Исследование теплотехнических характеристик и элементного состава побочных продуктов целлюлозных производств и твердых коммунальных отходов с целью их энергетического использования

В настоящее время одна из важнейших проблем, с которой сталкиваются многие производства, в том числе целлюлозно-бумажные комбинаты и предприятия по переработке макулатуры, – 516 – является проблема загрязнения окружающей среды различными отходами. В технологическом цикле целлюлозно-бумажного производства (ЦБП) и особенно предприятий по переработке макулатуры образуется значительное количество отходов.

Макулатура является важной сырьевой составляющей при производстве картона, одна тонна макулатуры заменяет 3,5 м³ древесины, экономит 300–800 кВт·ч электроэнергии и сокращает на 50 % объем потребляемой воды. Однако при её переработке образуется значительное количество отходов, которые в своём составе содержат полиэтиленовые пленки, пластик, упаковочные ленты и другие полимерные материалы. Данная смесь является характерным отходом различных современных производств. Кроме того, образуется значительное количество скопа в сточных водах данных предприятий.

Скоп образуется в результате технологической обработки макулатуры в воде для выделения из нее компонентов, пригодных к повторному использованию при изготовлении картона. Мелкодисперсные включения, не способные участвовать в повторном использовании в технологическом процессе, попадают в сточные воды предприятия и в последующем улавливаются в очистных сооружениях, где после частичного обезвоживания на пресс-фильтрах направляются на утилизацию, как правило, на полигоны твёрдых бытовых отходов. Массовая доля скопа в суммарном количестве образующихся отходов для некоторых предприятий близка к 0,7. В скопе содержатся различные химические соединения, оставшиеся от технологического процесса и поступающие с бытовыми стоками.

Важной проблемой производств по переработке макулатуры является загрязнение окружающей среды отходами полимерных материалов – пластмасс на основе полиэтилена (ПЭ) и полипропилена (ПП). Массовая доля отходов с примесью различных видов пластика и полиэтилена для некоторых предприятий данной отрасли составляет около 0,17 в суммарном количестве образующихся побочных продуктов. Из всех отходов именно они становятся одним из основных загрязняющих факторов благодаря их значительному накапливанию при переработке макулатуры, а также при реализации ряда других технологических процессов [1, 2, 3–6]. Согласно данным Программы ООН по окружающей среде, проблема пластикового загрязнения мира в последнее время резко обострилась.

Основным методом утилизации отходов в РФ является их складирование на полигонах, при этом предприятия ЦБП и предприятия по переработке макулатуры традиционно имеют свои площадки для складирования побочных продуктов производства. Обычно их называют короотвалами, или свалками. За длительный период эксплуатации данных предприятий толщина горючего слоя отходов в короотвалах может составлять до 35 м и более. Для разработки программ энергетического использования данных горючих материалов необходимо выполнение индивидуальных исследовательских работ по определению их теплотехнических показателей, элементного состава и определению располагаемого суммарного энергетического потенциала для каждого предприятия.

Материалы и методы исследования

Для определения элементного состава исследуемых материалов использовался спектрометр рентгенофлуоресцентный EDX-8000 и специализированный анализатор EuroVector EA-3000. Теплотехнические характеристики испытуемых материалов и золы определяли со-– 517 – гласно ГОСТ Р 54186–2010, ГОСТ Р 54211–2010, ГОСТ Р 54185–2010 и ГОСТ Р 54184–2010. Удельную теплоту сгорания измеряли с помощью калориметрической бомбы IKA C 2000 Basic Version 2 с жидкостным криотермостатом LOIP FT-216–25 в соответствии с ГОСТ 147– 95. Гранулометрический состав очаговых остатков исследовался с помощью ситового метода и анализатора Retzsch AS 200 Control в соответствии с требованиями ГОСТ 2093–82. Вся обработка экспериментальных данных проводилась с помощью многомодульного программнометодического комплекса [7], при этом КПД брутто определялся по уравнению обратного баланса [8].

Результаты и их обсуждение

Исследование теплотехнических характеристик скопа, выполненное для четырех предприятий РФ, позволило получить следующие данные: относительная влажность на рабочую массу W ^r = 68,30–87,45 %; зольность А ^r = 2,10–0,23 %; S^r = 0,10–0,06 %; низшая теплота сгорания Q ^ri = 3,94-0,17 МДж/кг и выход летучих веществ на горючую массу V daf = 90,49-81,10 %. Таким образом, данный сопутствующий продукт имеет чрезвычайно большую влажность, однако при ее снижении до значений менее 60,0 % может быть использован в качестве топлива для получения тепловой и/или электрической энергии.

