Hvordan Plasma Converters Arbejde

{h1}

Plasmaomformere genererer elektricitet til vores hjem ved at brænde skraldespanden. Lær om plasmakonvertere og se billeder af plasmakonverteringsanlæg.

Husk scenen i Tilbage til fremtiden hvor Doc Brown smider affald i Mr. Fusion og driver sin tidsmaskine? Mens husholdningsfusion stadig ligger inden for science fiction, er vi måske tættere på, end du tror at generere elektricitet til vores hjem ved hjælp af skraldespand, og plasmafortransformatorer vil gøre jobbet.

På det mest grundlæggende niveau er en plasmaaffaldskonverter en plasmafakkel, der anvendes til affald. En plasmafakkel bruger en gas og kraftige elektroder til at skabe plasma, undertiden kaldes den fjerde tilstand af materie. Plasma er en ioniseret gas; med andre ord er det en gas med fri-roaming elektroner, der bærer en strøm og genererer et magnetfelt. På Jorden kan vi se naturlige skærme af plasmafelter i lynet. Temperaturerne fra en plasmafakkel kan være varmere end solens overflade (mere end 6.000 grader Celsius).

Hvordan Plasma Converters Arbejde: eller

PyroGenesis Plasma Arc-affaldshåndteringssystem

Ved disse temperaturer står affald ikke en chance. Molekyler brydes ned i en kaldet proces molekylær dissociation. Når molekyler udsættes for intens energi (som varmen genereret af en plasmafakkel), bliver de molekylære bindinger, der holder dem sammen, ophidset og splittet fra hinanden. Hvad der er tilbage, er molekylernes elementære komponenter. Med cyanid for eksempel vil du ende med atomer af kulstof og nitrogen.

Organiske molekyler (de, der er carbonbaserede) bliver forflygtiges, eller omdannes til gasser. Denne syntetiske gas (syntesegas) kan bruges som brændstofkilde, hvis det er korrekt rengjort. Uorganiske forbindelser smelter ned og bliver forglasset, eller omdannet til et hårdt glasagtigt stof, der ligner udseende og vægt til obsidian. Metaller smelter også ned og kombinerer med resten af ​​det uorganiske materiale (kaldet slagge).

I modsætning til forbrændingsanlæg, som bruger forbrænding at nedbryde affald, der er ingen brænding, eller oxidationi denne proces. Varmen fra plasmakonvertere forårsager pyrolyse, en proces, hvor organisk stof brydes ned og nedbrydes. Plasmabrænder kan fungere i lufttætte fartøjer. Forbrænding kræver oxidation; pyrolyse gør det ikke.

Plasmafortransformatorer kan behandle næsten enhver form for affald, herunder nogle traditionelt vanskelige affaldsmaterialer. Det kan behandle medicinsk affald eller kemisk kontamineret affald og kun efterlade gasser og slagger. Fordi det nedbryder disse farlige affald i deres grundlæggende elementer, kan de bortskaffes sikkert. Det eneste affald, som en plasmakonverter ikke kan nedbryde, er tungt radioaktivt materiale, såsom stængerne, der anvendes i en atomreaktor. Hvis du lægger sådant materiale i en plasmaovn, vil det nok komme i brand eller endda eksplodere.

I de kommende afsnit vil vi se på, hvad der udgør en typisk plasmafortkonverter, undersøge de biprodukter, der produceres fra forgasningen, og diskutere fordelene og bekymringerne for plasmakonvertere.

Tak skal du have

Tak til Dr. Louis Circeo af Georgia Tech, Dr. Hilburn Hillestad og Crinum Baila af GeoPlasma og Bill Haynes af Energy Systems Group for deres hjælp med denne artikel.

Plasma Converter Dele

Hvordan Plasma Converters Arbejde: eller

I øjeblikket er ikke plasmaplanter standardiseret. Mange forskellige virksomheder designer plasmafaciliteter, og for øjeblikket er hver facilitet i det væsentlige specialbygget. Alligevel har de fleste omformere følgende fælles elementer:

Transportbåndssystem

For at kunne miste affald i konverteren har næsten alle plasmafaciliteter et transportsystem. Affald lastes på transportbåndet og skubbes ind i ovnen (eller forbehandlingssystemet, hvis plasmaanlægget anvender en) med et stempel.

