г. Звенигород, 2006г).

6. Политехнический симпозиум, (г. Санкт-Петербург, 2006г).

7. XXII Международная конференция «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество» (п. Эльбрус, 2007г).

Публикации.

Основной материал диссертации опубликован в 9 работах: 6 статей, 5 из которых в рецензируемых изданиях, и 3 тезисов докладов.

Печатные статьи в рецензируемых изданиях:

1. Plasma Furnace for Treatment of Solid Toxic Wastes / Ph.G.Rutberg, A.A.Safronov, A.N.Bratsev, V.E.Popov, S.D.Popov, A.V.Surov, V.V.Shegolev, M.Caplan // High Temperature Material Processes. An International Quarterly of High-Technology Plasma Processes. Ed. J. Amouroux, P. Fauchais.- New York.: Begell house, 2001- Vol.5.- Issue 1. P.51-57 (Плазменная печь для переработки твердых токсичных отходов / Ф.Г. Рутберг, А.А. Сафронов, А.Н. Братцев, В.Е. Попов и др. // Высокотемпературная обработка материалов. Международное ежеквартальное издание по высокотехнологичным плазменным процессам. Под. ред. Ж.Амуру, П.Фошэ - Нью-Йорк.: Бегель Хауз, 2001- Т. 5 - Выпуск 1)

2. Установка для плазменной газификации различных видов отходов / А.Н. Братцев, В.Е. Попов, А.Ф. Рутберг, С.В. Штенгель // Теплофизика высоких температур.- 2006 - Т. 44, № 6.- С. 832-837.

3. Ф.Г. Рутберг, А.Н. Братцев, В.Е. Попов / Плазмохимические методы переработки. Газификация и пиролиз отходов // Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Серия Б. Справочные приложения, базы и банки данных. Тематический том XI-5. Прикладная химия плазмы. Под ред. Ю.А. Лебедева, НА. Платэ, В.Е. Фортова.- М.: Янус-К, 2006 - Стр. 7-33.

4. Some aspects of development and creation of plasma technology for solid waste gasification / A.N. Bratsev, V.E. Popov, S.V. Shtengel, A.Ph. Rutberg // High Temperature Material Processes. An International Quarterly of High-Technology Plasma Processes. Ed. J. Amouroux, P. Fauchais - New York.: Begell house, 2006- Vol.10.- Issue 4- P.549-556. (Некоторые аспекты разработки и создания плазменной технологии газификации твердых отходов / А.Н. Братцев, В.Е. Попов, С.В. Штенгель, А.Ф. Рутберг // Высокотемпературная обработка материалов. Международное ежеквартальное издание по высокотехнологичным плазменным процессам. Под. ред. Ж.Амуру, П.Фошэ. New-York.: Begell House, 2006 - Т. 10 - Выпуск 4).

5. Особенности работы высоковольтного генератора плазмы переменного тока в составе экспериментальной установки плазменной высокотемпературной газификации твердой органики / Кущёв С.А., Наконечный Г.В., Овчинников Р.В., Попов В.Е. и др. // Физика экстремальных состояний вещества - 2007. Под ред. Фортова В.Е., Ефремова В.П., Хищенко К.В. и др.- Черноголовка.: ИПХФ РАН, 2007.-С.321.

Печатные статьи в нерецензируемых изданиях:

6. Переработка твердых отходов методом плазменной газификации / А.Н. Братцев, В.Е. Попов, С.В. Штенгель, А.А. Уфимцев // Вода и экология: проблемы и решения - 2006.- №4 (29).- С.69-73.

Тезисы докладов

7. Попов В.Е., Суров А.В., Никонов А.В. Опытно-промышленный плазмохимический реактор // III Санкт-Петербургская ассамблея молодых ученых и специалистов: Тез. докл.- С.-Пб., 1998.