Теплотехнические показатели, полученные для отходов, состоящих из различных видов пластических материалов, при выполнении исследовательских работ для четырех промышленных предприятий приведены в табл. 1. Следует отметить, что данные отходы имеют высокую удельную теплоту сгорания на горючую массу, значения которой снижаются более чем в три раза для рабочей массы за счет высокой влажности. Однако необходимо отметить, что данная влага не является гигроскопичной, она сконцентрирована на поверхности полимерных материалов. Содержание серы в данных отходах мало, зольность незначительная, для них характерен очень высокий выход летучих веществ. Пластик характеризуется повышенным содержанием углерода и водорода. Таким образом, пластические материалы имеют достаточно

Таблица 1. Теплотехнические показатели отходов, состоящих из различных видов пластических материалов

Table 1. Thermal performance of waste consisting of various types of plastic materials

Величина Условные обозначения единиц измерения Рабочая масса Сухая масса Горючая масса Влажность W, % 56,87–65,80 Зольность A, % 0,79–1,51 2,16–3,50 Теплота сгорания низшая Q, МДж/кг 10,13–13,09 33,02–34,74 Теплота сгорания высшая Q, МДж/кг 36,08–37,39 Сера Sобщ, % 0,02–0,07 0,05–0,20 Водород H, % 3,77–4,85 10,30–13,30 10,53–13,62 Выход летучих веществ V, % 34,32–40,64 94,04–94,74 96,29–97,64 Коксовый остаток Порошкообразный приемлемые теплотехнические характеристики для их энергетического использования. Одним из возможных направлений является их сжигание в смеси с кородревесным топливом (КДТ) в котлоагрегатах, оборудованных топками с наклонно-переталкивающими решетками. Другим перспективным направлением является введение пластика в качестве одного из компонентов в древесные брикеты или пеллеты.

Для прогнозирования работы котлоагрегата при сжигании топливных смесей КДТ с пластиком были выполнены исследования элементного состава КДТ, пластика и золы, образующейся при его сжигании. Основные элементы, входящие в их состав, приведены в табл. 2. В соответствии с рекомендациями [8] топлива с содержанием в золе СаО ˃ 13,0 % относятся к сильно загрязняющим. Для пластика содержание в золе СаО = 29,74 %, т.е. более чем в два раза превышает пороговое значение. При этом суммарное содержание оксидов щелочноземельных металлов CaO + MgO = 29,74+2,75=32,49 %. В золе исследованных проб пластика наблюдается очень маленькое содержание оксида щелочного металла K₂O = 0,70 % (табл. 2), температура испарения для которого ~900 ^оС. Что является положительным фактором, так как именно окислы щелочных металлов вызывают образование прочных

Таблица 2. Элементный состав КДТ, пластика и золы, образующейся при его сжигании

Table 2. Elemental composition of KDT, plastic and ash formed during its combustion

Показатели КДТ Пластик Показатели Зола пластика S, % 0,028–0,048 0,050–0,100 CaO, % 29,74 Fe, % 0,02–0,069 0,030–0,200 SiO2, % 19,92 Ca, % 0,553–0,806 0,331–2,42 Al2O3, % 7,29 Ni, % 0,000–0,069 - Fe2O3, % 4,42 Zn, % 0,017–0,020 0,001–0,005 MgO, % 2,75 Mg, % 0,088–0,152 0,026–0,110 SO3, % 2,50 Al, % 0,039–0,061 0,077–0,300 K2O, % 0,70 Si, % 0,134–0,152 0,099–0,220 MnO, % 0,092 K, % 0,178–0,435 0,007–0,010 ZnO, % 0,117 Ti, % 0,000–0,004 0,029–0,040 TiO2, % 7,15 Cr, % 0,000–0,006 0,000–0,001 BaO, % 0,032 Mn, % 0,009–0,063 0,001–0,010 SrO, % 0,036 Cu, % 0,004–0,073 0,000–0,002 CuO, % 0,057 Cl, % 0,000–0,004 0,000–0,485 PbO, % 0,006 V, % - 0,000–0,021 Cr2O3, % 0,024 Na, % 0,001–0,060 0,000–0,259 Rb2O, % 0,004 Pb, % - - NiO, % 0,016 Rb, % - - ZrO2, % 0,026 O, % 41,05–43,3 17,0–17,4 O, % 18,31 C, % 46,1–47,8 67,1–77,4 C, % 6,8 N, % 0,100–0,435 0,100–0,435 N, % - H, % 8,30–8,43 10,3–13,3 H, % - отложений на элементах наклонно-переталкивающей решетки и обмуровки топочной камеры.