Forbehandling mekanisme

Selv om en plasmafakkel kan nedbryde affald uden nogen særlig forbehandling, bruger de fleste plasmafaciliteter en eller anden form for forbehandling for at gøre hele systemet mere effektivt. Nogle designs bruger slibemaskiner eller knusere til at reducere størrelsen på de enkelte stykker af affald, før de flyttes ind i ovnen. Plasmabrænderen kan nedbryde de mindre stykker hurtigere.

Hvordan Plasma Converters Arbejde: plasma

Furnace

Her er hvor magien sker. Ovne har et airlock system til at tillade affald at komme ind, samtidig med at de varme gasser i ovnen undslipper i atmosfæren. Ovnen huser mindst en plasmafakkel; mange ovne har flere fakler til at nedbryde hele sagen. Disse fakler er normalt placeret lidt lavere end halvvejs ned i ovnen. Ovnen har også et afløbssystem til at aftage slaggen, da den ophobes, og et udluftningssystem til udluftning af gassen. For at modstå den intense varme er ovne foret med ildfast materiale og har ofte også et vandkølesystem.

Plasma fakkel

Plasma-faklerne, der anvendes i disse faciliteter, er specialbyggede. Den mængde energi, de bruger, levetiden for de elektroder, den bruger, gassen, der anvendes til ionisering (de fleste fakler bruger kun almindelig luft), nedetiden, det tager at udskifte en offline fakkel, og størrelsen af ​​det plasmafelt, det genererer, afhænger alt af den specifikke producent. Plasma fakler er vandkølet.

I næste afsnit tager vi et kig på slaggdræning og efterbrændingerne.

Kommunal fast affald

Denne artikel fokuserer på plasmaforgasningen af kommunalt fast affald (MSW), branchens betegnelse for det, vi normalt refererer til som affald eller skraldespand.

Slagdræning og efterbrænding

Hvordan Plasma Converters Arbejde: hvordan

Smeltede svampebassiner i bunden af ​​ovnen og hjælper med at opretholde den høje temperatur inde i forgasningskammeret. Lejlighedsvis skal slaggen drænes fra ovnen.Nogle ovne har afløb placeret i en bestemt højde, andre bruger et tryk system. Uanset hvorledes slaggen slår væk fra ovnen og afkøles i et separat kammer.

Gasventilation

Ovnen har også et udluftningssystem for at tillade forgasede komponenter at passere ind i en anden del af systemet (enten efterbrænderen eller et gasrensningskammer).

Hvordan Plasma Converters Arbejde: hvordan

Afterburner

Gasser kan passere gennem et sekundært kammer, hvor naturgasflammer forbrænder eventuelt resterende organisk materiale i gassen.

Disse meget varme gasser passerer derefter gennem en varmegenvindingsdampgenerator (HRSG) system, hvor de opvarmer vand til dannelse af damp. Denne damp omdanner så en dampturbine til at skabe elektricitet.

Hvordan Plasma Converters Arbejde: hvordan

Syngas rengøring

Alternativt kommer gasserne fra ovnen ind i et kammer, hvor de afkøles og skrubbes, sædvanligvis af vand. Gasserne passerer gennem en vandspray, der skrubber forureningen af ​​gasser og partikler. Et filtersystem indeholdende et basfilter neutraliserer sure gasser. Syrerne i gassen og baserne i filteret kombineres til at danne inerte salte. De afkølede og rene gasser fortsætter gennem systemet, hvilket i de fleste tilfælde indebærer en gasturbine forbundet til en elgenerator. Nogle systemer udnytter også varmen fra disse gasser til dannelse af damp, svarende til efterbrændingsmetoden nævnt ovenfor.

