ДОСЛІДЖЕННЯ ГОРІННЯ СУСПЕНЗІЙНИХ ПАЛИВ НА ОСНОВІ ВІДХОДІВ ВУГЛЕЗБАГАЧЕННЯ І ТВЕРДИХ КОМУНАЛЬНИХ ВІДХОДІВ

Погрібний

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7183

Title:	ДОСЛІДЖЕННЯ ГОРІННЯ СУСПЕНЗІЙНИХ ПАЛИВ НА ОСНОВІ ВІДХОДІВ ВУГЛЕЗБАГАЧЕННЯ І ТВЕРДИХ КОМУНАЛЬНИХ ВІДХОДІВ
Authors:	Чичужко, Марина Володимирівна Погрібний
Keywords:	горіння;суспензійне паливо
Issue Date:	30-Jan-2026
Abstract:	Метою роботи є обґрунтування можливості використання твердих побутових відходів як перспективних компонентів суспензійних палив на основі відходів вугільної підготовки для спалювання в топках котельних установок шляхом експериментальних досліджень особливостей процесів їх згоряння, а також в аналізі перспектив спільної утилізації твердих побутових відходів з генерацією теплової та електричної енергії. Для досягнення мети роботи були вирішені наступні задачі: 1. Аналіз сучасного стану наукових і технічних рішень в області утилізації твердих побутових відходів. Виявлення факторів, що перешкоджають ефективній утилізації твердих побутових відходів. Розробка рішення проблеми на основі екологічно безпечного, економічно та енергетично вигідного спалювання суспензій з твердими побутовими відходами. 2. Розробка експериментальної методики використання декількох стендів і спеціалізованих модельних камер згоряння для вивчення процесів займання і згоряння крапель композиційного рідкого палива (КРП) зі змінною температурою, а також домінуючого механізму нагріву. 3. Приготування складів КРП з відходів вугільної та нафтопереробки з додаванням твердих побутових відходів. Аналіз сировинної бази для розробки технологій спалювання КРП з твердими побутовими відходами з урахуванням енергетичних, екологічних та економічних факторів, характерних для котельних установок великої та малої генерації електроенергії. 4. Визначення робочих параметрів стендів, що відповідають умовам стабільного займання крапель суспензій КРП, перспективних для печей водогрійних і парових котлів.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7183
Appears in Collections:	144 Теплоенергетика (Теплоенергетика)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Погрібний.pdf Restricted Access		3.18 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy

Show full item record

Extracted text

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра енерготехнологій

„ЗАТВЕРДЖУЮ”
Завідувач кафедри Енерготехнологій
_______________ Геннадій КАЛЕЙНІКОВ
“___” ___ 2025 р.

МАГІСТЕРСЬКА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
на тему:
« ДОСЛІДЖЕННЯ ГОРІННЯ СУСПЕНЗІЙНИХ ПАЛИВ
НА ОСНОВІ ВІДХОДІВ ВУГЛЕЗБАГАЧЕННЯ І ТВЕРДИХ
КОМУНАЛЬНИХ ВІДХОДІВ »

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
код роботи МКР 25.144.89 ПЗ
Спеціальність 144 - Теплоенергетика

Виконавець роботи:
_________________________ Погрібний Володимир Володимирович ______________________
(підпис, дата)
Науковий керівник:
_________________Чичужко М.В., к.т.н., доц.__________________________
(підпис, дата)
Рецензент:
____________________________________________________________________
(підпис, дата)

Черкаси, 2025 р.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра енерготехнологій

„ЗАТВЕРДЖУЮ”
Завідувач кафедри Енерготехнологій
________________ Геннадій КАЛЕЙНІКОВ
“____” _____ 2025 р.

ЗАВДАННЯ
до магістерської кваліфікаційної роботи___Погрібний Володимир Володимирович ___________
(прізвище, ім’я та по-батькові студента)
1. Тема «Дослідження горіння суспензійних палив на основі відходів вуглезбагачення і твердих
комунальних відходів»

затверджена наказом ректора університету від “15”вересня 2025 р., № 261/03-03
2. Термін здачі студентом завершеної роботи __12.12.2025____________________________
3. Вихідні дані: Процесс горіння суспензійних палив
4. Перелік питань, які повинні бути розроблені в роботі: Аналіз сучасного стану наукових і
технічних рішень в області утилізації твердих побутових відходів. Виявлення факторів, що
перешкоджають ефективній утилізації твердих побутових відходів. Розробка рішення проблеми
на основі екологічно безпечного, економічно та енергетично вигідного спалювання суспензій з
твердими побутовими відходами; Розробка експериментальної методики використання
декількох стендів і спеціалізованих модельних камер згоряння для вивчення процесів займання і
згоряння крапель композиційного рідкого палива (КРП) зі змінною температурою, а також
домінуючого механізму нагріву; Приготування складів КРП з відходів вугільної та
нафтопереробки з додаванням твердих побутових відходів. Аналіз сировинної бази для розробки
технологій спалювання КРП з твердими побутовими відходами з урахуванням енергетичних,
екологічних та економічних факторів, характерних для котельних установок великої та малої
генерації електроенергії.;
5. Перелік графічного матеріалу: тема роботи, , висновки
6. Консультанти з роботи з зазначенням розділів роботи, які їх стосуються
Підпис, дата
Розділ Консультант завдання видав завдання прийняв
Розділи 1-3 Чичужко М.В.
ОП та безпека в НС Цікановський В.Л.

7. Дата видачі завдання “_____”______. 2025 р.

Керівник _____________________
Завдання прийняв до виконання _________________
РЕФЕРАТ
Кваліфікаційна робота магістра Погрібного Володимира Володимировича на
тему «Дослідження горіння суспензійних палив на основі відходів вуглезбагачення
і твердих комунальних відходів» містить 104 сторінок текстового документа, 71
використаних джерел, 30 рисунків.
Керівник – Чичужко М.В. к.т.н., доц.
Метою роботи є обґрунтування можливості використання твердих
побутових відходів як перспективних компонентів суспензійних палив на основі
відходів вугільної підготовки для спалювання в топках котельних установок
шляхом експериментальних досліджень особливостей процесів їх згоряння, а
також в аналізі перспектив спільної утилізації твердих побутових відходів з
генерацією теплової та електричної енергії.
Для досягнення мети роботи були вирішені наступні задачі:
1. Аналіз сучасного стану наукових і технічних рішень в області утилізації
твердих побутових відходів. Виявлення факторів, що перешкоджають
ефективній утилізації твердих побутових відходів. Розробка рішення проблеми
на основі екологічно безпечного, економічно та енергетично вигідного
спалювання суспензій з твердими побутовими відходами.
2. Розробка експериментальної методики використання декількох стендів і
спеціалізованих модельних камер згоряння для вивчення процесів займання і
згоряння крапель композиційного рідкого палива (КРП) зі змінною
температурою, а також домінуючого механізму нагріву.
3. Приготування складів КРП з відходів вугільної та нафтопереробки з
додаванням твердих побутових відходів. Аналіз сировинної бази для розробки
технологій спалювання КРП з твердими побутовими відходами з урахуванням
енергетичних, екологічних та економічних факторів, характерних для котельних
установок великої та малої генерації електроенергії.
4. Визначення робочих параметрів стендів, що відповідають умовам
стабільного займання крапель суспензій КРП, перспективних для печей
водогрійних і парових котлів.
ЗМІСТ
ВСТУП ............................................................................................................................. 5
РОЗДІЛ 1. СУЧАСНИЙ СТАН НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ І РОЗВИТКУ
ТЕХНОЛОГІЙ У СФЕРІ УТИЛІЗАЦІЇ ВІДХОДІВ ................................................... 12
1.1. Технології та способи утилізації побутових відходів ......................................... 13
1.2. Технології та методи утилізації відходів у сировинній галузі ........................... 15
1.3. Утилізація відходів у камерах згоряння електростанцій ……………….……..16
1.4. Складнощі утилізації побутових відходів ............................................................ 18
РОЗДІЛ 2. МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ВИКОРИСТОВУВАНІ
ВИПРОБУВАЛЬНІ СТЕНДИ ....................................................................................... 22
2.1. Планування експериментальних досліджень ...................................................... 23
2.2. Характеристика та властивості складових частин залізничного транспорту .. 24
2.3. Спосіб приготування КРП ..................................................................................... 26
2.4. Використовувані експериментальні стенди ......................................................... 27
РОЗДІЛ 3. РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ПРОЦЕСІВ
ЗАЙМАННЯ ТА ЗГОРЯННЯ КРАПЕЛЬ КОМПОЗИЦІЙНИХ ПАЛИВ З ТПВ .... 33
3.1. Основні характеристики процесів займання і подальших процесів горіння ... 34
3.2. Аналіз впливу компонентного складу органічно-вугільного палива на
35характеристики запалювання ................................................................................... 35
3.3. Умови займання вуглеорганічного палива на основі вуглецю ..………………43
3.4. Аналіз впливу типових твердих побутових відходів на склад 47композитного
палива під час затримки запалювання ......................................................................... 47
3.5. Аналіз впливу механізму теплопостачання на характеристики займання та
згоряння композитного палива з додаванням твердих побутових палив ………… 51
3.6. Аналіз впливу відпрацьованого мастила в складі композиційного палива ..... 57
за характеристиками запалювання ............................................................................... 57
3.7. Встановлені режими займання композиційних палив ........................................ 62
3.8. Аналіз спільного впливу групи факторів на час затримки ….………………….65
3.9. Аналіз спільного впливу групи факторів на тривалість і швидкість вигоряння
композитного палива ..................................................................................................... 70
3.10. Аналіз впливу твердих побутових відходів (ТПВ) та відпрацьованого масла у
складі композиційного палива на концентрацію антропогенних викидів при
спалюванні паливних композицій ............................................................................... 77
3.11. Відносні показники ефективності залізничного сполучення .......................... 79
РОЗДІЛ 4 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА У НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ..85
ВИСНОВОК ................................................................................................................... 98
ЛІТЕРАТУРА ................................................................................................................ 102