Таким образом, при сжигании топливных смесей с большим содержанием пластика возможно интенсивное загрязнение наклонно-переталкивающей решетки, обмуровки топочной камеры и других элементов. Однако расчетный анализ показал, что на котлах, оборудованных наклонно-переталкивающей решеткой, имеющих трехступенчатую схему сжигания, с подачей уходящих дымовых газов под колосниковую решетку и в объем камеры сгорания, с рассредоточенным сопловым вводом вторичного и третичного воздуха, оборудованных двухходовыми дымогарными теплообменниками с охлаждаемыми поворотными камерами и воздухоподогревателями, возможно сжигание КДТ с добавкой пластика не более 20 % по массе. При этом низшая удельная теплота сгорания топливной смеси повышается почти на 14 % при относительной влажности КДТ 50,0 %. Расчетный анализ проводился для водогрейных котлов мощностью 8,0 МВт (рис. 1), оборудованных пневматической системой очистки поверхностей нагрева сжатым воздухом. Однако данные выводы должны быть подтверждены результатами промышленноэксплуатационных испытаний при сжигании топливной смеси КДТ и пластика.

Для многих предприятий ЦБП и других отраслей промышленности актуальным вопросом является вовлечение в энергетический цикл отходов со свалок и отвалов. Исследование теплотехнических характеристик проб горючего материала, отобранного с шагом 5 м с по-

Рис. 1. Водогрейный котел PR-8000 (эскиз продольного разреза)

Fig. 1. Hot-water boiler PR-8000 (longitudinal section sketch)

– 520 –

Рис. 2. Изменение общей влажности на рабочую массу (a), зольности на сухую массу (b) и низшей удельной теплоты сгорания на рабочую массу (c) по глубине короотвала

Fig. 2. Variation of total moisture content on working basis (a), ash content on dry basis(b), and net specific calorific value on working basis (c) with depth of the spoil bank мощью трех скважин на глубину 35 м, показало отсутствие каких-либо общих закономерностей для Пермского ЦБК (рис. 2). Исходя из этого, для каждого предприятия ЦБП и предприятий по переработке макулатуры при разработке программы энергетического использования материалов свалок (МС) необходимо выполнение индивидуальных исследовательских работ по определению их теплотехнических показателей и определению располагаемого суммарного энергетического потенциала.

Близкие результаты были получены и для Архангельского ЦБК, где в пределах производственной площадки теоретически возможно извлечение и использование в качестве топлива отходов с двух свалок: со свалки (№ 1) площадью 10 га, которая эксплуатировалась в 1987–2003 гг., а затем была выведена из эксплуатации и рекультивирована, и со свалки (№ 2) площадью 22,5 га, которая эксплуатировалась с 2004 г., но в настоящее время выведена из эксплуатации.

Основные виды отходов, размещенные на свалках, которые можно использовать как топливо – кородревесные отходы, осадок сточных вод, целлюлозный скоп, непровар и другие.

Сбор образцов МС выполнялся сотрудниками АЦБК и автономной некоммерческой организации «Центр экологических инвестиций» (АНО «ЦЭИ»), а лабораторные исследования их теплотехнических характеристик (влажность, зольность, низшая теплота сгорания и др.) авторами данной статьи. На каждой свалке было пробурено по одной скважине, что позволило взять образцы отходов с глубины до 15 м. Кроме того, на каждой свалке в нескольких местах были отобраны пробы с поверхностного слоя толщиной 0–1,5 м.