Hvordan Plasma Converters Arbejde: eller

Hvis anlægget bruger en efterbrænder, skal de resterende gasser rengøres grundigt for at slippe af med farligt materiale. Mange designs omfatter et tørt scrubber system. I dette system injiceres pulveriseret kul i gasserne for at strippe væk kviksølv, et giftigt element. Gasser passerer også gennem et stof eller taskefilter for at fjerne eventuelle andre farlige partikler, som at føre. Når gassen er renset, flytter de til stakken, hvor de slippes ud i atmosfæren.

Plasma Converter Byproducts

Smeltet slagge dræning fra en plasmaovn

Smeltet slagge dræning fra en plasmaovn

Der er tre hovedbiprodukter, der er et resultat af plasmaforgasningsprocessen: syntetisk gas (syngas), slagge og varme. Lad os se nærmere på hvert af disse biprodukter.

syngas er en blanding af flere gasser, men omfatter hovedsageligt hydrogen og carbonmonoxid. Det kan bruges som brændstofkilde, og nogle planter bruger det til at give både strøm til anlægget og sælge overskydende elektricitet til elnettet. Affald indeholder en stor potentiel energi; Forgasningsprocessen gør det muligt for ingeniører at omdanne den potentielle energi til elektrisk energi.

Hvor meget gas genereres af en plasmakonverter? Det afhænger af hvad du lægger i ovnen. Hvis affaldet indeholder meget kulstofbaseret materiale (med andre ord organisk affald), får du mere gas. Affald med en masse uorganisk materiale vil ikke give så meget gas. På grund af dette er nogle plasmaanlæg sorteret gennem affald, før de føres ind i systemet.

Det faste biprodukt fra forgasningsfremgangsmåden kaldes slagge. Vægten og mængden af ​​det oprindelige affaldsmateriale reduceres dramatisk. Ifølge Dr. Circeo fra Georgia Techs Plasma Department:

  • Vægten af ​​slaggen er ca. 20 procent af vægten af ​​det oprindelige affald
  • Slaggens volumen er ca. 5 procent af det oprindelige affalds volumen

Slaget kan tage forskellige former afhængigt af hvordan du køler det.

Hvordan Plasma Converters Arbejde: converters

Metal knuder kan adskilles fra sandet

Hvordan Plasma Converters Arbejde: eller

Vandkølet slagge danner sand

Hvis slaggen er luftkølet, danner den sorte, glasagtige klipper, der ligner obsidian, som kan bruges i beton eller asfalt. Smeltet slagge kan tragtes ind i mursten eller støbningstenskimmel og derefter luftkøles i færdigbygget byggemateriale.

Hvordan Plasma Converters Arbejde: hvordan

Luftkølede slagge danner sten som denne

Hvordan Plasma Converters Arbejde: arbejde

Stenuld

Hvis du skulle blæse trykluft gennem en strøm af dette smeltede materiale, ville du ende med stenuld. Rock uld har udseende af grå bomuld slik. Det er let og spidsigt, og ifølge Dr. Circeo har det potentiale til at revolutionere plasmaaffaldsindustrien. Rockuld er et meget effektivt isoleringsmateriale, der er dobbelt så effektivt som glasfiber. Det er også lettere end vand, men meget absorberende På grund af dette kan det potentielt bruges til at hjælpe med at indeholde og rense olieudslip i havet. Oprydningspersoner kan spredes stenuld over og omkring et olieslip. Stenulden vil flyde på vandet, mens man siver op i olien og gør indsamling en relativt let proces. Hydroponiske dyrkningssystemer kan også bruge stenuld - landmænd kan plante frø i plader eller blokke af det.

I øjeblikket produceres stenuld ved minedrift af sten, smelter dem ned og strømmer derefter det smeltede materiale på spindemaskiner. Spindeautomaterne flirer stænger af smeltet materiale i luften. I dag er prisen på rockuld over en dollar et pund. Da stenuld ville være et biprodukt af plasmaforgasningen, kunne den sælges til så lidt som 10 cent et pund. Isolationsprisen ville falde, effektiviteten i energibesparende teknikker ville stige, og plasmaforgasningsanlæg ville have en anden betydelig indtægtskilde bortset fra at sælge elektricitet tilbage til nettet.