МКР 25.144.89 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Погрібний Літ. Арк. Акрушів
Зміст
Перевір. Чичужко
Реценз. магістерської роботи
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-45
Затверд. Калейніков
ВСТУП

Інтенсивний розвиток світової економіки обумовлює збільшення обсягів
споживання енергоносіїв (рисунок 1) [1]. Незважаючи на розвиток альтернативних
джерел енергії та збільшення їх частки у світовому енергетичному балансі більш
ніж у 10 разів за останні 50 років, в даний час відносне значення цієї
характеристики становить близько 9% (рис. 2). Це майже в 7 разів менше в
порівнянні з виробленням енергії тепловими електростанціями при спалюванні
вуглеводнів і майже в 3 рази менше в порівнянні з генерацією енергії атомних
електростанцій і гідроелектростанцій. На практиці збільшенню частки
нетрадиційних відновлювальних джерел енергії (ВДЕ) перешкоджають суттєві
недоліки [2, 3]:

Гв
2000 Вугілля
Природний газ
1500
Гідроенергетика
1000
Сонячна енергія
Вітрова
500 Нелаефктар останція
Ядерна енергетика
Інші джерела
0
2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020
Рисунок 1. Виробництво електроенергії за допомогою джерела [1]

• електростанції мають низький ККД перетворення первинної енергії в
теплову (фотоперетворювачі – 12–16%, НІЕ – 30–40%, ГЕС – 60–70%);
• Велика добова та сезонна нестабільність потужності основних ВДЕ вимагає
створення складних технічних систем, що об'єднують електростанції на різних
ВДЕ, а також стендів, що накопичують та генерують енергію шляхом спалювання
вуглеводневого палива.
Всі ці недоліки значно ускладнюють і здешевлюють процес виробництва
енергії, знижують надійність системи енергопостачання.

Рисунок 2. Глобальна структура генерації енергії [1]

Країни з великим запасом традиційних енергоресурсів впровадили в практику
програми розвитку ВДЕ [4]. Ці програми, з одного боку, полягають у заохоченні
розвитку ВДЕ та розширенні їх асортименту, з іншого – встановлюють обмеження
на спалювання вуглеводнів для виробництва енергії. За прогнозами Міжнародного
енергетичного агентства [7], частка ВДЕ у світовому балансі виробництва
електроенергії до 2050 року становитиме 46%. Значне збільшення потужностей
відбувається за рахунок комплексного використання NIE. Реалізовано проекти з
будівництва сонячних, вітрових, приливних, геотермальних та
гідроелектростанцій. У той же час спостерігається зростання інтересу до побутових
і промислових відходів, які мають великий потенціал для виробництва енергії при
їх утилізації [5, 6]. Таким чином, в Європі спостерігається поступова тенденція до
відмови від вугілля як джерела енергії.
У багатьох країнах світу, таких як Китай, Індія, Індонезія, де розташовані
родовища твердих корисних копалин, в останні десятиліття зростає видобуток і
експорт високоякісних марок вугілля і власне споживання місцевих низькоякісних
марок вугілля (табл. 1). ситуація у світі. При роботі вугільних теплових
електростанцій і котелень в навколишнє середовище у складі димових газів
потрапляють СО, СО2, NO2, NOх гази, які чинять негативний вплив на атмосферу [10].
Також при підготовці вугілля утворюються фільтрувальні коржі – високозольні
відходи, які займають значні площі і завдають шкоди навколишньому середовищу.
Всього в ході видобутку і збагачення вугілля в 2017 році утворилося 3236,6
мільйона тонн відходів. 1526,9 млн т (47%) було розміщено на відвалах на
територіях різних підприємств [9].

Таблиця 1. Світовий видобуток вугілля (2018 рік) [1]
Видобуток вугілля млн тонн %
Китай 3550 45.4
Індія 771 9.9
США 685 8.8
Індонезія 549 7.0
Австралія 483 6.2
Південно-Африканська 259 3.3
Республіка
Німеччина 169 2.2
Польща 122 1.6
Казахстан 114 1.5
Інші держави 691 8.7
Взагалі 7813 100.0