8. Plasma Technologies Of Solid And Liquid Toxic Waste Desinfection / Ph.G.Rutberg, A.A.Safronov, A.N.Bratsev, V.N.Shiryaev, V.E.Popov, S.D.Popov, A.V.Surov // The 28th IEEE International Conference on Plasma Science. IEEE Conference Record Abstract- Las Vegas, 2001- P.324. (Плазменные технологии обезвреживания твердых и жидких токсичных отходов / Ф.Г. Рутберг, А.А. Сафронов, А.Н. Братцев, В.Н. Ширяев, В.Е. Попов и др. // 28я Международная конференция по изучению плазмы. Сборник абстрактов конференции. Лас-Вегас, 2001).

9. Some aspects of development and creation of plasma technology for solid waste gasification / A.N.Bratsev, V.E.Popov, S.V.Shtengel, A.Ph.Rutberg // HTTP9 High Technology Plasma Processes. Book of abstracts- St-Petersburg, 2006. (Некоторые аспекты разработки и создания плазменной технологии газификации твердых отходов / А.Н. Братцев, В.Е. Попов, С.В. Штенгель, А.Ф. Рутберг // Сборник абстрактов 9й Международной конфенренции по высокотехнологичным плазменным процессам).

Структура диссертации и краткая аннотация глав.

Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами по каждой из них, заключения, списка литературы и приложения.

Заключение диссертации по теме "Электрофизика, электрофизические установки"

5.7. Выводы

- На созданной экспериментальной установке проведена серия пуско-наладочных работ, включая сушку футеровки, и подготовка для проведения экспериментальных исследований.

- Запуск и разогрев установки целесообразно проводить при загрузке в реактор древесного угля, как материала доступного, дешевого и простого в обращении. Параметры получаемого при этом продукт-газа с достаточной точностью характеризуют процесс газификации богатого углеродом материала, например отходов шин или каменного угля.

- Проведена серия экспериментов по газификации древесного угля и отходов дерева с изменением внешних условий — температуры и расхода дутья.

- Показано удовлетворительное совпадение с расчетными параметрами установки.

- Параметры полученного в экспериментах продукт-газа таковы, что при применении его в энергетической установке обладающей минимальным КПД (например 20%), полученной электроэнергии будет достаточно как минимум для компенсации собственных затрат.

- Намечены пути совершенствования экспериментальной установки с целью дальнейшего улучшения её характеристик и оптимизации параметров процесса плазменной газификации. В частности, для выхода на требуемый температурный уровень необходимо дооснастить установку вторым генератором плазмы аналогичной конструкции.

- Для повышения теплоты сгорания продукт-газа необходимо снижать присутсвие в нем балластного азота и диоксида углерода. Этого можно попытаться достичь снижением расхода воздуха через генератор плазмы, что приведет к существенному увеличению теплосодержания плазменного дутья, с одновременной добавкой достаточного количества водяного пара, по-возможности перегретого.

- Необходимо исследовать возможность работы генератора плазмы на углекислом газе, что позволит свести количество балластного азота к минимуму.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

- Технология газификации позволяет наиболее полно преобразовывать энергию топлива, в том числе органических отходов, в полезную энергию. Проведение этого процесса при температурах 1200 °С и выше позволяет получать продукт-газ с минимальным (вплоть до полного отсутствия) содержанием жидких фракций (смол) и вредных примесей. Высокая температура процесса способствует детоксикации и гомогенизации шлаков, что делает возможным их дальнейшие использование в различных технологических процессах.

- Использование в процессах газификации генераторов плазмы, работающих на воздухе, позволяет проводить процесс на высоком температурном уровне, получать, при прочих равных условиях, продукт-газ с лучшими характеристиками. Затрачиваемая при этом электрическая энергия, может быть скомпенсирована при использовании продукт-газа в качестве рабочего тела энергоблока.

- Для проведения теоретических и экспериментальных исследований выбрано три наиболее характерных типа отходов: отходы древесины, отходы шин и RDF. Определена производительность экспериментальной установки. Проведены расчетно-теоретические оценки потенциально достижимых параметров процесса плазменной газификации выбранных типов отходов.