Полученные результаты показали, что теплотехнические характеристики МС сильно меняются в зависимости от места взятия пробы, что свидетельствует о значительной неоднородности материала свалок. Так, для свалки № 1 минимальная относительная влажность (27,60 %) и максимальная (66,59 %) зафиксированы в разных точках поверхностного слоя. Близкое к наибольшему значению относительной влажности для этой свалки имеет проба с глубины 15 м – 64,38 %. Для свалки № 2 минимальное значение влажности (36,48 %) отмечено на глубине 3 м, максимальное (74,37 %) – в поверхностном слое. Похожая ситуация наблюдается и в отношении других теплотехнических характеристик рабочей массы МС.

В то же время было установлено, что низшая теплота сгорания горючей массы МС почти одинакова для всех исследованных проб – около 19,27 МДж/кг, что близко к значению данного параметра для ряда видов древесины. Это свидетельствует о том, что элементный состав горючей массы отходов за прошедший период хранения на свалке пока не претерпел значительных изменений, несмотря на протекающие процессы разложения органического вещества.

Таким образом, значения исследуемых характеристик МС (за исключением низшей теплоты сгорания на горючую массу) распределены хаотично, и какой-либо зависимости от глубины свалки не найдено. Оценка энергетического потенциала использования МС была выполнена АНО «ЦЭИ» с применением данных о количестве накопленных отходов и результатов лабораторных исследований. В расчетах с помощью математической модели распада первого порядка учитывалось, что количество горючего вещества на свалке с течением времени уменьшается в результате биологического разложения органических отходов. В соответствии с выполненными оценками энергетический потенциал находящихся на свалках отходов (по низшей теплоте сгорания на рабочую массу) к концу 2017 г . составил: 196 317 т у.т. для свалки № 1; 239 762 т у.т. для свалки № 2; 436 078 т у.т. суммарно для обеих свалок.

Следует отметить, что при исследовании теплотехнических характеристик лигнина с отвалов двух гидролизных заводов были сделаны похожие выводы [9].

Учитывая, что к настоящему моменту практика вывоза КДО, ОСВ, целлюлозного скопа, непровара и других отходов на свалки комбината прекращена, процессы разложения органического вещества на свалках не будут компенсироваться поступлением новой биомассы, энергетический потенциал складированных органических материалов будет снижаться с течением времени. Так, к концу 2035 г. расчетный энергетический потенциал на обеих свалках составит 343 670 т у.т.

Для определения путей и оптимальных методов энергетического использования ОСВ и целлюлозного скопа был исследован элементный состав для четырех предприятий РФ (табл. 3).

Традиционная утилизация твёрдых коммунальных отходов (ТКО), включая различные виды пластических материалов, путем их складирования на полигонах, бесспорно, приводит – 522 –

Таблица 3. Элементный состав целлюлозного скопа и ОСВ на сухую массу

Table 3. Elemental composition of cellulose waste and OSB on a dry weight basis

Показатели Скоп ОСВ Показатели Скоп ОСВ S, % 0,060–0,170 0,530–0,674 Cr, % 0,001–0,002 0,000–0,002 Fe, % 0,123–0,420 0,283–0,630 Mn, % 0,005–0,020 0,046–0,140 Ca, % 1,740–3,100 6,020–8,46 Cu, % 0,000–0,005 0,000–0,011 Cr, % 0,000–0,002 0,000–0,002 Cl, % 0,000–0,070 0,001–0,060 Zn, % 0,004–0,005 0,017–0,100 V, % 0,000–0,003 0,009–0,010 Mg, % 0,083–0,100 0,120–0,267 Na, % 0,002–0,040 0,002–0,030 Al, % 0,120–0,284 0,240–0,300 O, % 43,60–48,20 31,80–44,60 Si, % 0,200–0,349 0,200–0,855 C, % 42,90–44,00 39,30–39,40 K, % 0,023–0,040 0,289–0,390 N, % 0,300–0,545 3,060–3,900 Ti, % 0,027–0,100 0,067–0,100 H, % 3,980–6,400 3,710–5,800 к загрязнению окружающей среды. Так как для большинства полимерных материалов просто не существует микроорганизмов, способных перерабатывать их в безопасные для окружающей среды вещества. Существует ряд методов вторичного применения ПЭ и ПП. Однако основным их недостатком является то, что механические свойства изделий из вторичных пластмасс ухудшаются на 15–20 % по сравнению с исходными изделиями. Кроме того, требуется предварительная сортировка таких отходов, что при значительном смешении различных сортов ПЭ и ПП трудно реализовать [10].