Разом з тим, захоронення твердих побутових відходів (ТПВ, [16]) останнім
часом стало актуальним завданням. Незважаючи на поширення технологій
переробки та повторного використання, широке впровадження цих технологій
відбудеться ще не скоро [8, 10]. Але і зараз необхідно вирішити, що робити не
тільки з постійно утворюваними відходами, а й з величезною кількістю вже
накопичених відходів, що зберігаються на звалищах по всьому світу. Існують
способи використання твердих побутових відходів в якості палива для
сміттєспалювальних заводів. Існує дві групи відомих технологій спалювання
відходів за температурним режимом [11]: низькотемпературна (600–900 °С) і
високотемпературна (понад 900 °С). Низькотемпературний режим горіння не
вимагає застосування дорогого технологічного обладнання і додаткових
високоякісних видів палива (наприклад, природного газу) для підтримки робочої
температури в печі, але при прямому низькотемпературному спалюванні твердих
побутових відходів виділяється досить велика кількість токсичних речовин
(діоксинів, поліароматичних вуглеводнів, фуранів). Для того щоб відповідати
складу димових газів нормам викидів забруднюючих речовин в атмосферу,
необхідно використовувати дорогі системи газоочистки. У зв'язку з цим більшість
сміттєспалювальних заводів є збитковими і екологічно неефективними [13].
Високотемпературні технології спалювання твердих побутових відходів є
більш екологічними, оскільки при температурах процесу вище 1300 °С найбільш
шкідливі речовини (діоксини і фурани) повністю розкладаються на найпростіші
компоненти [13]. Тому немає необхідності використовувати дорогі системи
очищення димових газів. Але для підтримки відносно високої температури в печі
необхідно використовувати спеціалізоване термічне або електроплазмове
обладнання. Як правило, для забезпечення роботи такого обладнання витрачається
якісне паливо або енергія витрачається в більшій кількості, ніж вона виділяється
при спалюванні твердих побутових відходів [12, 13]. Незважаючи на очевидну
екологічну перевагу електроплазмових технологій для захоронення твердих
побутових відходів при температурах в реакторі об'ємом понад 1300 °С, вони не
знайшли широкого застосування на практиці і застосовуються в основному для
захоронення небезпечних медичних відходів [13].
Таким чином, актуальним є пошук шляхів ефективної утилізації відходів
вуглепереробки та твердих побутових відходів з генерацією теплової та електричної
енергії з мінімальними економічними витратами.
Альтернативним варіантом вирішення цих проблем є використання твердих
побутових відходів для спалювання у складі композитних рідких видів палива.
Композитні рідкі палива, зокрема вугільно-водне паливо або органо-вуглецеве
паливо, являють собою в'язкі, досить стабільні, екологічно чисті суспензії (щодо
технологій спалювання вугілля), в яких в якості горючої основи використовується
вугілля або відходи вуглезбагачення [14–17]. Процеси спалювання композитного
палива характеризуються підвищеними еколого-економічними показниками в
порівнянні зі спалюванням твердого природного палива [18, 19].
Спочатку композитне рідке паливо розглядалося як альтернатива мазуту для
розпалювання на відповідних котлах, але пізніше сфера застосування цих видів
палива значно розширилася [15]. Відомі світові наукові центри і великі наукові
лабораторії Китаю, Індії, Японії активно займаються створенням і впровадженням
композитних рідких палив. використання композиційних рідких палив [15, 17].
Роботи, спрямовані на впровадження водовугільне паливо (ВВП), значно
сповільнилися у зв'язку з досить великими запасами нафти, газу та вугілля, а також
збільшенням обсягів їх постачання на енергетичні ринки за доступними цінами
[15]. Першим і найбільш відомим досвідом промислового використання
гідрофторвуглеців є впровадження комплексу з підготовки, транспортування (по
Білово-Новосибірському трубопроводу протяжністю 262 км) і спалювання
гідрофторвуглеців на Новосибірській ТЕЦ-5 (в котлах паропродуктивністю 670
т/год) [15]. За період з 1989 по 1997 рік в Новосибірську ТЕЦ-5 по трубопровід було
поставлено понад 350 тисяч м3 ХФЦ-5. У 1997 році, в період технічного
обслуговування Новосибірської ТЕЦ-5, трубопровід був зупинений [15]. Були
виділені основні причини призупинення роботи газопроводу [16]: політичні (не
були враховані інтереси всіх учасників процесу виробництва енергії), економічні
(криза, рецесія), технологічні (труднощі з впорскуванням, непостійний тиск,
промерзання ділянок трубопроводу).
Дослідження екологічних особливостей спалювання вугільно-водного палива
з добавками твердих побутових відходів раніше не проводилися. Не сформована
інформаційна база основних екологічних характеристик спалювання органічно-
вугільного палива з добавками твердих побутових відходів. Вплив основних
компонентів твердих побутових відходів на характеристики горіння не
встановлений. Це обмежує обґрунтування доцільності внесення твердих побутових
відходів до ВВП та ОВК для мінімізації негативного впливу рідких та побутових
відходів на навколишнє природне середовище.
Використання КРП з твердими побутовими відходами дасть можливість
утилізувати накопичені фільтрувальні Кокс та тверді побутові відходи, зменшити
викиди оксидів азоту та сірки в атмосферу. Додавання типових твердих побутових
відходів (в межах 10%) до складу композиційних палив сприятиме спільному
вирішенню проблем поповнення дефіциту енергоресурсів та утилізації відходів
[25].
Метою роботи є обґрунтування можливості використання твердих побутових
відходів як перспективних компонентів суспензійних палив на основі відходів
вугільної підготовки для спалювання в топках котельних установок шляхом
експериментальних досліджень особливостей процесів їх згоряння, а також в
аналізі перспектив спільної утилізації твердих побутових відходів з генерацією
теплової та електричної енергії.
Для досягнення мети роботи були вирішені наступні задачі:
1. Аналіз сучасного стану наукових і технічних рішень в області утилізації
твердих побутових відходів. Виявлення факторів, що перешкоджають ефективній
утилізації твердих побутових відходів. Розробка рішення проблеми на основі
екологічно безпечного, економічно та енергетично вигідного спалювання суспензій
з твердими побутовими відходами.
2. Розробка експериментальної методики використання декількох стендів і
спеціалізованих модельних камер згоряння для вивчення процесів займання і
згоряння крапель КРП зі змінною температурою, а також домінуючого механізму
нагріву.
3. Приготування складів КРП з відходів вугільної та нафтопереробки з
додаванням твердих побутових відходів. Аналіз сировинної бази для розробки
технологій спалювання КРП з твердими побутовими відходами з урахуванням
енергетичних, екологічних та економічних факторів, характерних для котельних
установок великої та малої генерації електроенергії.
4. Визначення робочих параметрів стендів, що відповідають умовам
стабільного займання крапель суспензій КРП, перспективних для печей
водогрійних і парових котлів.
5. Експериментальне дослідження процесів тепломасообміну при спалюванні
крапель КРП з твердими побутовими відходами.
6. Визначення впливу температури нагрітого газу, розміру частинок, концентрації
компонентів суспензій CAL на терміни затримки і порогові температури
займання РР.
Наукова новизна роботи. Запропоновано метод утилізації твердих побутових
відходів у складі КРП при спалюванні в топкових камерах котельних установок
великої та малої генерації електроенергії. Встановлено умови та особливості
ефективного займання суспензій ЦАЛТ з додаванням твердих побутових відходів у
модельних камерах згоряння. Отримано апроксимаційні вирази для прогнозування
значень цих характеристик, а також розробки моделей займання та спалювання
багатопаливних крапель РР. обсяг та енергетичний потенціал поширених твердих
побутових відходів, низькосортного вугілля, відходів вуглезбагачення та
нафтопереробки. Демонструються високі значення відносних комплексних
еколого-економічних та енергетичних показників спалювання залізничних відходів
з твердими побутовими відходами у порівнянні з традиційним спалюванням
пиловугільного палива.

РОЗДІЛ 1. СУЧАСНИЙ СТАН НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ І РОЗВИТКУ
ТЕХНОЛОГІЙ У СФЕРІ УТИЛІЗАЦІЇ ВІДХОДІВ
МКР 25.144.89 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Погрібний Літ. Арк. Акрушів
Розділ 1
Перевір. Чичужко
Реценз.
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-45
Затверд. Калейніков
РОЗДІЛ 1. СУЧАСНИЙ СТАН НАУКОВИХ ДОСЛІДЖЕНЬ І РОЗВИТКУ
ТЕХНОЛОГІЙ У СФЕРІ УТИЛІЗАЦІЇ ВІДХОДІВ