- На основании необходимых для осуществления процесса параметров плазмы выбрана конструкция генератора плазмы и проведены дополнительные экспериментальные исследования его рабочих характеристик. Показана высокая эффективность (до 92%) преобразования энергии дуг плазмотронов данного типа в энергию газа.

- Проведен оценочный расчет параметров процессов в разрядной камере генератора плазмы. Установлено, что носители тока в области разряда определяются как ионизацией паров металла электродов, так и ионизацией рабочего газа, в частности, при работе на воздухе в рассматриваемом диапазоне температур — ионизацией N0. Показано, что пары металла играют решающую роль при запуске генератора плазмы и обеспечивают повторное зажигание дуг при переходе токов через ноль.

- Показано, что вредные примеси паров меди и оксида азота, обеспечивающие работу генератора плазмы, не оказывают дополнительного влияния на экологические характеристики плазмохимической установки, в составе которой он работает.

- Для экспериментальной установки плазменной газификации отходов выбрана обращенная схема газификации. Проведены расчеты материального и теплового балансов процесса плазменной газификации. Определен перечень аппаратов технологической схемы экспериментальной установки. Определены основные рабочие и габаритные характеристики аппаратов технологической схемы.

- Создана экспериментальная установка плазменной газификации органических отходов производительностью 50 кг/ч и экспериментальный стенд. Созданная установка обладает всеми признаками законченной системы переработки отходов и позволяет проводить исследования процессов плазменной газификации широкого спектра твердых органических отходов и углерод содержащих веществ. Измерительный комплекс стенда оснащен устройствами, реализущими самые современные методы диагностики параметров процессов, происходящих внутри установки.

- На созданной экспериментальной установке проведена серия экспериментов по газификации древесного угля и отходов дерева с изменением внешних условий — температуры и расхода дутья. Показано удовлетворительное совпадение с расчетными параметрами установки. Подтверждена перспективность процесса плазменной газификации.

- Намечены пути совершенствования экспериментальной установки с целью дальнейшего улучшения её характеристик и оптимизации параметров процесса плазменной газификации.

- Полученные экспериментальные данные, подтверждающие расчеты, позволяют уже сейчас приступать к разработке крупнотоннажной опытно-промышленной установки производительностью 40000 т/год. Оценка эксплуатационных характеристик такой установки приведена в приложении.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Попов, Виктор Евгеньевич, Санкт-Петербург

1. О.М.Черп, В.Н.Виниченко Проблема твердых бытовых отходов: комплексный подход. Эколайн. Ecologia. М. 1996. Интернет адрес: http://www.ecoline.ru/mc/books/tbo/

2. Интернет адрес: http://www.oecd.org

3. Контроль загрязнения окружающей среды и процессы очистки плазменными методами / Дж. Амору, Д. Морван, С. Кавадиас и др. // Журнал технической физики 2005 - Том 75, Вып. 5 - С.73-82.

4. Интернет адрес: http://info.tatcenter.ru/economy/9049.htm

5. Окружающая среда России на рубеже тысячелетий. Популярный доклад о состоянии окружающей среды в России / Панкеев И.А., Рыбальский Н.Г., Думнов А.Д. и др. // Под ред. И.А. Панкеева и Н.Г. Рыбальского М.: РЭФИА, НИА-Природа, 2003.

6. Шестая программа действий Европейского сообщества в области окружающей среды (перевод и комментарий к.ю.н. Калиниченко П.А. под ред. проф. Кашкина С.Ю.). М. 2002. Интернет адрес: http://eulaw.edu.ru/documents/legislation/okrsreda/6progr.htm

7. Д. Лашоф, Р. Уильяме, Д. Хокинс. Что делать с углем? // В мире науки-2007-№1- С.37-43.

8. Глезин И.Л., Вишнев В.Г., Боровиков Г.И. Новые возможности использования сланцеперерабатывающих агрегатов // Нефтепереработка и нефтехимия 2002.- № 10.- С.17-23.

9. Глезин И.Л., Петров В.Н., Тимофеев Г.А. Пиролиз твердых отходов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1981. - 58 с.