Существуют и другие методы утилизации или применения полимерных отходов, предполагающие их использование как готового продукта для других технологических процессов. К современным методам снижения накопления пластмасс относится и разработка ряда новых материалов, которые после истечения определенного времени эксплуатации начинают претерпевать физико-химические и биологические превращения, приводящие к их деструкции и разрушению [10, 11].

Одним из таких направлений является создание фоторазрушаемых полимеров. Другим способом сокращения накопления полимеров является создание биоразлагаемых полимеров, которые разлагаются с помощью специальных штаммов микроорганизмов, способных разрушать полимеры. Данные методы и способы борьбы с накоплением полимерных материалов имеют большую перспективу и уже достаточно активно реализуются, но, к сожалению, не могут быть массово использованы в настоящий период времени для решения существующей проблемы в условиях реальных производств [10, 11].

На состав ТКО повлияла и вспышка неизвестной пневмонии в городе Ухань в центральной части Китая (провинция Хубэй). Новая коронавирусная инфекция 2019-nCoV (COVID-19) очень быстро начала распространяться по всему миру. Уже в первой половине января 2020 г. стало известно, что она вышла за пределы Китая, случаи заболевания фиксировались в других странах [12, 13]. Глава ВОЗ заявил, что распространение нового коронавируса носит характер пандемии. Роспотребнадзор РФ рекомендовал носить маски в местах массового скопления людей, транспорте, на парковках и в лифтах. С 2 июля 2022 г. Главный государственный санитарный – 523 – врач РФ приостановил действие ряда антиковидных мер, в частности масочный режим. 5 мая 2023 г. ВОЗ объявила об окончании пандемии COVID-19. В настоящее время коронавирусная инфекция продолжает циркулировать среди людей, вызывая заболевание, которое не представляет высокой опасности и у большинства пациентов протекает в легкой форме ОРВИ.

Перечисленные события привели к существенному содержанию в ТКО защитных масок, что потребовало исследование их теплотехнических характеристик и элементного состава. Результаты, полученные для двух наиболее широко применяемых видов индивидуальных масок, – трехслойная маска (гармошка) из нетканых полимерных материалов и двухслойная маска (многоразовая) из хлопчатобумажных материалов с добавками (без учета резинки), приведены (табл. 4). Полученные результаты показали, что трехслойные маски из нетканых полимерных материалов имеют очень высокую удельную теплоту сгорания и выход летучих веществ за счет большого содержания углерода и водорода. Удельная теплота сгорания двухслойных масок из хлопчатобумажных материалов почти в три раза меньше, существенно меньше и выход летучих веществ на горючую массу. Результаты, полученные для двухслойных масок, близки к значениям, характерным для бумажных материалов из древесной целлюлозы. Необходимо отметить, что в составе индивидуальных защитных масок обнаружено небольшое содержание хлора.

Учитывая, что в составе ТКО массовая доля бумаги и картона составляет примерно 21,0 % [5, 6], были выполнены исследования и для данных материалов (табл. 4). Полученные результаты показали, что одним из возможных направлений энергетического использования отходов бумажного производства является изготовление бумажных брикетов (рис. 3), имеющих достаточно большую прочность и кажущуюся плотность до 1,0 г/см3 и более. Исследованный брикет получен из обрезков влагопрочной, оберточной, кондитерской упаковочной, пергаментной бумаги и основы для пергамента. При этом как для брикета, так и для его составляющих со-

Таблица 4. Основные характеристики некоторых компонентов ТКО на аналитическую (выход летучих на горючую) массу

Table 4. Main characteristics of some MSW components for analytical (volatile content per combustible) mass

Показатели	Трехслойная маска	Двухслойная маска	Бумажная основа для производства пергамента	Влагопрочная бумага	Пергамент	Бумажный брикет
Влажность, %	0,1	4,33	4,30	4,38	4,16	4,55
Зольность, %	0,08	0,38	0,58	0,49	0,44	1,97
Углерод, %	85,51	40,85	40,13	40,12	40,12	39,90
Водород, %	13,087	9,52	6,03	6,03	6,05	5,93
Кислород, %	0,64	44,87	48,86	48,88	49,13	48,39
Азот, %	0,55	0,17	0,08	0,08	0,08	0,08
Сера, %	0,007	0,007	0,021	0,020	0,021	0,020
Низшая теплота сгорания, МДж/кг	42,74	14,54	15,35	15,41	15,39	14,94
Хлор, %	0,004	0,023	-	-	-	-
Выход летучих, %	97,83	92,21	88,82	90,87	86,10	89,22