1.1. Технології та способи утилізації побутових відходів
Суттєвою глобальною екологічною проблемою є захоронення твердих
побутових відходів. Щорічний приріст таких відходів у світі становить 1,3–1,6
млрд т [26]. Під твердими побутовими відходами розуміють залишки сировини,
матеріалів, напівфабрикатів, інших продуктів або продуктів, які утворюються в
процесі використання людиною [16]. На жаль, велика частина відходів не
утилізується. В результаті утворюються звалища з величезними площами. В даний
час у Великобританії налічується 565 офіційних сміттєзвалищ [27], в Канаді -
понад 2000 [28], а в Австралії - майже 3000 [29]. В Україні налічується 6 тисяч
санкціонованих сміттєзвалищ і 35 тисяч несанкціонованих [30]. До початку 2020
року було накопичено понад 38 млрд тонн промислових і комунальних відходів
[14]. Щорічно утворюється 35-40 млн тонн твердих побутових відходів, з яких:
95% вивозиться на звалища; 4,5% спалюється; 0,5% переробляється іншим
способом [14]. Щорічно площа сміттєзвалищ збільшується на 0,4 млн га, тут
налічується понад 1400 полігонів ТПВ, понад 30 тисяч полігонів [31, 14]. Ці
сміттєзвалища залишаться надовго, тривалість розкладання, наприклад, пластику,
становить близько 500 років [32]. Разом з харчовими відходами викидають
паперову, скляну, полімерну і металеву тару, ртутьвмісні люмінесцентні лампи,
залишки лаків і фарб, різну побутову хімію і медикаменти [33]. Ці небезпечні
елементи під виглядом побутових відходів вивозять на сміттєзвалища, які
утворюються в ярах, виснажених кар'єрах, лісах і полях.
На звалищах утворюється фільтрат і звалищний газ, які є основними
джерелами забруднення довкілля [32–35]. Фільтрат утворюється в результаті
накопичення атмосферних опадів в середовищі твердих побутових відходів. Він
складається з продуктів розпаду, різних отруйних органічних сполук, важких
металів, має неприємний запах. Фільтрат, що проникає в грунт, унеможливлює
його подальше використання [34]. Звалищний газ отримується в результаті
бродіння твердих побутових відходів на полігоні і складається в основному з
метану і вуглекислого газу, а також різних токсичних сполук, що виділяють
неприємний запах [13]. Накопичення великої кількості газу може призвести до
самозаймання, а, отже, і викиду токсичних речовин в атмосферу [35].
Брикетування дозволяє зменшити обсяг сміття, знизити ймовірність виникнення
пожежі, знизити шкоду навколишньому середовищу, а також підвищує зручність
вивезення і використання сміття [39].
На сміттєзвалищах ТПВ створюється сприятливе середовище для
життєдіяльності збудників різних захворювань, а також різних паразитів, гризунів
і птахів [36]. Як наслідок, у населених пунктах поблизу сміттєзвалищ проводяться
мітинги та відбуваються масові заворушення через погану екологічну ситуацію
[37,38].
У сільській місцевості компостування досить поширене, так як там
присутній великий відсоток органічних відходів. За допомогою цього методу
можна утилізувати до 30% відходів споживання. Для перетворення органічних
відходів в компост не потрібне спеціалізоване обладнання або дорогі добавки [15].
Компостування відходів – це природний процес, який відбувається завдяки
організмам в органічних матеріалах і землі, які, живлячись разом або поглинаючи
один одного, переробляють відходи. Цей спосіб також має на увазі сортування
сміття. Далі розкладається органічна частина відходів споживання
мікроорганізмами. Отриманий компост є органічним добривом. При цьому
виділяється вуглекислий газ. Необхідно мати вологе місце в тіні, необхідно
забезпечити відведення вологи [40]. Метод досить простий в реалізації,
маловитратний, дозволяє повторно використовувати відходи і збільшує кількість
корисних мікроорганізмів в грунті. Однак невелика кількість придатних відходів
унеможливлює використання компостування повсюдно, особливо на полігонах з
твердими побутовими відходами, а в деяких випадках сприяє залученню паразитів
і поширенню небажаних рослин.
Близьким до методу компостування є засипка відходів грунтом з метою
отримання біогазу і його подальше використання в якості палива [41]. Біогаз на 2/3
складається з метану – його питома теплотворна здатність становить близько 7000
ккал на м3, що є досить низьким показником, і, відповідно, має низьку
застосовність [41]. на тваринницьких і птахофабриках, так як вони постійні в часі
і легко піддаються збиранню. Тому цей метод не застосовується для масового
захоронення твердих побутових відходів зі сміттєзвалищ. Крім того, цей метод не
вирішує екологічні проблеми з антропогенними викидами та проблеми зі
збільшенням площі полігону [41].

1.2. Технології та методи утилізації відходів у сировинній галузі
Відпрацьовані нафтопродукти - це речовини, що утворюються в процесі
виробництва різних горючих матеріалів, або паливно-мастильних матеріалів, які
втратили свої споживчі властивості [44]. Основні промислові горючі відходи
представлені в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1. Промислові відходи в 2015 році [42]
Найменування груп Утворення Використані Нейтралізація
відходів відходів, тонн відходи, тонн відходів, тонн
Відходи нафтопродуктів 530613.88 253647.16 255959.23
Інші нафтовмісні відходи 5715714.22 3204228.135 1344110.119

Зола, шлаки, відходи 23445469.06 4411881.30 113.29
вуглезбагачення

Під час використання масел вони забруднюються пилом, частинками металу,
волокнами матеріалу, краплями води. При цьому змінюється якість оригінальних
масел, і вони стають непридатними для подальшого використання, вимагаючи
заміни [12].
Відпрацьовані нафтопродукти часто використовуються повторно. На
спеціалізованих заводах їх початкові властивості відновлюються, а потім
використовуються повторно. Однак більшість підприємств таких заходів не
проводять, а відпрацьовані масла зберігають на складах або утилізують [44].
Всі види відпрацьованих масел становлять велику небезпеку для
навколишнього середовища, оскільки містять хімічні компоненти, багато з яких
відрізняються високою токсичністю. Накопичені на підприємствах масла
зберігаються в металевих або пластикових ємностях, встановлених на металевих
піддонах. Причинами забруднення навколишнього середовища відпрацьованими
маслами є численні випадки розливів, витоків, несанкціонованого або випадкового
зливу. Таке забруднення завдає великої шкоди народному господарству,
природному середовищу, флорі і фауні. Крім того, відпрацьовані масла здатні до
самозаймання і самозаймання. Тому тривале зберігання таких відходів є
небезпечним [43].
Утилізація нафтовмісних відходів супроводжується відстоюванням і
фільтрацією. Застосовується термомеханічне розділення на фракції, а також
обробка графинами. Такі процедури призводять до утворення забруднених нафтою
стічних вод і вторинних відходів [15].
Зола, отримана після спалювання вугілля, використовується у виробництві
таких будівельних матеріалів, як цемент і бетон. На придатність золи для
будівельних цілей впливає наявність в ній шкідливих компонентів, які негативно
впливають на здоров'я людини, або погіршують будівельні характеристики [43].