Plasmateknologikyndige, herunder Dr. Circeo, hævder, at slaggen er næsten uudslettelig, hvilket betyder, at eventuelle farlige materialer er inerte og ikke vil opløses ud af slaggen.

Varmen skabt af plasmafaciliteter er betydelig målt i tusind grader Celsius. Varme fra den smeltede slagge hjælper med at opretholde temperaturen i ovnen. Nogle af varmen fra gasser kan bruges til at omdanne vand til damp, som igen kan slå dampturbiner til at generere elektricitet.

Affaldsbehandling ved forgasning er unik, fordi den ikke kun slipper for affald og genererer elektricitet, det producerer også biprodukter, der er værdifulde råvarer selv.I det næste afsnit vil vi tale om eksisterende og fremtidige plasma planter og banebrydende virksomheder i denne teknologi.

Plasmaforgasningsfaciliteter

Mihama-Mikata plasma facilitet

Mihama-Mikata plasma facilitet

I øjeblikket er der kun to kommercielle plasma planter, der behandler MSW, og de er begge i Japan. I 1999 bestilte Hitachi Metals et pilotanlæg i Yoshii, Japan. Denne plante var beskeden og behandlede mindre end 30 tons pr. Dag af MSW. Den vellykkede drift af anlægget anspoede udviklingen af ​​to andre planter i Japan. Pilotprogrammet sluttede i 2004, og Hitachi Metals frigjorde anlægget.

Anlægget i Mihama-Mikata industripark begyndte i 2002. Denne anlæg kan behandle op til 24 tons pr. Dag MSW og fire tons om dagen for spildevandsrensningsanlægslam. Fordi anlægget er relativt lille, producerer det ikke syngas til brændstof. Det producerer dog damp og varmt vand, der bruges både til kraft- og varmeproduktion i industriparken. Anlægget anvender et vandkølesystem til den smeltede slagge og adskiller metalknastene til at sælge som skrot. Sandet blandes med beton og anvendes i belægningssten.

Hvordan Plasma Converters Arbejde: arbejde

Eco Valley Utashinai Plasma Facility

Plasmaforgasningsanlægget i Utashinai, Japan, begyndte også at behandle MSW i 2002. Det oprindelige design af fabrikken var i stand til omkring 170 tons pr. Dag af MSW og automobil shredder rest (ASR). I dag behandler anlægget ca. 300 tons om dagen. Anlægget genererer op til 7,9 megawatt-timer (MWh) af elektricitet, der sælger ca. 4,3 MWh tilbage til elnettet.

Plasmaforgasning anvendes også til specialaffald til affaldshåndtering. I Bordeaux, Frankrig bruges planter, der er designet af Europlasma, til at smelte asbest eller glas flyveaske, partikler, der er et resultat af brugen af ​​forbrændingsanlæg for at ødelægge affald. Fly aske kan indeholde farlige materialer og er traditionelt blevet opbevaret i specialiserede lossepladser. Ved hjælp af en plasmafakkelanlæg kan Europlasma konvertere asken til slagge, hvor tungmetaller og andre farlige materialer gøres inerte.

Fremtidige faciliteter

En demonstration facilitet Israel bygget af Environmental Energy Resources, Ltd. er planlagt at blive omdannet til en kommerciel affaldsbehandlingsanlæg. Rusland har også udtrykt interesse for plasmaforgasningsfaciliteter, og bruger i øjeblikket plasmaplanter til at behandle lavt nukleart affald i en anlæg uden for Moskva.

I USA arbejder Atlanta-baseret firma GeoPlasma sammen med St. Lucie County i Florida for at opbygge og drive et plasmaforgasningsanlæg. Denne plante ville behandle alt det indkomne affald for amtet og begynde at minde den eksisterende losseplads. Når den er bygget, vil anlægget kunne behandle op til 1.000 tons skrald om dagen og generere 67 MWh om dagen, med en nettovægt på 33 MWh.