10. Состав и некоторые возможности использования смолы пиролиза изношенных шин / Глезин И.Л., Макейкина В.В., Петров В.Н. и др. // Нефтепереработка и нефтехимия -1980- № 12 С.23-25.

11. И. Технология лесохимических производств / Выродов В.А., Кислицын А.Н., Глухарева М.И. и др.- М.: Лесная промышленность, 1987 352 с.

12. Гофштейн Т.И., Куркина Е.А., Демидова Л.А. Конъюнктура производства и потребления угля и ацетатных растворителей // Гидролизная и лесохимическая промышленность.-1990 № 8 - С.25-26.

13. Производство сажи из старых шин и метод удаления цинка // РЖ "Химия",- 1994.-№ 9.- 9У29.

14. Переработка изношенных шин в активированный углерод и другие продукты // РЖ "Химия".- 1995.- № 24.- 24У84.

15. Термодинамические свойства индивидуальных веществ: Справочник / Гурвич Л.В., Хачкурузов Г.А., Медведев В.А. и др.; Под ред. Глушко В.П.-М.: Наука, 1978.

16. Печуро Н.С., Капкин В.Д., Песин О.Ю. Химия и технология синтетического жидкого топлива и газа М.: Химия, 1986 - 352 с.

17. Петросян B.C. Диоксины: пугало или реальная угроза? // Природа 2000.-№2.-С. 13-19.

18. Клюев Н.А. Диоксины: экологические проблемы и методы анализа // Материалы конференции. 13-17февраля 1995 г.-Уфа, 1995-С. 222-226.

19. Химическая технология твердых горючих ископаемых / Под ред. Г.Н.Макарова и Г.Д.Харламповича М.: Химия, 1986 - 496 с.

20. Химия и переработка угля / Под ред. В.Г.Липовича М.: Химия, 1988336 с.

21. Современные методы переработки твердых бытовых отходов / Чередниченко B.C., Казанов A.M., Аныпаков А.С. и др.- Новосибирск: ИТ СО РАН, 1995.-55 с.

22. Плазменная газификация и плавление твердых отходов // РЖ "Химия".-2003.- № 7.- 03.07-19И.553.

23. Proceedings of the International symposium on Environmental Technologies: Plasma Systems and Applications. October 8-11 1995 Atlanta, Georgia, USA, v.1,2.

24. Choi Kyung-Soo, Park Dong-Wha. Pyrolysis of Waste Tires by Thermal Plasma // 13th International Symposium on Plasma Chemistry ISPC, 1997- Pekin University Press, 1997.- V.4.- P. 2447-2451.

25. Rutberg Ph.G. Plasma Pyrolysis of Toxic Waste // Plasma Physics and Controlled Fusion.- 2003.- V.45.- P. 957-969.

26. Rutberg Ph.G. Some Plasma Environmental Technologies Developed in Russia // Plasma Sources and Technology 2002 -11- A159-A165

27. Rutberg Ph.G., Tendler M., Van Oost G. Plasma based waste treatment and energy production // Plasma Physics and Controlled Fusion 2005- V.47-A219-A230.

28. Плазмохимическая переработка угля / Жуков М.Ф., Калиненко Р.А., Левицкий А.А., Полак Л.С.- М.: Наука, 1990 200 с.

29. I. Imris, A. Klenovcanova, P. Molcan. Energy recovery from waste by the plasma gasification process // Archives of Thermodynamics.- 2005 Vol. 26, №2.- P. 3-16.

30. Сурис А.Л. Плазмохимические процессы и аппараты М.: Химия, 1989304 с.

31. Плазмохимические реакции и процессы. Под ред. Л.С. Полака М.: Наука, 1977- 316 с.

32. Полак Л.С., Калиненко Р.А. Физико-химические основы плазмохимической переработки твердых топлив // Плазменная газификация и пиролиз низкосортных углей: Сб. науч. тр.- М.: ЭНИН, 1987.-С.21-38.

33. Способ плазменного получения восстановительных газов из низкосортных углей и аппарат для его осуществления / Ибраев Ш.Ш., Мессерле В.Е., Сейтимов Т.М. и др.- Там же. С.71-80.