1.3. Утилізація відходів у камерах згоряння електростанцій та на
сміттєспалювальних установках
Під час спалювання сміття згорає без залишку і частково вбирає токсичні
речовини. Спалювання здійснюється в сміттєспалювальних заводах, або
технологічний піроліз і газифікація відходів. Температура протікають процесів
відповідає діапазону 850−2500 °C [15]. Спалювання відходів застосовується
переважно в країнах з вираженою нестачею вільних площ, придатних для звалищ,
наприклад, в Японії та Європі (Німеччина, Бельгія, Нідерланди, Швейцарія,
Швеція, Австрія, Данія).
При пошаровому спалюванні всі відходи, що надходять, спалюються і
проводиться мінімальна попередня обробка. Це найбільш поширений і вивчений
метод спалювання відходів [15]. Тому відомо велика кількість переваг і недоліків
даного виду горіння. Переваги полягають в тому, що метод досить простий і не
вимагає складного сортування, а вироблене тепло можна використовувати для
вироблення електроенергії і опалення. Недоліком є те, що потрібне освоєння нових
способів спалювання. У зв'язку з їх високою токсичністю необхідно
встановлювати пристрої для уловлювання забруднюючих речовин, як твердих, так
і газоподібних. Вартість пристроїв відновлення досягає 50% від капітальних
витрат спалювального комплексу, і більш того, вони вимагають постійної заміни
[15]. Забруднення грунту діоксинами після пошарового спалювання робить
навколишні території непридатними для життя людини. Саме з цим пов'язане
масове закриття сміттєспалювальних заводів у Європі та США. Концентрація
діоксинів у ґрунті буде збільшуватися з кожним роком протягом усього його
життєвого циклу, оскільки діоксини природним чином розкладаються в грунті не
менше 100 років [15].
Ще однією відомою технологією переробки вуглеводневої сировини є
виробництво піролізного і синтез-газу (в процесі термічного розкладання
(піролізу) або часткового окислення), який використовується для виробництва
спиртів і синтетичних матеріалів. Горіння відбувається при температурі 400-600
⁰С. До складу такого синтез-газу пред'являються відносно високі вимоги:
співвідношенняН2/СО має бути 2:1, сумарний обсяг домішок (СО2, С2Н4, С2Н2,
СН4), включаючи смоли, не повинні перевищувати 1%. При переробці твердих
побутових відходів в рамках відомих технологій генерації синтез-газу, як правило,
не вдається забезпечити виробництво продукту з такими характеристиками, в
складі якого смоли в досить великих кількостях. Тому такий синтез-газ із твердих
побутових відходів переважно спалюється для отримання теплової енергії. Однак
при реалізації даного способу утилізації твердих побутових відходів підвищена
увага повинна приділятися вирішенню питань вибухопожежної та пожежної
небезпеки технологічного процесу при зберіганні і транспортуванні горючого газу
[48].
Біогаз з твердих побутових відходів можна отримати і за допомогою
технології гідросепарації [49]. На жаль, ця технологія поки не реалізована, є лише
експериментальні дані. Такі підходи менш шкідливі, ніж при спалюванні на
колосникових гратах і в шаруватих печах. Однак широкого поширення вони поки
не набули через складного технологічного процесу.
Високотемпературні та електроплазмові технології спалювання твердих
побутових відходів є найбільш екологічними, оскільки при температурах процесу
вище 1300 °С найбільш шкідливі речовини (діоксини та фурани) повністю
розкладаються на найпростіші компоненти [18]. Тому немає необхідності
використовувати дорогі системи очищення димових газів. Але для підтримки
відносно високої температури в печі необхідно використовувати спеціалізоване
термічне або електроплазмове обладнання. Як правило, для забезпечення роботи
такого обладнання витрачається якісне паливо або енергія витрачається в більшій
кількості, ніж вона виділяється при спалюванні твердих побутових відходів.
Незважаючи на очевидну екологічну перевагу електроплазмових технологій для
захоронення твердих побутових відходів при температурах в реакторі об'ємом
понад 1300 °С, вони не знайшли широкого застосування на практиці і
застосовуються в основному для захоронення небезпечних медичних відходів [47].
Резюмуючи вищесказане, можна відзначити, що за останні 25-30 років була
розроблена велика група різних підходів до утилізації твердих побутових відходів.
Значний внесок зробили такі відомі фахівці, як: Тугов А.М., Москвічев В.Ф. [13]
(які вивчали взаємопов'язані фізико-хімічні процеси та розробили технології
енергетичної утилізації побутових відходів на теплових електростанціях);
Мессерле В.Є., Моссе А.Л., Устименко А.Б. [17] (розробка технологій плазмової
газифікації ТПВ з використанням кисневої нерівноважної плазми); Алексєєнко
С.В. та ін [11], (розробка електроплазмових систем для переробки або газифікації
органічних відходів продуктивністю 10-20 кг/год з виробництвом синтез-газу) та
ін. Однак використання установок і отриманих експериментальних даних
ускладнюється низькою рентабельністю практично всіх існуючих рішень [13].
Мінімальні витрати на впровадження мають бути визначальним фактором у
використанні твердих побутових відходів для виробництва енергії.

1.4. Складнощі утилізації побутових відходів
В Європі технології переробки відходів досить широко поширені,
наприклад, в Данії та Швеції [50, 51]. Разом з тим, у деяких країнах (зокрема, у
Франції, Італії, Східній Європі) практика переробки відходів не набула
загальнонаціонального масштабу. Ресурсна самодостатність є одним з факторів,
що стримують поширення переробки відходів [13]. Великі запаси нафти, газу та
вугілля, у тому числі ще не розвідані [7]. Тому ідея отримання енергії з твердих
побутових відходів не знаходить підтримки серед промислових підприємств.
Практично всі системи переробки твердих побутових відходів в енергетичних
цілях вимагають значних капітальних витрат і субсидій [52]. Крім того, необхідні
значні інвестиції в інфраструктуру переробки ТПВ [53].
Незважаючи на значну кількість сміття, виробляти великі обсяги
електроенергії може бути складно. У Данії та Швеції компаніям навіть доводиться
купувати сміття за кордоном, щоб спалювати його для виробництва енергії. Інша
проблема стосується реалізації отриманої теплової або електричної енергії в
умовах її надлишку, так як може існувати низький попит на отриману енергію [54].
При нинішній системі тарифів вигідніше вивозити сміття на сміттєзвалища.
Наприклад, у США утилізація ТПВ на звалищі коштує $1000 за тонну. На даний
момент вивезення сміття є єдиним вигідним елементом в системі роботи з
твердими побутовими відходами. Деякі перевізники вважають за краще не
доставляти відходи на полігон, а вивантажувати їх в ліс і поля [57].
Закриття і ліквідація сміттєзвалищ, перенесення на більш віддалену відстань
в разі скарг з боку населення, наприклад, при розширенні сміттєзвалища або
розширенні житлової площі, в деяких випадках, навпаки, призводять до
негативних наслідків. У зв'язку з відсутністю регульованих сміттєзвалищ, або їх
значною віддаленістю, утворюються нелегальні сміттєзвалища [55]. У деяких
випадках населення активно виступає проти будівництва сміттєспалювальних
заводів. Крім того, з тих пір, як великі компанії, такі як Coca-Cola, почали
переходити зі скляної тари на одноразову, основною сировиною для них став
пластик. Це дозволило найбільшим транснаціональним компаніям значно
скоротити витрати і збільшити прибуток. Однак з середини минулого століття
сміття стало набагато більше [56, 57]. Дуже складно змусити компанії, які
виробляють значну кількість сміття, займатися його утилізацією. Як наслідок,
проблема утилізації твердих побутових відходів стоїть дуже гостро, запропоновані
методи рясніють недоліками і саботуються на різних етапах. Потрібні нові
ефективні рішення та якісний контроль за ними.
Перспективним методом у цьому напрямку є метод утилізації твердих
побутових відходів шляхом включення їх як горючого компонента до складу
рідких композиційних палив [14]. Ліквідація залізниці являє собою суміш двох і
більше компонентів в різних пропорціях, одним з яких обов'язково є горючий
елемент (вугілля і буре вугілля, торф, відходи вуглезбагачення, нафтовий кокс і
т.д.). Застосування ЕПТ має ряд позитивних переваг [14]:
• Одержуване паливо має набагато більш сприятливі умови в плані
використання енергії, ніж кожен з вихідних компонентів. Відомо, що ТПВ, в
порівнянні, наприклад, з вугіллям, горить набагато гірше і досягає більш низьких
температур. Застосовуючи CAL, можна досягти тих же високих температур, що і
при спалюванні вугілля [59];
• залучення твердих побутових відходів до складу ОСББ є більш екологічним
(тобто зі значно меншою кількістю шкідливих газів) у порівнянні з безпосереднім
спалюванням твердих побутових відходів. Витрати на оновлення фільтрів можуть
бути значно знижені [60];
• крім твердих побутових відходів, до складу КРП входять відходи збагачення
вугілля, що також є великою проблемою, але для промисловості. Відходи
вуглезбагачення мають значні запаси, особливо в регіонах з великим видобутком
вугілля [61];
• Крім відходів вуглезбагачення, до складу залізничної ліквідації можуть
входити відпрацьовані мастила та інші горючі суміші, які зберігаються у великих
обсягах на підприємствах і не використовуються [62];
• будівництво нового сміттєспалювального заводу не є необхідним для
використання Залізничного залізничного комплексу. Цього достатньо
модернізувати топкову камеру і систему підготовки палива на діючих котельнях
великої і малої генерації електроенергії [63];
• завдяки використанню КРП можна значно заощадити на паливі, що
використовується в котельнях в даний момент, за рахунок того, що тверді побутові
відходи, а також відпрацьовані мастила і відходи вуглезбагачення є, по суті,
безкоштовним енергетичним ресурсом;
• Завдяки рідкій консистенції КРП може використовуватися для переміщення
з місця виробництва до місця спалювання за допомогою використання
трубопровідного, залізничного та інших видів транспорту [64].

