Термическое разложение полимерных отходов Коринько и.В., Горох н.П., Пилиграмм с.С., Углова т.И.

Одним из распространенных методов термического разложения полимерных отходов – сжигание и пиролиз при утилизации бытовых отходов. Композиционные смеси полимерных отходов из полиэтилена (ПЭ), полистирола (ПС), полипропилена (ПП), полиэтилентерефталата (ПЭТФ, бутылка ПЭТ) и твердые бытовые отходы, находящиеся на полигоне, несанкционированных и стихийных свалках, во многих случаях сжигание и пиролиз в большинстве случаев представляются единственно возможными энергетически и экономически выгодными энергосберегающими технологиями проблем отходообращения.

Технология сжигания с использованием получаемого тепла приобретает особое значение в условиях энергетического кризиса. Теплотворная способность (удельная теплота сгорания) отдельных компонентов, входящих в состав ТБО достаточно высока.

Таблица 1 – Сравнительная характеристика удельной массовой теплоты сгорания (кКал/кг)

№ п/п	Наименование топливной фракции	Удельная теплота сгорания (кКал/кг)	Примечание
1.	Твердое топливо	2400 2560 7240 7100	1 дж = 4186,8 кКал/кг
	древесина торф кусковой антрацит (АП) древесный уголь
2.	Жидкое топливо	9400 10557 10600
	мазут нефть бензин
3.	Газообразное топливо	8500
	Природный газ
4.	Топливо из мусора	2198 3861 1549-2152 10986 4600-5000	Требуется под-тверждение термо-графических иссле-дований на уровне апробации нир
	бумага, макулатура кожа бытовой домашний мусор полиэтилен, полиэтилен-терефталат (ПЭТ-бутылка) брикеты из смешанных дробленных отходов разовой посуды, исполь-зуемой сетью кафе “Макдональдс”

При сжигании полимерных отходов в несортированном виде вместе с бытовыми отходами, они составляют наиболее обогащенную энергетически составную часть «мусорного» топлива. По предварительно-ориентировочным оценкам до 2 % энергетических потребностей тепловой энергии г. Харькова можно достигнуть при сжигании значительной части городского мусора в тепловых установках ТЭЦ, предварительно подготовив ТБО в «мусорное» топливо в виде брикетов или легковесных композиционных фракций.

Теплота сгорания обычного бытового мусора составляет до 2000 кКал/кг; удельная теплота сгорания полимерных отходов составляет 4156-10986 кКал/кг.

При сжигании «мусорного» топлива целесообразно разделение его или обогащение отдельными компонентами полимерных составляющих для достижения более высоких температур процесса горения котельно-топочных установок. Важно, чтобы до загрузки полимерного «мусорного» топлива, температура камеры сжигания была не ниже 1100 °С. При содержании полимерных отходов в «мусорном» топливе до 5 % сжигание не представляет проблем образования диоксинов, при содержании более 10-15 % – рекомендуется сжигать их в специальных печах или согласно требованиям охраны окружающей среды, дымовые газы и продукты горения, которые могут содержать токсичные компоненты (диоксины, аммиак, хлор, сернистый газ, хлороводород, нитрозные газы) перед выбросом в атмосферу должны быть подвергнуты очистке, но в любом случае, необходимым требованием защиты окружающей среды необходимо устанавливать тканевые и электрические фильтры для пылеочистки. Пылегазоочистные сооружения и установки при сжигании бытовых отходов дорогостоящие и сложны в обслуживании при их эксплуатации, но несмотря на эти аргументы, экономия энергии при сжигании «мусорного» топлива остается сегодня важнейшим приоритетным направлением в сфере управления и обращения с отходами, так как производство тары и упаковки – энергозатратное. для производства 1 кг картона, с использованием целлюлозы растущего дерева необходимо затратить до 24000 кКал/кг, 1 кг полиэтилена из сырой нефти – 36000-43000 кКал/кг. И несмотря на абсолютно разные технологии производства бумаги и полимеров, разница по затрате энергии в цифрах будет не столь велика. Сложность проблемы упаковки и энергозатрат на ее производство хорошо видна сегодня, если сравнить наш образ жизни 10-15 лет назад с настоящим, тогда выражение современности очевидно: «Мир выбрал упаковку». Эти аргументы показывают, что баланс энергии для изготовления упаковки и тары – дело затратное и возврат энергии в виде «мусорного» топлива – дело обязательное, так как это еще и экономия энергозатрат в процессах производства и переработки производимой упаковки.

Значительная часть полимерных отходов имеет более высокую скорость горения, и требует большего количества воздуха, чем бытовые отходы города, поэтому их совместное сжигание без предварительного композиционного процентного составления сгораемых фракций в виде «мусорного» топливного брикета или легковесной измельченной фракции – обязательно.

Перспективным способом утилизации смесей из полимерных отходов, содержащих ПВХ, ПЭ, ПП, ПС и ПЭТФ, является пиролиз, позволяющий, на основании разработанных специальных технологий, получать химическое сырье для новых синтезов или горючее для получения энергетических ресурсов.