34. Комплексная плазмохимическая переработка твердого углеродсодержащего сырья в среде водяного пара / Круковский В.К. Колобова Е.А., Любчанская Л.И., Никшиков Б.В.- Там же. С.81-90.

35. A treatment of carbonaceous wastes using thermal plasma with steam / Nishikawa Hiroshi et al. // Vacuum.- 2004 74, №3-4.- C. 589-593.

36. Энергетическое оборудование для использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии / Виссарионов В.И., Белкина С.В., Дерюгина Г.В. и др.; Под.ред. В.И. Виссарионова- М.: ООО фирма «ВИЭН», 2004.-448 с.

37. Pyrolysis of wood in arc plasma for syngas production / M. Hrabovsky, M. Konrad, V. Kopecky et al. // High Temperature Material Processes 2006-Vol.10, №4 - P.557-570.

38. A. van der Drift, H. Boerrigter / Synthesis gas from biomass for fuels and chemicals // Report ECN-C-06-001, SYNBIOS conference, May 2005, Stockholm, Sweden.

39. Интернет адрес: http://www.eer-pgm.com

40. Интернет адрес: http://www.plascoenergygroup.com

41. Интернет адрес: http://www.geoplasma.com

42. Интернет адрес: http://www.peat.com

43. Интернет адрес: http://www.karecology.kz/index.php?mod=ntr-3-l

44. Интернет адрес: http://www.ukrntec.com/main/techwaste.php

45. Интернет адрес: http://www.bseri.com

46. Интернет адрес: http://www.thermoselect.com

47. Интернет адрес: http://www.startech.net

48. Интернет адрес: http://www.inentec.com

49. Интернет адрес: http://www.enersoltech.com

50. Интернет адрес: http://www.scanarc.se

51. Интернет адрес: http://www.westinghouse-plasma.com

52. Дешалит Г.И. Расчеты процессов газификации топлива Харьков: Изд-во Харьковского ун-та, 1959. - 168с.

53. Федосеев С.Д. Механизм, термодинамика и кинетика реакций углерода с С02, Н20 и 02.-М.: МХТИ, 1988.- 81 с.

54. Bratsev A.N., Rutberg Ph.G., Ufimtsev A.A. Plasmochemical Technologies for Processing of Hydrocarbonic Raw Material with Syngas Production // Journal of High Temperature Material Processes 2004 - Vol.8, №3 - P. 433-445.

55. Установка для плазменной газификации различных видов отходов / А.Н. Братцев, В.Е. Попов, А.Ф. Рутберг, С.В. Штенгель // Теплофизика высоких температур 2006 - Т. 44, № 6 - С. 832-837.

56. Some aspects of development and creation of plasma technology for solid waste gasification / A.N. Bratsev, V.E. Popov, S.V. Shtengel, A.Ph. Rutberg // High Temperature Material Processes 2006- Vol.10, №4 - P.549-556.

57. Пат. 2231936 РФ. Трехфазный генератор плазмы переменного тока / Ф.Г. Рутберг, А.А. Сафронов, В.Н. Ширяев; Гос. реестр изобретений №2002132851; Заявлен. 29.11.2002; Опубл. 27.06.2004.

58. Multiphase Stationary Plasma Generators Working on Oxidizing Media / Ph. G. Rutberg, A. A. Safronov, S. D. Popov et al. // Plasma Physics and Controlled Fusion 2005.- v.47.- P. 1681-1696.

59. Rutberg Ph.G, Safronov A.A., Goryachev V.L. Strong-Current Arc Discharge of Alternating Current // IEEE Transactions on Plasma Science 1998 - v.26, #4-P. 1297-1306.

60. Рутберг Ф.Г. Трехфазный плазмотрон // Некоторые вопросы исследования газоразрядной плазмы и создания сильных магнитных полей Д.: Наука-1970.-С. 8-19.