GeoPlasma har skabt et modulært design til anlægget med to store plasmaforgasningskamre, der håndterer 500 tons om dagen. Det modulære design giver mulighed for yderligere udvidelse i fremtiden - den planlagte plan er at øge kapaciteten til 3.000 tons affald om dagen inden for nogle få års drift. Ingeniører projekterer, at den eksisterende losseplads inden for 18 år vil blive fuldstændigt udvundet og behandlet. Den elektricitet, der produceres af anlægget, vil være mere end nok til at drive de 98.000 boliger i amtet.

Mange områder på tværs af nationen begynder at se på plasmaforgasning som en måde at henvende sig til affaldshåndtering på. Flere virksomheder som GeoPlasma, StarTech, Recovered Energy, Inc. og Plasco Energy Group er pionerer i at bringe denne teknologi til kommerciel brug. Hvis vi antager St. Lucie County-projektet, er det lykkedes, at vi måske snart kan se flere af disse faciliteter.

Plasma bue teknologi er blevet brugt på forskellige felter i årtier. Eksperimenter ved brug af plasma til affaldshåndtering begyndte i 1980'erne. Med alle fordelene ved plasmakonvertere, hvorfor ser vi lige nu disse faciliteter op? I det næste afsnit ser vi på, hvorfor det har taget årtier, fordi denne teknologi går fra eksperimenter til implementering.

Megawatt-timer

Den megawatt-time (MWh) er en måleenhed for energi. Det svarer til 1.000.000 watt i 1 time. En typisk tørretumbler kræver ca. 5,6 kilowatt-timer (eller 5.600 watt-timer). En megawatt-time kunne strømme den tørretumbler i mere end 178 timer uden at stoppe.

Plasma Converter Udfordringer

En typisk deponering

En typisk deponering

Plasmaaffaldsanlæg har haft flere forhindringer at overvinde. For det første er de en ny teknologi. Som Dr. Circeo påpeger, kan det tage mange år at få en ny teknologi til at gå fra opdagelse til kommerciel brug. Nogle gange synes dette hul at falde sammen retfærdigt med udløbet af det oprindelige patent på ideen. Nye teknologier er også dyre; næsten hver plasma applikation kræver en brugerdefineret bygget anlæg. Indtil produktionsproduktionen kan standardiseres, vil omkostningerne være høje for plasmaplanter.

Bortset fra omkostningerne ved brugerdefineret bygning af anlægget er andre omkostninger en vigtig faktor. Indtil meget for nylig var jordomkostningerne så lave, at det var billigere at bruge lossepladser end det ville være at designe, bygge og vedligeholde en plasmaaffald. Miljømæssige bekymringer tager ofte bagsædet til økonomiske realiteter, og det var ikke før tipping gebyrer (gebyret du skal betale for at få skraldespån til lossepladser) øget, og deponeringsrummet faldt, at plasmaplanter blev økonomisk gennemførlige. Selv i en økologisk bekymret kultur fokuserer nogle virksomheder ikke på miljøaspektet for deres forretningsmodel. GeoPlasma positionerer sig for eksempel som et kraftværk, der bruger en vedvarende ressource til brændstof. Dr. Hillestad of GeoPlasma hævder, at ved at fokusere på GeoPlasmas evne til at producere elektricitet til lave omkostninger gør den en levedygtig drift.

Affaldshåndtering er stor forretning. Enhver større revolution i affaldshåndtering står over for kritikere og modstand fra dem, der nyder godt af status quo. Efterhånden som miljøbelastningen stiger (både fra affaldshåndtering og vedvarende kilder til brændstof), er by- og amtregeringsmændene mere villige til at udforske alternative strategier til håndtering af affald.

Gør plasma planter rentable

Plasmaaffaldsbehandlingsanlæg bliver dog mere omkostningseffektive. Fordi et plasmaanlæg kan generere indtægter ud over tippegebyrer, kan de konkurrencedygtige prisafgifter for at gøre det billigere at sende skralde til anlægget end en losseplads. Da plasmafaciliteterne er standardiserede, vil tippegebyrer fortsætte med at falde.