Полное сжигание разнородных компонентов «мусорного» топлива входящих в состав ТБО с обязательным включением составляющей полимерных отходов, практически сможет покрывать потребность в энергозатратах на удаление накопленных бытовых отходов города.

Энергетические ресурсы отходов, возможные к сбору и использованию, – это отходы, для которых необходимы энергосберегающие технологии переработки, и их утилизация в виде «мусорного» топлива, экономически целесообразна.

ГКП «Харьковкоммуночиствод» совместно с УкрГНТЦ «Энергосталь» провели термографические исследования проб твердых бытовых отходов; образующихся на пищевых предприятиях фирмы «Макдональдс».

Было проведено термографическое исследование трех образцов составляющих компонентов бытовых отходов, посуды разового использования:

• бумаги, являющейся основной составляющей – 66,9 % отходов разовой посуды от кафе «Макдональдс»;

• полиэтилена (его доля в отходах более 12 %);

• образца «мусорного» топлива в виде брикета.

Результаты исследований представлены на рисунках-диаграммах 1-3.

Исследования показали, что при нагреве образцов «мусорного» топлива до 1000 ^ос происходит значительная потеря массы образца:

• для бумаги – 97 %;

• для спрессованного брикета «мусорного» топлива – 95 %.

Установлено, что основные тепловые процессы, связанные с выгоранием,

разложением и испарением твердых бытовых отходов в виде брикетов «мусорного» топлива из отходов разовой посуды кафе «Макдональдс», протекают в диапазоне температур 300-600 ^ос. Потери массы брикета составляет 60-70 %.

Сложившаяся энергетическая кризисная ситуация предусматривает увеличение значительной части местного твердого топлива в энергетическом балансе, в том числе не исключается и более широкое использование низкосортного местного «мусорного» топлива в виде брикетов горючих компонентов ТБО.

для жилищно-коммунальной энергетики города использования низкосортного твердого топлива и в особенности «мусорного» топлива из ТБО усложняется жесткими требованиями к охране окружающей среды, а также технической недооснащенностью морально устаревших котельных установок с котлами типа «Универсал», НИИСТу -5 и т.п.

Как показала практика, значительно сократить затраты на реконструкцию существующих котельных установок, повысить надежность процесса сжигания твердого топлива и сохранить высокую интенсивность процесса горения, в том

Рисунок 1 – дериватограмма бумаги, входящей в состав твердых бытовых отходов пищевых предприятий фирмы «Макдональдс»	Рисунок 2 – Дериватограмма полиэтилена, входящего в состав твердых бытовых отходов пищевых предприятий фирмы «Макдональдс»
Рисунок 3 – Дериватограмма морфологическою состава твердых бытовых отходов пищевых предприятий фирмы «Макдональдс».

числе и низкосортного «мусорного» топлива, и низкие выбросы загрязняющих веществ продуктов горения в атмосферу позволяет технология сжигания топлива в «полукипящем» слое. Сжигание в «полукипящем» слое достаточно успешно реализуется в конструкциях стальных котлов водогрейных жаротрубно-дымогарных (моделей КВ-0,7 КБ/Гс; КВ-1,0 КБ/Гс; КВ-1,5 КБ/Гс) совместной разработки Тамбовского Государственного технического университета и коррозионной Ассоциации Российского топливно-энергетического Комплекса Российской Федерации. КПд котла не ниже 75 % при работе на твердом топливе и 91 % при работе на природном газе.

Реальную возможность для сжигания твердого «мусорного» топлива позволит решить энергетическую проблему установка для утилизации ПМУ-150М совместной разработки ЮЖд и Харьковской НПФ «Технология» СВНЦ НАН Украины. Техническая характеристика печных котельных установок приведена в сводной табл. 2.

Таблица 2 – Сравнительная техническая характеристика

№ п/п	Техническая характеристика	Марка, тип котла (установки)
		Котел КВ-1,5 КВ/Гс	Установка ПМУ-150М Харьков, Украина
1.	Номинальная теплопроизводительность (МВт)	1,5
2.	Температура воды на выходе котла (°С, не выше)	115	Горячий воздух подогреваемый установкой
3.	Расход условного твердого топлива (кг у. т/час)	246	250
4.	КПД котла, %, не ниже	75
5.	Габариты котла (мм) без вентилятора	3200х1 500х 2200 вес	Масса установки с платформой и металлоконструкция до 78 тонн
6.	Установленная мощность электродвигателя (кВт)	7	Удельный расход электроэнергии 30 кВт/час
7.	Стоимость (с учетом ПДС)	37,5 тыс. грн.	750,0 тыс. грн.
8.	Патент, изобретение, разработка	Патент РФ RU 2168678С2	Разработка

Таким образом, используя имеющиеся технологии сжигания и утилизации с учетом технической характеристики, степени очистки отходящих газов, отвечающей санитарно-эпидемиологическим нормам, автономности, номинальной теплопроизводительности (МВт), простоте технического обслуживания, стоимости, можно частично решать энергосберегающие связи энергетических проблем коммунального хозяйства города технологии «мусорного» топлива в неразрывной связи энергетических проблем коммунального хозяйства города.