Рис. 3. Бумажный брикет

Fig. 3. Paper briquette держание в их золе СаО составило менее 8,0 %, т.е. в 1,65 раза меньше, чем пороговое значение [8] для сильно загрязняющих топлив. Содержание оксидов щелочных металлов (Na2O + K2O) незначительное, менее 3,0 %. Таким образом, процесс сжигания бумаги и картона не будет сопровождаться загрязнением элементов топочной камеры и колосниковой решетки. Более того, перспективным направлением утилизации пластика может стать его введение в качестве одного из компонентов в бумажные брикеты.

Энергетическая утилизация ТКО . Наиболее распространенным способом утилизации твердых отходов различного происхождения является их термическая переработка. Однако в ЕС к термической переработке ТКО относится их утилизация только в том случае, если энергоэффективность предприятия, рассчитанная по методике [14], составляет не менее 0,65. В РФ критерии, определяющие термический способ переработки отходов, установлены [15]. Фактически современные предприятия, на которых реализована технология энергетической утилизации ТКО – это ТЭС, основным топливом которой, являются отходы. За рубежом такие ТЭС называют WtE (Waste-to-Energy Plant) [16]. В настоящее время количество предприятий по термической переработке ТКО приближается к трем тысячам, их общая производительность составляет около 590 млн тонн отходов в год. Планируется, что к 2033 г. их количество увеличится до 3100, а суммарная производительность превысит 700 млн тонн отходов [16]. Необходимо отметить, что около 500 WtE расположено в Европе. Кроме этого, ТЭС на ТКО широко распространены в США, Японии и Южной Корее [10, 16]. В России ТЭС на ТКО пока что не получили широкого развития. Доля термической утилизации отходов в РФ составляет менее 3,0 %.

К наиболее распространенным методам термической утилизации ТКО относятся: прямое сжигание в котлоагрегатах, оборудованных слоевыми топками с колосниковыми решетками или топками с кипящим слоем (КС); пиролиз – термическое разложение топлива в бескислородной среде или с низким содержанием кислорода, с последующим дожиганием горючих компонентов; газификация – высокотемпературный пиролиз, проводимый при температурах 1000–1200 оC с получением синтез-газа, используемого в энергетике, а также побочных соединений для химической промышленности.

Самой распространенной технологией на ТЭС является слоевое сжигание ТКО на механических колосниковых решетках, которая по сравнению с другими способами термической переработки имеет максимальную энергоэффективность при сопоставимом воздействии на окружающую среду [16, 17].

ТКО на 70–80 % состоят из горючих, биоразлагаемых компонентов, таких как биомасса, древесина, макулатура, картон, пластмасса, полимерные вещества и др. Благодаря содержанию этих компонентов ТКО рассматриваются как твердое топливо, по теплотворной способности сопоставимое с торфом и некоторыми марками бурых углей (5–7 МДж/кг). Однако ввиду содержания в ТКО таких элементов, как ртуть, марганец, цинк, свинец, сурьма, хлор, медь, барий и др., технологии их сжигания сопряжены со значительными эксплуатационными и капитальными затратами на очистку отходящих дымовых газов и сточных вод от загрязняющих токсичных веществ, образующихся в результате физико-химических процессов окисления компонентов ТКО и выделяющихся в атмосферу [10, 11, 14–18]. Тем не менее технологии энергетической утилизации позволяют сократить исходную массу ТКО в 5–10 раз, обеспечивают выработку тепловой и электрической энергии в промышленном масштабе и играют ключевую роль в решении проблемы санитарной очистки городов. Учитывая, что к настоящему времени разработаны и прошли длительную промышленную проверку технические и технологические решения, обеспечивающие эффективное энергетическое использование ТКО, это позволяет сформировать и обеспечить оптимальное решение проблемы переработки и утилизации ТКО.

