STAN ROZWOJU TERMICZNYCH SYSTEMÓW PLAZMOWYCH

Prezentacja na temat: "STAN ROZWOJU TERMICZNYCH SYSTEMÓW PLAZMOWYCH"— Zapis prezentacji:

1

2 STAN ROZWOJU TERMICZNYCH SYSTEMÓW PLAZMOWYCH
Pierwsze zastosowanie plazmy do destrukcji toksycznych substancji chemicznych opracowano we wczesnych latach 80-tych XX wieku w Kingston Royal Military College w Kanadzie w zastosowaniu do niszczenia broni chemicznej. W roku 1985 firma Westinghouse PSI rozpoczęła pierwsze cywilne próby zastosowania plazmy do utylizacji olejów transformatorowych zawierających PCB, a następnie zbudowała mobilny system „Pyroplasma”, który zapewniał skuteczność destrukcji PCB co najmniej 99,999999%.

3 WESTINGHOUSE

4 W systemie tym zastosowano plazmotron z łukiem zewnętrznym
W systemie tym zastosowano plazmotron z łukiem zewnętrznym. Do podstawowych modułów tego systemu zaliczyć można: układ zasilania (Power Unit) - generator energii służącej do zasilania plazmotronu (Plasma Torch) - wytwarzającego strumień plazmy w komorze reakcyjnej (Reaction Chamber) oraz do zasilania innych układów, układy kontroli i analiz (Analysis & Control Laboratory, Computer Control). W skład tego zestawu wchodzi także zestaw pomp (Solvent Pump & Waste Feed Pumps), a na miejscu obsługa posiada zapasy wody, gazów oraz chemikaliów (Solvent Storage Tank, Water Tank, Srubber Water Tank, Gas Bottle Storage) niezbędnych do przeprowadzenia procesu utylizacji oraz filtrowania (Srubber).

5 Firma Westinghouse posiada obecnie również rozwiązania technologii plazmowej dla utylizacji odpadów komunalnych oraz osadów ściekowych, które pracują w Japonii (miasta Yoshii, Mihama i Mikata).

6 Plasma Arc Centrifugal Treatment
Drugi co do historycznej ważności system plazmowy - Plasma Arc Centrifugal Treatment (PACT) opracowany został w firmie Retech - aktualnie Lockheed Environmental Systems and Technology (USA). System ten składa się z plazmotronu z łukiem zewnętrznym wytworzonym wewnątrz obracającego się, dookoła własnej osi, tygla i służy do utylizacji odpadów stałych. Opatentowana geometria wirującej kadzi daje możliwość ciągłego przetwarzania odpadów i odprowadzania żużla, a również mieszanie, które wspomaga tworzenie jednorodnych, stabilnych form produktu końcowego.

7 Plasma Arc Centrifugal Treatment

8 Plasma Arc Centrifugal Treatment
· możliwość spustu kąpieli z komory reaktora przez spowolnienie wirowania kadzi i przetopienie otworu spustowego specjalnym plazmotronem 300kW, · opatentowany plazmotron podwójnego trybu, działający automatycznie w trybach zewnętrznego i wewnętrznego łuku, zapewniający stabilne i efektywne działanie niezależnie od dostarczanego materiału, · beczki z zanieczyszczeniami dostarczane są do utylizacji bez otwierania, co eliminuje możliwość bezpośredniego wpływu niebezpiecznych materiałów na personel, · rozdzielanie materiałów łatwopalnych i niepalnych jest niepotrzebne, · wymagania dla odpadów radioaktywnych są zredukowane pod kątem selekcjonowania, zarządzania i wsparcia logistycznego, · gorące odlewy żużlowe są izolowane i chłodzone

9 Plasma Arc Centrifugal Treatment
Plazmotron przełącza się z jednego trybu w drugi automatycznie w ciągu milisekund, a zaprojektowany jest do wytworzenia łuku elektrycznego o długości przekraczającej jeden metr. Przetopiony produkt końcowy (żużel) jest magazynowany w formach, bezpośrednio pod otworem spustowym. Formy mogą mieć rozmiar od 40 do 600 litrów, w zależności od potrzeb użytkownika co do rozmiaru i wagi. 200 litrowa forma zazwyczaj wypełnia się materią w ciągu kilku minut Kilka z urządzeń tego typu pracuje we Francji, Szwajcarii i w USA. Ich wadą jest krótka żywotność konstrukcji obracającego się tygla.

10 INSTALACJE PILOTOWE LUB DEMONSTRACYJNE
· Instalacja firmy Pyro-Systems and Electro-Pyrolysis, Inc. (USA), służąca do destrukcji odpadów płynnych. Instalacja firmy Aerospatiale (Francja)

11 Instalacja firmy Aerospatiale
Instalacja firmy Aerospatiale (Francja) służąca do przetwarzania odpadów, a przede wszystkim popiołu ze spalarni komunalnych, azbestu oraz odpadów szpitalnych, w której to zastosowano plazmotron z wewnętrznym łukiem elektrycznym (600kW). Do układu tego można dostarczyć maksymalnie 600 kg wsadu w ciągu jednej godziny.

12 Startech Environmental
Instalacja firmy Startech Environmental Corporation USA pod nazwą Plasma-Electric Waste Converter (PWC). System ten został stworzony do unieszkodliwiania odpadów zarówno z grupy odpadów niebezpiecznych jak i komunalnych. Urządzenie pracuje od 1997 roku w Schallhammer (Australia). Temperatury otrzymywane w plazmie w tym układzie są z zakresu K, a w komorze reakcyjnej utrzymywane jest ciśnienie atmosferyczne. PWC można opisać jako plazmowy system pirolizy, w którym odpady przekształcane są w elementy metaliczne, żużel i gaz.