Med den rigtige kapacitet kan et plasmaanlæg generere nok syngas til at køre en motor eller gasturbine og generere elektricitet. Et 1.000 tons pr. Dag plante kan generere nok elektricitet til at drive selve fabrikken og stadig have masser af strøm til at sælge tilbage til nettet.

De varme gasser kan bruges til at generere damp, som kan slå dampturbiner til el eller bruges til at generere varme til anlægget og andre faciliteter.

Slag kan sælges i enhver form. Stenformen kan bruges som grus eller støbt i mursten. Sand kan blandes med beton og anvendes i forskellige belægnings- og byggeprojekter. Rockuld kan bruges til isolering eller indeholde farlige olieudslip. St Lucie County-fabrikken producerer 12 tons pr. Dag forglaset slagge (fra 1.000 tons affald). Hvis den smeltede slagge afkøles af vand, kan metalknuder adskilles fra slaggen og sælges til skrot. St. Lucie-anlægget forventes at producere ca. 4 tons om dagen.

Vi vil se på, hvad fremtiden kan holde for plasmaforgasningsteknologi næste.

Fremtiden for Plasma Affald Converters

Hvordan Plasma Converters Arbejde: eller

Dr. Hillestad of GeoPlasma kalder nutiden den "perfekte storm" for plasmaforgasningsteknologi. Med fokus øges dagligt på menneskets miljøpåvirkning og den voksende bekymring for at kigge på vedvarende energiressourcer, er plasmaplanter godt rustet til at blive en vigtig del af, hvordan vi genererer strøm og behandler affald.

Potentielle anvendelser til denne teknologi (bortset fra nye plasmabehandlingsanlæg) omfatter:

In situ faciliteter

Dr. Circeo foreslår oprettelsen af ​​et bærbart plasmaforgasningssystem til behandling af eksisterende lossepladser uden at bygge en hel plante. I stedet for en stationær ovn- og gasbehandlingsanlæg foreslår han kedelige huller i eksisterende lossepladser, klæber en plasmafakkel i hullet og klipper hullet med et gasfangstsystem. Deponeringsanlægget selv ville fungere som ovnfartøjet. Da plasmaforgasning ikke er en forbrændingsproces, vil deponeringsindholdet enten fortyndes eller fordybe, uden brandfare.

Samlokalisering med eksisterende kraftværker

En anden mulighed, der ville reducere prisen på et plasmaanlæg betydeligt, er samlokalisering af plasmaforgasningskammeret med et eksisterende kraftværk. Fordi mængden af ​​gasser, der produceres af plasmaplanter, er forholdsvis lille sammenlignet med kul- eller oliefyrede kraftværker, er kraftgeneratorerne i plasmaanlæg mindre og mindre effektive (større generatorer kræver meget mere gas). Kul- og oliekraftværker bruger de samme processer som plasmaplanter til at behandle gasser og generere strøm. Ved at forbinde en linje fra en plasmaforgasningsovne til en kul- eller olieovn, eliminerer du behovet for et plasmaanlægs gasbehandlingsudstyr, som udgør ca. 50 procent af de samlede omkostninger ved opbygning af et plasmaaffaldsbehandlingsanlæg. Gasserne fra plasmaovnen ville kombinere med gassen i kul- eller olieovnen. De relativt rene gasser fra plasmaovnen hjælper med at øge effektiviteten og reducere mængden af ​​kul eller olie, der er nødvendig for at generere strøm.

Dekontaminering

Den intense varme fra plasmabrænder kan fuldstændigt neutralisere de farlige komponenter, der findes i syge husdyr eller forurenet jord. Ingeniører kunne transportere modulære, bærbare plasmaanlæg til bortskaffelse af dyrekroppe eller behandle jord på stedet. Forbrænding af sådant farligt materiale ødelægger ikke altid alle forureninger, eller der produceres aske, som også er farligt affald. Plasmaforgasning vil ødelægge eller gøre inert ethvert skadeligt materiale.

For at lære mere om plasmafortransformatorer, kan du se linkene på næste side.


Video Supplement: DIY Overclocked Plasma Globe. 2500V to a MILLION volts.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com