61. Глебов И.А., Рутберг Ф.Г. Мощные генераторы плазмы- М.: Энергоатомиздат, 1985 -152 с.

62. Isakaev E.Kh. Low temperature plasma generator with an expanding channel of the outlet electrode // High Temperature Material Processes 2006 - Vol.10, № 2.- P.253-263.

63. Многофазные электродуговые плазматроны переменного тока для плазменных технологий / Ф.Г.Рутберг, А.А.Сафронов, С.Д. Попов и др // Теплофизика высоких температур 2006 - т.44, №2 - С.205-211.

64. Попов С.Д., Рутберг А.Ф., Сафронов А.А. Особенности применения генераторов плазмы переменного тока при работе в составе плазменного реактора // Теплофизика высоких температур 2007 - Т.45, №1- С.5-11.

65. Брон О.Б. Электрическая дуга в аппаратах управления- M.-JL: Госэнергоиздат, 1954.- 532 с.

66. Залесский A.M. Электрическая дуга отключения M.-jl: Госэнергоиздат, 1963.-266 с.

67. Исследование основных физических процессов в мощных электродуговых генераторах переменного тока / B.C. Бородин, М.А. Григорьев, А.А. Киселев, Ф.Г. Рутберг // Теплофизика высоких температур 1978 - т. 16, №6 - С.1285-1296.

68. Mullaney G.J., Ahlstrom H.G. Energy Transfer Mechanism in Shock Tube Arc-Heated Drivers // AIAA J.-1969.- Vol.7, №7.- P.1353-1356.

69. Низкотемпературная плазма Новосибирск: Наука СО, 1990. Т.1.- 376 с.

70. Бородин B.C., Павлов В.К., Шамаев С.Н. Определение колебаний температуры плазмы в струе мощного трехфазного плазмотрона // Мощные генераторы низкотемпературной плазмы и методы исследования их параметров- JL: изд.ВНИИэлектромаш, 1979- С. 78-86.

71. Я.Б. Зельдович, Ю.П. Райзер. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. Издание второе дополненное М.: Наука, 1966 - 688 с.

72. Очерки физики и химии низкотемпературной плазмы / Под ред. JI.C. Полака.-М.: Наука, 1971.-433 с.

73. Грановский B.JI. Электрический ток в газе. Установившийся ток- М.: Наука, 1971 544 с.

74. Финкельнбург В., Меккер Г. Электрические дуги и термическая плазмаМ.: ИЛ, 1961.-370 с.

75. Ecker G. Electrode Components of the Arc Dicharge Ergebn. exakt. Naturq., 1961.-Bd. XXXIII.-S.104.

76. Приэлектродные процессы и эрозия электродов плазмотронов-Новосибирск, 1977.

77. Самервилл Дж. М. Электрическая дуга (перевод с английского).- M.-JL: Госэнергоиздат, 1962 120 с.

78. Лапшин В.А., Некрашевич И.Т. Катодное падение потенциала в дугах с различной микроструктурой катода // Сильноточные электрические контакты и электроды Киев: Изд-во АН УССР, 1972 - С.14-18.

79. Колесников В.Н. Дуговой разряд в инертных газах // Труды ФИАН-1964.-т. XXX с.66-157.

80. Смирнов Б.М. Введение в физику плазмы. 2-е изд., перераб- М.: Наука, 1982.-224 с.

81. Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, A.M. Братковский и др.; Под. ред. И. С. Григорьева, Е. 3. Мейлихова- М.: Энергоатомиздат, 1991 1232 с.

82. Френсис Г. Ионизационные явления в газах М.: Атомиздат, 1964 - 304 с.

83. Браун С. Элементарные процессы в плазме газового разряда- М.: Госатомиздат, 1961.-323 с.

84. Хаксли Л., Кромптон Р. Диффузия и дрейф электронов в газах М.: Мир, 1977.

85. Смирнов Б.М. Физика слабоионизованного газа М.: Наука, 1978.

86. Храпак А.Г., Якубов И.Т. Электроны в плотных газах и плазме- М.: Наука, 1981.