Заключение

Определены теплотехнические характеристики и элементный состав побочных продуктов ЦБП: скопа, горючих материалов со свалок ЦБК, ОСВ, различных видов бумаги и смесей материалов на основе пластика. Показано, что скоп имеет относительную влажность до 87,5 %, а ОСВ до 79,1 %; для обеспечения их энергетического использования необходимо ее снижение до значений менее 60,0 %. Полученные результаты показали, что во всех исследованных образцах ОСВ и целлюлозного скопа присутствуют кальций, кремний и алюминий (табл. 3), поэтому нельзя исключать возможность шлакования элементов топочной камеры очаговыми остатками ввиду образования алюмосиликата кальция 3CaO + Al₂O₃ + 3SiO₂ → Ca 3 Al 2 Si 3 O 12 . В образцах целлюлозного скопа, особенно в ОСВ, обнаружено повышенное содержание кальция, что для скопа может являться следствием мелования бумажных изделий, а в случае ОСВ – еще и с использованием извести для нейтрализации биохимических процессов, протекающих при хранении, что приводят к образованию CaCO₃. При анализе топочных процессов следует учитывать, что CaСO 3 и CaO способны связывать образующиеся при горении SO₂ и HCl с образованием соответственно хлорида и сульфата кальция. ОСВ характеризуются повышенным содержанием азота, что при высокотемпературном сжигании может приводить к дополнительной эмиссии NO_x.

Отходы, состоящие из различных видов пластических материалов, имеют высокую удельную теплоту сгорания на горючую массу, значения которой снижаются более чем в три раза для рабочей массы за счет высокой влажности. Влага пластических материалов не является гигроскопичной, она сконцентрирована на поверхности полимерных материалов. Содержание серы в данных отходах мало, зольность незначительна, для них характерен очень высокий вы-– 526 – ход летучих веществ, также они характеризуются повышенным содержанием углерода и водорода, атомное отношение С/Н близко к углеводородам состава CnH2n.

Исследования теплотехнических характеристик горючих материалов со свалок ЦБК показало, что полученные результаты распределены хаотично и какой-либо зависимости от глубины свалки не обнаружено. Исходя из этого, для каждого предприятия при разработке программы энергетического использования МС необходимо выполнение индивидуальных исследовательских работ по определению их теплотехнических показателей и определению располагаемого суммарного энергетического потенциала.

Исследован элементный состав кородревесного топлива, пластика и золы, образующейся при его сжигании, ОСВ, целлюлозного скопа и различных видов бумаги. Показано, что содержание СаО в золе пластика более чем в два раза превышает пороговое значение, исходя из этого, пластик относится к сильно загрязняющим топливам. Однако учитывая его низкую зольность, возможно его сжигание в смеси к КДТ, при содержании пластика не более 20 % по массе, в котлах, оборудованных наклонно-переталкивающей решеткой, имеющих трехступенчатую схему сжигания, с подачей уходящих дымовых газов под колосниковую решетку и в объем камеры сгорания, с рассредоточенным сопловым вводом вторичного и третичного воздуха, оборудованных двухходовыми дымогарными теплообменниками с охлаждаемыми поворотными камерами и воздухоподогревателями. В золе брикета, полученного из пяти видов бумаги, и в золе его составляющих содержание СаО составило менее 8,0 %, т.е. в 1,65 раза меньше, чем пороговое значение для сильно загрязняющих топлив. Содержание оксидов щелочных металлов незначительное (менее 3,0 %). Что позволяет сделать вывод – сжигание бумаги и картона не будет вызывать загрязнение элементов топочной камеры и колосниковой решетки. Брикетирование обрезков бумаги позволяет получить энергетическое топливо, имеющее достаточно большую прочность, кажущуюся плотность до 1,0 г/см3 и более и по удельной теплоте сгорания незначительно уступающее древесным гранулам и брикетам. Кроме того, перспективным направлением является введение пластика в качестве одного из компонентов в древесные и бумажные брикеты, а также гранулы.

Исследования теплотехнических характеристик и элементного состава наиболее распространенных видов индивидуальных защитных масок показали, что трехслойные маски из нетканых полимерных материалов имеют очень высокую удельную теплоту сгорания и выход летучих веществ за счет большого содержания углерода и водорода. Удельная теплота сгорания двухслойных масок из хлопчатобумажных материалов почти в три раза меньше, существенно меньше и выход летучих веществ на горючую массу. Результаты, полученные для двухслойных масок, близки к значениям, характерным для бумажных материалов из древесной целлюлозы. Таким образом, индивидуальные маски могут сжигаться в слоевых топках котлоагрегатов в смеси с другими горючими материалами.