Композиты общего назначения на основе термопластов

Топливо из упаковочных материалов (ТУМ)

ТУМ, которое состоит главным образом из бумаги из различных источников и упаковочного полимерного материала, можно сжигать совместно с ископаемым топливом. Его энергетическая ценность 20 МДж/кг.

Франкенхаузер с сотр. [47] провели исследование по совместному сжиганию ТУМ и угля в бойлере с паром низкого давления и слоем КФЦ. Проект осуще­ствлялся в сотрудничестве с Финской федерацией промышленности пластмасс, Neste Оу и Outokumpu EcoEnergy. Он финансировался на 50 % государством через программу исследований горения LIEKKI. В команде управляющих были пред­ставлены Министерство окружающей среды, Национальный институт здраво­охранения и Технический центр Финляндии. Проект был поддержан Институ­том проблем полимерных отходов (PWMI). Оборудование для испытаний (рис.

11. 5) представляло собой КФС на 7 МВт с впрыском известняка и очисткой то­почного газа с помощью электростатических осадителей (ЭСО). В обзоре [47] указывается, что ЭСО применяются для удаления пыли гораздо чаще, чем филь­тры из текстиля или циклоны. Внесенные улучшения продлили срок службы материалов для тканевых фильтров и повысили КПД циклонов. Нерешенной проблемой остается образование диоксинов и фуранов (ПХДД/ Г1ХДФ), что в будущем может увеличить применение фильтров. Документально подтвержде­но [48], что операторы и компании технического обслуживания отдают предпоч­тение влажным газопромывателям. Печь была сконструирована для водянисто­го отстоя и поэтому не охлаждалась в области флюидизированного слоя. Это может применяться в оборудовании некоторых других типов с охлаждаемой фур­мой, или впрыскиванием воды, или в печах для сжигания шлама. Уголь, песок и известняк добавляются через винтовой конвейер над слоем. Смесь пластмасс пе­ремалывается и превращается в легко текущий агломерат с объемной плотнос­тью 300 кг/м3. Он дозируется по объему и подается через охлаждаемую фурму в слой. Все опыты проводились при тепловой нагрузке приблизительно 3 МВт, температуре слоя 850 °С и избытке кислорода примерно 10 %. Температура слоя управлялась впрыском воды.

Главной целыо программы испытаний было исследование влияния различ­ных соотношений хлор/сера во вводимом топливе, а также впрыска известняка, на образование ПХДД/ ПХДФ. Также было важно получить данные по эмиссии при совместном сжигании смеси пластиков с углем по сравнению со сжиганием

Чистого угля. Бойлер типа КФС, который использовался во всех экспериментах, имел мощность 7 МВт, поток пара 2,5 кг/с, давление пара 1,8 МПа и температуру пара 239 'С. В этом оборудовании в качестве топлива можно было использовать следующие виды шлама: шламы из процедур очистки, шламы эмульсионного процесса, шламы из хранилищ и биологические шламы.

Пришли к выводу, что как неорганическая, так и органическая суммарная удельная эмиссия при производстве энергии (МДж/кг) ниже при использовании в качестве топлива смеси бытовых пластмассовых отходов, чем при использова­нии угля. Установка с флюидизированным слоем с эффективным контролем пыли и монооксида углерода может соответствовать почти всем самым строгим норма­тивам по эмиссии ПХДД/ ПХДФ, какие только можно ожидать. Результаты ис­пытаний относятся к смеси бытовых пластиков (4 % хлора) с углем (0,5 % S).

Электростанция в г. Кауттуа в Финляндии является великолепным приме­ром использования ТБО и ТУ М в дополнение к традиционному топливу, и улуч­шения работы в смысле улучшения контроля за загрязнением окружающей сре­ды. Испытания, проведенные на этом заводе, показали, что ввод 20% ТБО или ТУМ снижает выбросы монооксида углерода, а также несгоревшего угля и лету­чего пепла. Хотя было отмечено небольшое увеличение эмиссии хлористого во-

Газопромыватель

Фильтр Охлаждение из текстиля Д1 Т IIIMIIII ‘—— JШИШ. l ШИШ IIIIIIII

Совместная загрузка Бункер отходами

Чистый Газ

T Воздух для горения

Нагреватель Воздуха

Колосниковые Колосниковый Гнезда пепел

Рис. 11.6. Схема испытательной сжигательной установки «Tamara» для МТО

В Карлсруэ с введением до 12 % различных отходов типа Е+Е в МТО, показали улучшенное сгорание придонного пепла без увеличения выбросов в воздух [55]. Этим были подтверждены предыдущие результаты, полученные на сжигатель­ной установке в Вюрцбурге, где добавление отходов полимерной упаковки (включая ПВХ) в МТО не привело к измеримому увеличению выхода диакси - иов и фуранов [56]. Современные сжигательные установки являются в большей степени истребителями диоксинов, чем генераторами этих соединений [57]. Дан­ные для сжигательной установки Vienna-Spittelau приводит Белов в [56].