Висновки з першого розділу
1. Високі темпи утворення та відкритого зберігання твердих побутових
відходів є глобальною екологічною проблемою. Існуючі методи утилізації мають
багато недоліків і об'єктивно не можуть суттєво зменшити обсяги твердих
побутових відходів, що зберігаються. Як наслідок, на даний момент найбільш
поширеним є захоронення твердих побутових відходів на полігонах.
2. Незважаючи на активні дослідження, що проводяться в останні роки,
питання переробки та утилізації відходів до кінця не вирішене. З більш ефективних
методів практикується шарове спалювання на сміттєспалювальних заводах, але
пряме спалювання твердих побутових відходів пов'язане з низкою економічних,
екологічних та соціальних проблем.
3. Ситуація, що склалася, вимагає розробки нових ефективних та економічно
привабливих технологій, а також методів, які не тільки сприятимуть виробництву
енергії з максимально можливою екологічною безпекою, а й ефективно утилізувати
тверді побутові відходи, накопичені обсяги яких з кожним роком збільшуються.

РОЗДІЛ 2. МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ВИКОРИСТОВУВАНІ
ВИПРОБУВАЛЬНІ СТЕНДИ

МКР 25.144.89 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Погрібний Літ. Арк. Акрушів
Розділ 2
Перевір. Чичужко
Реценз.
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-45
Затверд. Калейніков
РОЗДІЛ 2. МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ВИКОРИСТОВУВАНІ
ВИПРОБУВАЛЬНІ СТЕНДИ

2.1. Планування експериментальних досліджень
Існує група методів вивчення процесів займання і подальшого згоряння
крапель в різних умовах, перспективних для котельних установок великих і малих
електростанцій підвісок ВВП і ОВВП: на нагрітій масивній поверхні [65-67]; за
допомогою випромінювання [68] і іскрового розряду [69] (умови, близькі до
радіаційного нагріву); шляхом підвішування краплі на стику термопари і власників
в нагрітому газовому потоці [68] (конвективне опалення). Відомі також результати
досліджень займання і горіння вільно падаючих крапель перспективних суспензій
ВВП і ОВВП по циліндричному каналу в ламінарному потоці нагрітого повітря в
діапазоні температур від 1000 до 1200 ° С [70, 71], а також плаваючих крапель. Ці
методи дозволяють виключити вплив власника на підвішування краплі [12]. Однак
проведені експерименти показали слабкий вплив цього фактора в разі
використання малоінерційної термопари.
Крім впливу матеріалу держателя на характеристики займання крапель
підвісок ВВП і ОВВП велике значення мають умови нагріву, в яких спалюється
досліджуване паливо. Відомі результати досліджень процесів займання і згоряння
крапель різних видів палива в умовах конвективного нагріву в потоці нагрітого
повітря [59], а також в умовах променистого нагріву [21]. Для практичного
застосування найбільший інтерес представляють результати дослідження процесів
займання крапель композитного рідкого палива в умовах конвективного нагріву.
Однак використання різних експериментальних методів дозволяє виконати більш
повний аналіз впливу різних умов взаємодії крапель з навколишнім середовищем
при нагріванні на характеристики процесу займання.
Також однією з основних вивчених характеристик є концентрація
антропогенних викидів, що утворюються при спалюванні підвісок ВВП і ХВВП
[63]. Для вивчення антропогенних викидів використовується група підходів до
спалювання палива [63]: шаровий; Світло смолоскипів; Вихрові; в киплячому
(киплячому) шарі. Оптимальним рішенням, з урахуванням лабораторних
обмежень, є перехід на шарові умови горіння. Він забезпечує можливість
спалювання невеликої кількості палива вагою від 1 до 2 г (для повного згоряння).
Утворені продукти згоряння (димові гази) концентруються в невеликому обсязі
камери згоряння, що значно спрощує процес реєстрації концентрацій
антропогенних викидів за допомогою сучасних газоаналізаторів.

2.2. Характеристика та властивості складових частин залізничного
транспорту
В якості основного компонента залізничної рідини використовується
вугільний пил, змішаний з водою, або відходи вуглезбагачення (фільтрувальний
осад). Фільтрувальний осад отримують шляхом обробки вугільної породи
водним розчином в спеціальних резервуарах і фільтр-пресах. Після цієї
процедури (метод флотації [63]) фільтрувальний осад складається з
дрібнодисперсних частинок вугілля (близько 100 мкм), змішаних з водою. Як
правило, на вуглезбагачувальних заводах отриманий фільтрувальний осад
зберігають на відкритих полігонах. Це призводить до забруднення великих
територій вугільним пилом і погіршення екологічної обстановки. В рамках
дослідження до складу залізничних відходів було додано подрібнені (близько 140
мкм) тверді побутові відходи. Для посилення процесу займання в КРП в деяких
експериментах додавали відпрацьоване рідке паливо. Додавання твердих
побутових відходів або відпрацьованих масел не перевищувало 20% від
загальної маси РРТ, так як при перевищенні цього порогу отримана суміш
ставала занадто в'язкою і не була придатна для використання в якості рідкого
палива. Також для поліпшення реологічних властивостей в деяких
експериментах використовувався пластифікатор, його наявність в складі не
перевищувало 1-2%.
У таблицях 2.1–2.3 наведені основні властивості досліджуваних
компонентів ЕПТ.

Таблиця 2.1. Характеристики компонентів [19]
Компонент Qa s, Vdaf, % Ad, % Wa, %
МДж/кг
Вугілля 3Б 23.36 46.62 3.85 15.52
Вугілля 2Б 22.91 47.63 4.12 14.11
Вугілля 1Б 17.30 61.47 22.84 10.15
Кокс К 24.83 23.08 26.46 –
Уголь К 29.76 27.03 14.65 2.05
Кокс С.С. 15.23 30.16 50.89 –
СС Вугілля 26.23 27.40 21.68 2.76
Кокс Т 26.92 16.09 21.20 –
Кам'яне вугілля Т 27.65 15.07 18.07 2.89
Уголь Д 24.82 40.19 8.52 10.09
Залишки після піролізу автомобільних 26,44 20,14 13,10 1,39
шин
Ліс 16.45 – 2.0 20.0
Харчові відходи (картопляні очистки) 16.91 – 1.0 78.6
Гумові 33.50 – 1.8 2.0
Пластикові 22.00 – 0.2 2.0
Картон 17.50 – 3.0 5.0

Таблиця 2.2. Елементний склад компонентів палива [13]
Компонент Оdаф, % Hdaf, % Sdaf, % Ndaf, % Cdaf, %
Вугілля 3Б 17.25 7.201 0.304 0.71 74.52
Вугілля 2Б 18.99 6.516 0.435 0.79 73.25
Вугілля 1Б 27.13 6.896 0.384 0.62 64.86
Кокс К 4.46 5.090 1.022 2.05 87.20
Уголь К 12.70 4.486 0.868 1.84 79.79
Кокс С.С. 4.77 5.039 0.444 2.15 87.47
СС Вугілля 15.32 4.783 0.326 1.93 77.30
Кокс Т 2.77 4.255 0.441 2.31 90.13
Кам'яне вугілля Т 5.03 4.104 0.526 2.23 87.97
Уголь Д 13.64 6.253 0.347 2.27 77.46
Ліс 43.4 6.0 0.1 0.2 50.3
Харчові відходи (чищення 49.1 6.5 0.2 2.1 42.1
картоплі)
Гумові – 1.2 0.6 0.3 97.9
Пластикові 25.4 7.9 – – 66.7
Картон 46.9 6.3 0.2 0.3 46.3