13 Vanguard Research, Inc Firma Vanguard Research, Inc. zaprojektowała system o nazwie Plasma Energy Pyrolysis System (PEPS) [43]. Układ ten ma zastosowanie do destrukcji odpadów wojskowych oraz przemysłowych. System, którego pilotowy egzemplarz zainstalowano w 1998 Lorton (USA), wyposażony jest w plazmotron o mocy 500kW. Może on przetworzyć około 10 ton odpadów dziennie.

14 Vanguard Research, Inc Odpady (Waste) wraz z topnikami (Fluxing Agents) oraz utleniaczem (Controlled Oxidant) poddawane są wstępnej obróbce w podajniku ślimakowym (Screw Feeder), aby następnie dostać się do komory reakcyjnej pieca plazmowego (Process Chamber), w którego to górnej części znajduje się plazmotron (Plasma Torch). Po stopieniu odpadów uzyskuje się żużel (Vitrified Slag) oraz gaz pirolityczny (Pyrolysis Gas) przechodzący następnie do płuczki (Gas Scrubber). Z płuczki wysokokaloryczny gaz (Clean Syn-gas) dostaje się do generatora wytwarzającego prąd elektryczny, a spaliny z generatora po dopaleniu (Thermal Oxidizer) jako czyste (Clean Stack Gas) wydobywają się do środowiska przez komin. W obiegu wody używanej do płuczki występują filtry (Filter Cake) oraz zasobniki z sodą kaustyczną (Caustic Soda) niezbędną do poprawnej jej pracy. W systemie tym występuje również układ do oczyszczania wody (Waste Water Treatment).

15 Integrated Environmental Technologies
Firma Integrated Environmental Technologies stworzyła system PET (Plasma Enhanced Thermal-Melter), który łączy w sobie dwie metody przekazywania energii cieplnej. Jako główne urządzenie dostarczające energię użyto łuk elektryczny prądu stałego (DC – Plasma – Arc Electrodes), a dodatkowo wsad ogrzewany jest rezystancyjnie poprzez przepływający przez niego prąd przemienny z dodatkowych elektrod (AC – Volumetric Resistance (Joule) Electrodes).

16 Collaborate Research Center for Advanced Science and Technology (Osaka
System składa się z hybrydowego układu plazmotronu (DC plasma torch) połączonego z wytwarzaniem plazmy RF (RF plasma system) [46]. Reakcje w tym układzie zachodzą przy podciśnieniu. W skład układu, oprócz hybrydowego plazmotronu, wchodzą jeszcze układ kontroli gazów, generator pary wodnej (Steam), komora reakcyjna (Chamber, Stage) oraz układ odprowadzania gazów poreakcyjnych (

17 CSIRO & SRL Plasma Ltd. PLASCON
Urządzenie ma swoje zastosowanie w destrukcji odpadów płynnych i gazowych. W systemie tym płynne i gazowe odpady wraz z gazem obojętnym (argon) poddawane są w postaci rozpylonej do strumienia plazmy wytworzonej w plazmotronie 150kW . W plazmie w temperaturze 3273K następuje piroliza części organicznej wsadu. Produktami końcowymi procesu są gazy składające się z argonu, dwutlenku węgla i pary wodnej oraz roztworu wodnego nieorganicznych soli sodu (zawierających chlorek sodu, dwuwęglan sodu i fluorek sodu) . W układzie tym, o wydajności 1-3 tony na dobę, czas pozostawania odpadów w komorze reaktora jest krótki i wynosi zaledwie ms. Jedna tona utylizowanych odpadów wymaga wydatku energii rzędu 1-3 MWh oraz od 250 do 400kWh na proces chłodzenia i filtrowania. System tego typu pracuje od 1997 roku w okolicach Melbourne.

18 Nuclear Environment Technology Institute - KOREA
Do destrukcji odpadów pochodzących z reaktorów jądrowych zastosowano plazmotron o mocy 60kW. W skład systemu oprócz plazmotronu wchodzą: zasilacz, panel kontrolny oraz układ analizy gazów poreakcyjnych. Plazmotron wstępnie wytwarza plazmę pomiędzy wolframową katodą, a miedzianą anodą, aby następnie przejść do pracy w układzie z łukiem zewnętrznym (anodę zewnętrzną stanowi dno komory reakcyjnej). Plazmotron (Plasma Torch) umieszczono w komorze reakcyjnej sprzężonej z układem odlewniczym ogrzewanym indukcyjnie (420kHz). Gazem dostarczanym do plazmotronu była mieszanina argonu z CF4 lub też mieszanina argonu z F2.

19 Renardières Research Centre EDF
Układ sklada się ona z elektrycznego pieca łukowego z 2 grafitowymi elektrodami (Graphite electrodes), podajnika odpadów (FEEDING) oraz układu oczyszczania gazów poreakcyjnych (FILTRATION, SCRUBBING). Wydajność tego systemu (300 do 500 kg/h) dopasowana jest do przetwarzania popiołów ze spalarni odpadów komunalnych o wydajności od 6 do 10 t/h (spalarnia odpowiadająca wydajności miastu o liczbie mieszkańców ). W instalacji tej dostępne jest 900 kW mocy w łuku elektrycznym (450V/2000A). Z powodu minimum temperatury wymaganej dla poprawnego procesu zeszklenia (1723K), część metali zostaje odparowana, a następnie osadzona w filtrach (FILTRATION). Pozostałe kwaśne gazy w szczególności HCl i SO2, są uzdatniane w płuczkach (SCRUBBING).