Полномасштабные исследования были выполнены также на заводе по сжига­нию отходов Ebara Corporation в Японии. Они проводились для определения воз­можности извлечения энергии и осуществления адекватного контроля выбросов при сжигании 100 % не подлежащих переработке пластмассовых отходов, выде­ленных из МБО и предназначавшихся для захоронения. Для испытаний исполь­зовался бойлер с флюидизированным слоем с внутренней циркуляцией, тка­невым пылеуловителем, кислотным газопромывателем и коксовым фильтром. Результаты исследований представлены Цукамото и Курихарой [58]. Во время испытаний производительность составляла 30 т/сут. Поток полимерных отхо­дов вводился в установку со скоростью 530 кг/ч. Использовались два потока от­ходов: пластмассовый мусор, выделенный из остаточного МТО, и гранулирован­ный полимерный материал с составом, близким остаточным пластмассам. При исследовании не был проведен базовый тест сравнения поведения смешанных

МТО и очищенных от пластмасс отходов. Было продемонстрировано стабиль­ное сгорание с производством пара при средних уровнях содержания СО при­мерно 22 ррщ (промилле).

Оша и Мори [59] из Ebara Corporation описали метод и аппаратуру для реку­перации энергии из МТО. Сюда входили: газификация отходов в печи для гази­фикации с флюидизированным слоем, проводимая при относительно низкой температуре; введение газообразного материала и шлака, произведенных в печи для газификации с флюидизированным слоем, в печь для плавления; газифика­ция газообразного материала и шлака в печи для плавления и введение в тепло­обменник; передача тепла, отобранного в теплообменнике в тепловой контур для генерации электроэнергии.

IIIтрака (Straka) с сотр. [60] проводили совместный пиролиз угля и полимер­ных отходов в стационарном кварцевом реакторе. Основной продукт (твердый карбонизированный остаток) давал мало пепла и низкое содержание серы и удов­летворительные для конкретного приложения поверхностные свойства. Твердый остаток поэтому подходил для использования в качестве бездымного топлива или промышленного сорбента. Побочными продуктами были смола и газ. Смолу можно утилизировать как источник химикалий и горючего с низким содержани­ем серы; газ имел высокую теплотворную способность и его можно применять для целей отопления.

Голландская Организация содействия прикладным научным исследованиям, Институт природоохранных наук и организация «Исследования в области энер­гии и инновационных технологий» (TNO) провели исследование [61] по оценке количественного эффекта увеличения содержания пластмасс в МТО на различ­ные фазы горения. Среди возможных эффектов можно назвать:

• более высокие температуры на колоснике;

• укороченные зоны горения с более интенсивным пламенем;

• увеличенный выход СО, ведущий к коррозии бойлера, если первичный воздух не подвергается надлежащему контролю — эта ситуация может быть исправлена с помощью модификации оборудования и изменения режимов эксплуатации;

• увеличение образования NOr при увеличении температуры из-за повы­шенного содержания пластиков (с более высокой теплотворной способно­стью);

• уменьшение выбросов благодаря более высокой температуре в печи;

• лучшая минерализация летучего пепла из-за более высокой температуры — это снизит выщелачиваемость летучего пепла и сделает утилизацию безо­пасней.

МТО, как правило, содержат 30-50 %масс. бумажных отходов [1]. Однако сжигание бумажных отходов с экономической точки зрения выгодно лишь в неожиданно низкой степени. Одной из причин является тот факт, что местные законодательства сделали рынок бумажных отходов (газеты и другие текстовые изделия) высоко ориентированным на производство бумаги. Однако разложе­ние бумажных волокон ограничивает повторную переработку бумаги пятью - шестью циклами [62]. При подготовке собранной бумаги для повторного исполь­зования получают очищенный от типографской краски шлам (а также другие отходы), который обычно сжигается. Кроме того, бумага, использованная для упаковки, часто смешивается с пластмассами для производства ТУМ, которое упаковочная промышленность рассматривает как высококачественное топливо. Это еще в большей степени относится к текстилю: многократное восстановление ведет к полному износу материала примерно через 50 лет [62].

Основными компонентами бумаги являются целлюлоза и лигнин в соотноше­нии примерно 4:1, так что ее термическое разложение очень близко к таковому в дереве. Главное различие возникает в зависимости от формы бумаги. Тонкий лист бумаги или газета горят очень интенсивно из-за отсутствия ограничений на перенос массы.

Современные ткани состоят, фактически, либо из биомассы (хлопок, шерсть, конопля и т. д.), полимеров (например, акриловых полимеров), либо из смеси тех и других. Поэтому термическое разложение тканей зависит от их основных компонентов. Крупная фракция влажной бумаги или ткани в топливе из отходов может повлиять на процесс горения и снизить температуру. Единственным процессом термической конверсии бумаги является мягкая гидроочистка, при ко­торой бумага с помощью сжатого пара при температуре 250-350 °С может конвер­тироваться в газы, жидкости и шлам, который можно вводить в газогенератор [63].