Таблиця 2.3. Основні характеристики відпрацьованих масел [19]
Відпрацьовані Qa s, Ad, % tign, °C Wa, % tf, °C ρ, кг/м3
мастила МДж/кг (20 °C)
Двигун 44 0.78 218 0.28 132 871
Турбіна з 45.1 0.03 245 – 217 869
домішками
Турбіна 44.99 0.03 193 – 175 868
Трансформатор 44.98 – 169 – 159 877
Трансформатор з 43.08 0.01 108 < 0,03 83 861
домішками

2.3. Спосіб приготування КРП
Тверді побутові відходи (картон, дерево, гума, пластик) подрібнювалися
індивідуально за допомогою ріжучого млина SW-2 (швидкість ножа: 30 000
об/хв). Отримані зразки різних твердих побутових відходів просіяли через сито
зі стандартним розміром вічок 140 мкм за стандартом ISO 3310:2000. Так, для
приготування паливних композицій використовувалися компоненти
(фільтрувальний Кокс і ТПВ) з розмірами частинок менше 140 мкм.
Далі були підготовлені паливні склади для експериментів. Приготування
сумішей КРП проводилося при температурі 20 °С, тиску 101,3 кПа і вологості
80%. Компоненти палива змішували в баках об'ємом 0,2 л зі змішувачем DC-
600RM (HT Machinery, Японія-Тайвань) при 600 об/хв протягом 15 хвилин
84RCE, потім поміщається в змішувальний бак. Перемішування компонентів
емульсії тривало протягом 3 хвилин, потім в олійно-водну емульсію вводили
вуглецеву складову відповідно до необхідної відносної масової концентрацією, і
компоненти перемішували до однорідної структури. Тривалість перемішування
суспензії становила 10 хвилин. Підготовлені зразки ОВВП об'ємом близько 0,25
дм3 поміщали в скляні герметичні ємності. В'язкість паливних складів,
виміряних роторним віскозиметром ЕАК-1М при температурі близько 20 °С,
коливалася в межах 0,2–0,25 Па∙с з урахуванням варіації концентрації вугілля в
складі ОВВП від 45% до 60%.

2.4. Використовувані експериментальні стенди
Дослідження процесів займання і згоряння крапель композиційного рідкого
палива проводилися з використанням трьох експериментальних стендів (рис. 2.1-
2.3). Стенд No 1 дає можливість реалізувати умови конвективного променистого
нагріву стаціонарної краплі палива в муфельній печі з температурою, що
змінюється в діапазоні 400-1000 ° С. Стенд No 2 дає можливість реалізувати умови
конвективного нагріву аналогічного падіння палива в нагрітому повітряному
потоці (3 м/с) при зміні його температури в межах 400-700 °С. Стенд No 3
використовувався для аналізу концентрації шкідливих газів в газоподібних
продуктах згоряння палива. Використання різних експериментальних методів
дозволяє виконати більш повний аналіз впливу різних умов взаємодії крапель з
навколишнім середовищем при нагріванні на характеристики процесу займання
палива. При близьких до граничних режимах займання характеристики
індукційного періоду будуть досить істотно залежати від закономірностей фазових
перетворень при різних механізмах передачі тепла краплі рідини [21].
Перевагою стенду No 1 є широкий діапазон варіацій температур. Його
значення можуть перевищувати 1000 °С. Такі температури характерні для
технологічних процесів спалювання твердого палива в топках котлів [57]. В
умовах інтенсивного нагрівання краплі палива підвищення температури
окислювача понад 1000 °С надає менш значний вплив на зміну часу затримки
запалювання. Отже, верхня межа діапазону коливання температури становить
1000 °С. На іншому стенді верхня межа діапазону коливання температури
окислювача становить 700 °С, що обумовлено технічними характеристиками
опалювального обладнання. Стенд No 2 дає можливість моделювати процеси
взаємодії крапель палива з потоком нагрітого повітря в лабораторних умовах [14].

Муфельна
піч
Крапля Високошвидкістна
Координатний палива на відеокамера
механізм тримачі
Реєстратор
Блок управління температури
координатним Термопара
механізмом
Комп'ютер
Рисунок 2.1. Схема експериментального стенду No 1 для дослідження
спалювання палива в умовах конвективного і променистого теплообміну

Основна відмінність між експериментальними стендами (рис. 2.1, 2.2)
полягає у використанні різного обладнання для створення умов, необхідних для
займання крапель палива. На стенді No 1 (рисунок 2.1) в якості такого обладнання
використовувалася трубчаста муфельна піч Nabertherm R 50/250/13. У стенді No 2
(рисунок 2.2) нагрітий повітряний потік генерувався нагрівачем LEISTER LE 5000
HT і повітряним вентилятором LEISTER ROBUST в скляному циліндрі
(внутрішній діаметр 0,1 м, довжина 0,5 м). Температура повітряного потоку на
виході з нагрівача регулюється сигналом вбудованої термопари NSH TXA. Основні
вимірювальні і реєструючі прилади, їх діапазони вимірювань і похибки
представлені в таблиці 2.5.

Координатний Блок керування
механізм координатним
механізмом
Скляний
циліндр
Крапля
паливо для
Власника
Потік
гарячого
повітря Комп'ютер
Високо швидкістна Термопара Реєстратор
відеокамера температури

Рисунок 2.2. Схема експериментального стенду No 2 для дослідження
спалювання палива в умовах конвективного теплообміну

Введення крапель палива в робочу зону здійснювалося за допомогою
координатного механізму (рис. 2.1, 2.2), швидкість руху якого не перевищувала 0,5
м/с для запобігання деформації і зісковзування краплі з керамічного тримача під
час руху. На стенді No 1 (рисунок 2.1) крапля палива була впорскована в керамічну
трубку через один з торцевих отворів по осі симетрії трубки. З боку протилежного
отвору високошвидкісна відеокамера фіксувала процеси, що відбуваються. На
стенді No 2 (рисунок 2.2) крапля палива впорскувалася в скляний циліндр
перпендикулярно напрямку потоку повітря до рівня осі симетрії через отвір,
зроблений в стінці. Відеокамера розташована перпендикулярно напрямку
повітряного потоку.

Таблиця 2.5. Характеристики вимірювальних і реєструючих приладів
Засоби вимірювання та реєстрації Діапазон Помилка
Температура tg в трубчастій (d=0,04 м, l=0,45 м) 20-1200 °C ±1 °C
муфельній печі Nabertherm R 50/250/13
контролювалася вбудованою термопарою (НСХ
TXA)
Температура , tg , що створюється нагрівачем 20-1200 °C ±1 °C
LEISTER LE 5000 HT в скляному циліндрі
(d=0,1 м, l=0,5 м) керувалися трьома термопарами
(НСХ TXA)
Vg швидкість нагрітого повітряного потоку, що 0-30 м/с ±5%
генерується повітряним вентилятором LEISTER
BUST у скляному циліндрі (d=0,1 м, l=0,5
л) контролюється анемометром Megeon 11003
(дальність вимірювання 0-30 м/с, точність ±5%)