87. Райзер Ю.П. Физика газового разряда М.: Наука, 1982 - 536 с.

88. Особенности эрозии анода при амплитуде разрядного тока свыше 105 А/ А.А.Богомаз, А.В.Будин, В.А.Коликов и др. // Доклады Академии наук-2003.-т.388,№1.-С. 37-40.

89. Исследование влияния катодной и анодной струи на свойства сильноточной электрической дуги / Ф.Г.Рутберг, А.А.Богомаз, А.В.Будин и др. // ЖТФ.- 2002.- т.72, №1.- С. 28-35.

90. Столов А.Л. К вопросу о поступлении вещества в дуговой разряд // ЖТФ-1960 т.ЗО, №9- С. 1061-1063.

91. Теоретический анализ и экспериментальная проверка закономерностей износа двухслойных электродов низкотемпературных плазмотронов / С.Е. Виноградов, В.Е.Кузнецов и др. // Вопросы материаловедения 2006-№1(45).-С. 1-7.

92. Енохович А.С. Справочник по физике 2-е изд., перераб. и доп.- М.: Просвещение, 1990- 384 с.

93. Очкин В.Н. Спектроскопия низкотемпературной плазмы- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006 472 с.

94. Optical diagnostics of atmospheric pressure air plasmas / C.O. Laux, T.G.Spence, C.H.Kruger, R.N.Zare // Plasma Sources Science and Technology.-2003.-№12.-P. 125-138.

95. Либин Ш.И. О разрушении катода в импульсном разряде в инертных газах // Радиотехника и электроника.- 1959 №6 - С.1026-1032.

96. ГН 2.2.5.1313-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны: утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 27.04.2003.

97. Plasma Furnace for Treatment of Solid Toxic Wastes / Ph.G.Rutberg, A.A.Safronov, A.N.Bratsev, V.E.Popov, S.D.Popov, A.V.Surov, V.V.Shegolev, M.Caplan // High Temperature Material Processes 2001,- Vol.5, № i p.5i 57.

98. Федосеев С.Д., Чернышев А.Б. Полукоксование и газификация твердого топлива М.: Гостоптехиздат, I960 - 326 с.

99. Гинзбург Д.Б. Газификация топлива и газогенераторные установки. Ч.1.-M.-JL: Гизлегпром, 1938.

100. Рамбуш Н.Э. Газогенераторы / Пер. с англ.- М.-Л.: ГОНТИ, 1939.- 422 с.

101. Тренклер Г.Р. Газогенераторы / Пер. с нем.- М.-Л.: Госэнергоиздат, 1933430 с.

102. Шишаков Н.В. Основы производства горючих газов- М.-Л.: Госэнергоиздат, 1948.-479 с.

103. Дешалит Г.И. Расчеты процессов газификации топлива Харьков: Изд-во Харьковского ун-та, 1959 - 168 с.

104. Распределение скоростей потока газа в контактных аппаратах с неподвижным слоем зернистой насадки / Лукьяненко И.С., Богданов В.Н., Абаев Г.Н., Попов Е.К. // Теоретические основы химической технологии-1985- т. 19, №3.- с.406-409.

105. Исламов М.Ш. Печи химической промышленности / Изд.2-е пер. и доп-М.: Химия, 1975.

106. Пат. 2225686 РФ. Трехфазный генератор плазмы переменного тока / Ф.Г. Рутберг, А.А. Сафронов, В.Н. Ширяев; Гос. реестр изобретений РФ №2002124491/06(025929); Заявлен. 10.09.2002; Опубл. 10.03.2004.

107. Условия приёма загрязняющих веществ в сточных водах, отводимых абонентами в системы канализации Санкт-Петербурга. Приложение 1 к приказу Комитета по управлению городским хозяйством администрации Санкт-петербурга от 25.11.96 № 201.

108. Plasma Furnace for Treatment of Solid Toxic Wastes / Ph.G.Rutberg, A.A.Safronov, A.N.Bratsev, V.E.Popov, S.D.Popov, A.V.Surov, V.V.Shegolev, M.Caplan // High Temperature Material Processes 2001,- Vol.5, № i p.5i 57.

