Плазмотрон — генератор плазмы, техническое устройство, в котором происходит образование и поддержание температуры плазмы используемой для обработки материалов или как источник света и тепла. Может использоваться как плазмохимический реактор. Первые плазмотроны появились в 60-х гг. ХХ-го века в связи с появлением устойчивых материалов в условиях высоких температур, и расширением производства тугоплавких металлов. Другой причиной появления плазмотронов явилась элементарная потребность в источниках тепла огромной мощности. Замечательными особенностями плазмотрона как инструмента современной технологии являются: получение сверхвысоких температур (до 150000 °C, в среднем получают 10000-30000°С), не достижимых при сжигании химических топлив; компактность и надежность; лёгкое регулирование мощности, легкий пуск и остановка рабочего режима плазмотрона.

Принцип действия плазмотрона весьма простой: под действием сильно разогретого с помощью электромагнитного поля тела рабочий газ нагревается и ионизуется (рис.1), после чего выходит через сопло.

 

Плазмотроны, как правило, работают на постоянном токе и для разогрева газа используют дуговой разряд. Но есть и высокочастотные плазмотроны, использующие действие переменного тока. К числу последних относятся индукционные плазмотроны, в которых производится разогрев движущихся паров металла. Существуют также и комбинированные схемы, использующие и дуговой разряд, и высокочастотные токи.

 

Основные области применения плазмотронов следующие:

* Плазмометаллургия
* Плазмохимия
* Плазменное нанесение различных покрытий
* Производство мелкодисперсных порошков
* Плазменная резка различных материалов
* Плазменная переработка промышленных, бытовых и медицинских отходов
* Производство новых материалов
* Поджиг угольных и мазутных горелок и стабилизация пламени
* Плазменная очистка поверхностей от различных загрязнений
* Получение теплоизоляционных материалов на основе базальта (базальтовая вата и др.)
 

Плазмотронами большой мощности считаются установки с мощностью 100кВт - 50МВт. В частности к этому типу относится трехфазные плазмотроны "Звезда"(Рис.1). Источником электропитания является промышленная трехфазная сеть напряжением 6 или 10кВ. Выпрямители, трансформаторы или другие преобразователи не используются.

Конструктивно плазмотрон типа "Звезда" выполнен в виде трех отдельных однофазных плазмотронов с вихревой стабилизацией дуги, объединенных общей смесительной камерой с выходным соплом. Отличительной особенностью плазмотронов этого типа является то, что все три дуги замыкаются между собой в центре смесительной камеры, образуя "висячую" нулевую точку. Таким образом, количество электродов уменьшается с шести до трех, что существенно повышает надежность плазмотрона . Другими преимуществами плазмотронов этого типа являются симметричная нагрузка трехфазной сети и равномерные поля температур и давлений в выходном сечении сопла.

При мощности плазмотрона более 20МВт используется конструктивная схема с шестью дугами, замыкающимися между собой в смесительной камере в висячей нулевой точке. Увеличение числа дуг позволяет уменьшить величину тока в каждой дуге и тем самым повысить ресурс электродов и надежность плазмотрона.

Плазмотроны охлаждаются водой.

Рабочее тело - воздух и другие газы.

Максимальное давление в камере - 10 МПа.

Максимальная температура газа при работе на воздухе - 6000К.

Ресурс медных электродов плазмотрона мощностью 1 МВт при работе на воздухе превышает 500 час.

Переработка медицинских отходов является одним из важнейших направлений природоохранной деятельности во всех развитых странах мира.

Медицинские отходы включают в себя патологоанатомические отходы (ткани, органы, кости, препараты крови), хирургические инструменты одноразового пользования, одноразовые шприцы, резиновые изделия, перевязочные материалы, стеклянные изделия (пробирки, колбы, пластины, флаконы и т.д.), отходы из микробиологических лабораторий, биологические отходы вивариев и некоторые другие виды отходов.

Наиболее эффективным методом переработки медицинских отходов является метод термической деструкции, когда под действием высокой температуры происходит разложение сложных веществ на простые нетоксичные компоненты, а также уничтожение термостойких болезнетворных микроорганизмов. Для этого используют традиционные топливные печи, в которых высокая температура достигается за счет сгорания углеводородного топлива (например, мазута). Однако топливные печи имеют ряд существенных недостатков, основным из которых является относительно низкая температура (не выше 1100 ^оС при работе на топливно-воздушной смеси). Такая температура не гарантирует достаточно полного уничтожения отходов. Более того, при таком уровне температуры могут образоваться вторичные чрезвычайно токсичные вещества, такие как диоксины и фураны. Таким образом, указанный уровень температуры в печи не гарантирует уничтожение отходов в соответствии с существующими в развитых странах санитарно-гигиеническими нормами.

Значительное увеличение рабочей температуры в печи ( 2000 - 4000°С ) может быть достигнуто с помощью электродуговых плазмотронов. При использовании в качестве рабочего газа воздуха медицинские отходы в плазменной печи могут быть окислены полностью, при работе плазмотрона, например, на азоте отходы окисляются лишь частично тем кислородом, который содержится в самих отходах. При этом выходящий из печи газ содержит значительное количество синтез-газа (смесь оксида углерода и водорода). Синтез-газ может быть использован как эффективный энергоноситель. Такой процесс называется плазменным пиролизом, он считается оптимальным для переработки медицинских отходов.