109. Федосеев С.Д., Чернышев А.Б. Полукоксование и газификация твердого топлива М.: Гостоптехиздат, I960 - 326 с.

110. Гинзбург Д.Б. Газификация топлива и газогенераторные установки. Ч.1.-M.-JL: Гизлегпром, 1938.

111. Рамбуш Н.Э. Газогенераторы / Пер. с англ.- М.-Л.: ГОНТИ, 1939.- 422 с.

112. Тренклер Г.Р. Газогенераторы / Пер. с нем.- M.-JI.: Госэнергоиздат, 1933430 с.

113. Шишаков Н.В. Основы производства горючих газов- M.-JL: Госэнергоиздат, 1948.-479 с.

114. Дешалит Г.И. Расчеты процессов газификации топлива Харьков: Изд-во Харьковского ун-та, 1959 - 168 с.

115. Распределение скоростей потока газа в контактных аппаратах с неподвижным слоем зернистой насадки / Лукьяненко И.С., Богданов В.Н., Абаев Г.Н., Попов Е.К. // Теоретические основы химической технологии-1985- т. 19, №3.- с.406-409.

116. Исламов М.Ш. Печи химической промышленности / Изд.2-е пер. и доп-М.: Химия, 1975.

117. Пат. 2225686 РФ. Трехфазный генератор плазмы переменного тока / Ф.Г. Рутберг, А.А. Сафронов, В.Н. Ширяев; Гос. реестр изобретений РФ №2002124491/06(025929); Заявлен. 10.09.2002; Опубл. 10.03.2004.

118. Условия приёма загрязняющих веществ в сточных водах, отводимых абонентами в системы канализации Санкт-Петербурга. Приложение 1 к приказу Комитета по управлению городским хозяйством администрации Санкт-петербурга от 25.11.96 № 201.

119. Plasma Furnace for Treatment of Solid Toxic Wastes / Ph.G.Rutberg, A.A.Safronov, A.N.Bratsev, V.E.Popov, S.D.Popov, A.V.Surov, V.V.Shegolev, M.Caplan // High Temperature Material Processes 2001,- Vol.5, № i p.5i 57.

120. Федосеев С.Д., Чернышев А.Б. Полукоксование и газификация твердого топлива М.: Гостоптехиздат, I960 - 326 с.

121. Гинзбург Д.Б. Газификация топлива и газогенераторные установки. Ч.1.-M.-JL: Гизлегпром, 1938.

122. Рамбуш Н.Э. Газогенераторы / Пер. с англ.- М.-Л.: ГОНТИ, 1939.- 422 с.

123. Тренклер Г.Р. Газогенераторы / Пер. с нем.- M.-JL: Госэнергоиздат, 1933430 с.

124. Шишаков Н.В. Основы производства горючих газов- M.-JL: Госэнергоиздат, 1948.-479 с.

125. Дешалит Г.И. Расчеты процессов газификации топлива Харьков: Изд-во Харьковского ун-та, 1959 - 168 с.

126. Распределение скоростей потока газа в контактных аппаратах с неподвижным слоем зернистой насадки / Лукьяненко И.С., Богданов В.Н., Абаев Г.Н., Попов Е.К. // Теоретические основы химической технологии-1985- т. 19, №3.- с.406-409.

127. Исламов М.Ш. Печи химической промышленности / Изд.2-е пер. и доп-М.: Химия, 1975.

128. Пат. 2225686 РФ. Трехфазный генератор плазмы переменного тока / Ф.Г. Рутберг, А.А. Сафронов, В.Н. Ширяев; Гос. реестр изобретений РФ №2002124491/06(025929); Заявлен. 10.09.2002; Опубл. 10.03.2004.

129. Условия приёма загрязняющих веществ в сточных водах, отводимых абонентами в системы канализации Санкт-Петербурга. Приложение 1 к приказу Комитета по управлению городским хозяйством администрации Санкт-петербурга от 25.11.96 № 201.