При проведенні дослідів в поперечних перерізах, що відповідають
розташуванню краплі палива (рис. 2.1-2.3), температуру газового середовища tg
контролювали за допомогою термопари НШ ТХ. (діапазон температур 0-1100 °C,
точність вимірювання температури понад 400 °C становить ±0,004Т, інерція не
більше 3. Також перед початком дослідів контролювали концентрацію кисню на
цих ділянках, яка становила близько 20%. Для вимірювань використовувався
газоаналізатор Testo 340.
В ході експериментів контролювалися такі параметри: температура (tg)
нагрітого повітря, його швидкість (Vg) в умовах конвективного нагріву, радіус (Rd)
краплі, час горіння краплі. Процеси, що відбуваються при займанні і згорянні
крапель палива, були зафіксовані високошвидкісною монохромною відеокамерою
Phantom Miro M310 закономірностей процесу згоряння і автоматично розрахувати
час затримки запалювання (τd). Значення τd були визначені еволюцією світності
краплі з часом в рамках алгоритму Threshold, реалізованого процедурною групою
програмного забезпечення Tema Automotive. Випадкові похибки для серії з 5–7
експериментів, проведених в ідентичних умовах з довірчим рівнем 0,95, становили
менше 10%.
Під час експериментів краплі палива генерувалися електронним дозатором
Finnpipette Novus зі спеціальною насадкою. За допомогою алгоритмів Tema
Automotive було автоматично виміряно чотири розміри крапель у різних перерізах.
Діаметр крапель становив 1-2 мм. Цей параметр контролювався з початкових
кадрів відеозапису (до нагрівання краплі). При використовуваних налаштуваннях
роздільної здатності високошвидкісної відеокамери вона не перевищувала 4%.
З метою оцінки масштабів збільшення концентрацій антропогенних викидів
при спалюванні паливних складів з додаванням відпрацьованого масла, а також
для аналізу впливу твердих побутових відходів у складі композитного палива на
зміну цих характеристик були проведені експериментальні дослідження в рамках
добре перевіреного методу [63]. Аналіз складу продуктів згоряння газоподібного
палива проводився за допомогою експериментального стенду (рис. 2.3). Був
змонтований газоаналізатор Testo 340 на стенді замість швидкісної відеокамери.
Цей газоаналізатор має чотири датчики: O2 (діапазон 0-25%, похибка ±0,2%,
роздільна здатність 0,01%), CO (діапазон 0-10000 ppm, точність ±10%, роздільна
здатність 1 ppm), NOx (діапазон 0-4000 ppm, точність ±5%, роздільна здатність 1
ppm), SO2 (діапазон 0-5000 ppm, похибка ±10%, роздільна здатність 1 ppm).
Концентрація CO2 (діапазон 0-25%, похибка ±0,2%, роздільна здатність
0,1%) були розраховані газоаналізатором автоматично за значеннями концентрацій
О 2. Зразок палива масою 1 г вводили в попередньо нагріту до заданої температури
муфельну піч. Така мінімально допустима кількість палива обумовлена
технічними характеристиками використовуваного газоаналізатора. Для отримання
достовірних результатів вимірювань необхідно виконати умову про мінімальний
обсяг аналізованих димових газів. печі, був вставлений зонд газоаналізатора для
відбору димових газів. Під час експериментів обидва отвори керамічної трубки
були герметично закриті теплоізоляційним матеріалом для запобігання витоку
димових газів у навколишнє середовище. При ідентичних початкових умовах була
проведена серія з 3-5 експериментів. Отримані результати представлені у вигляді
середніх значень експериментальних даних.

Муфельна
піч
Металева
Відбір проб газу Модульний сітка
зонд

Паливо
Координатний
механізм
Блок керування
Обчислювальний блок координатним механізмом
газоаналізатора
Комп'ютер
Рисунок 2.3. Схема експериментального стенду No 3 для реєстрації
антропогенних викидів

Висновки по другому розділу
1. Визначено різновиди найбільш поширених відходів вуглепереробки,
відпрацьованих мастил та твердих побутових відходів, встановлено їх
характеристики для подальших експериментальних досліджень.
перспективи використання багатокомпонентного палива в камерах згоряння
вугільних котельних установок великої та малої генерації електроенергії.
2. Розроблені експериментальні методики з використанням трьох стендів і
спеціалізованих модельних камер згоряння для вивчення процесів займання
і згоряння крапель ЕПТ зі змінною температурою (до 900 °С) і домінуючим
методом нагріву (кондуктивним, конвективним, радіаційним).
3. Використання трьох експериментальних стендів, сукупність механізмів
подачі енергії на поверхню крапель палива дозволяє врахувати групу
основних факторів і максимально наблизити експериментальні умови до
процесів горіння в котельних установках великої і малої електрогенерації,
тобто забезпечується можливість адаптації результатів досліджень до
водогрійних і парових котельних установок.

РОЗДІЛ 3. РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ПРОЦЕСІВ
ЗАЙМАННЯ ТА ЗГОРЯННЯ КРАПЕЛЬ КОМПОЗИЦІЙНИХ ПАЛИВ З ТПВ
МКР 25.144.89 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Погрібний Літ. Арк. Акрушів
Розділ 3
Перевір. Чичужко
Реценз.
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-45
Затверд. Калейніков
РОЗДІЛ 3. РЕЗУЛЬТАТИ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
ПРОЦЕСІВ ЗАЙМАННЯ ТА ЗГОРЯННЯ КРАПЕЛЬ КОМПОЗИЦІЙНИХ
ПАЛИВ З ТПВ

3.1. Основні характеристики процесів займання і подальших процесів
горіння
У дослідженнях композиційне паливо представляло собою суміш частинок
вугілля (або Кокс) і побутових відходів, води і рідкого горючого компонента. У
реальних камерах згоряння краплі КРП потрапляють у високотемпературне
окислювальне середовище, де випаровується волога (з поверхні, а потім з
пористого каркаса частинок вугілля). Міцний конгломерат частинок вугілля з
високим термічним опором. Встановлено, що в складі залізничних рідин є рідкий
горючий компонент, тоді остання випаровується і запалюється першою. При
досягненні температури займання частинки вугілля в агломераті запалюються. До
кінця процесу випаровування замість краплі утворюється порожниста сфера
(ксеносфера), яка складається тільки з частинок шламу вугільної золи після
вигоряння. У реакції окислення вуглецю бере активну участь волога палива: С +
Н2 -> СО + Н2. Чадний газ СО і водень Н2 вигорають навколо поверхні утвореного
агломерату краплі.
Час затримки запалювання є основною характеристикою процесу
ініціювання горіння палива [18]. Величина цього параметра, як правило, прямо
пропорційна щільності, в'язкості і поверхневому натягу палива, які визначають
якість розпилення палива [18], і обернено пропорційна питомій теплоті згоряння.
Наприклад, більш важкий фракційний склад палива буде погіршувати якість його
розпилення в камері згоряння через підвищення щільності, в'язкості і
поверхневого натягу, що викликає збільшення діаметра краплі і, як наслідок,
збільшення часу затримки займання [18].
Час затримки запалювання багато в чому визначає подальший перебіг всього
процесу згоряння. Якщо час затримки запалювання великий, то кількість палива,
що впорскується в камеру згоряння, збільшується, кількість палива, що
випаровується, збільшується, паливно-повітряна суміш стає більш однорідною,
поліпшується ступінь її хімічного займання підготовки (дроблення і окислення).
Це призводить до інтенсивного згоряння у вибуховому режимі великого обсягу
суміші, що викликає різке підвищення тиску і може привести до виходу з ладу
камери згоряння [18]. Досягнення низького часу затримки запалювання є
важливим завданням під час експериментів. Вирішити цю проблему можна
шляхом варіювання співвідношення компонентів системи ліквідації рідини, а
також режимів нагріву.
Крім часу затримки запалювання, до теперішнього часу залишаються слабо
вивченими умови і особливості процесів згоряння і поширення фронту горіння на
поверхні композитної краплі палива. Чим ширша експериментальна база даних з
основними відомими характеристиками процесів займання і вигоряння паливних
композицій на основі вугілля і відходів нафтопереробки, тим більше можливостей
для достовірного прогнозування умов і характеристик їх ефективного згоряння.

3.2. Аналіз впливу компонентного складу органічно-вугільного палива на
характеристики запалювання
Досліди показали, що краплі композиційного рідкого палива
характеризуються декількома стадіями при нагріванні в потоці окислювача (рис.
3.2.1) [60, 63]. Починається все з інертного нагрівання, потім відбувається
випаровування вологи, потім термічне розкладання твердих горючих компонентів.
Після цього горючі гази змішуються з окислювачем, в результаті газова суміш
запалюється і згорає. Закінчується все нагріванням твердого залишку, його
неоднорідним займанням і згорянням. [61].

tg ,° C t g ,° C
800 800 3
3
600 2 4 600 2 4
400 400
1 Мм 1 Мм

200 200
1 1
0 0
0 10 20 30 40 τ, з 0 10 20 30 40
τ, з а б
t g, °C 3
800
600 2 4
400
1 Мм

200
1
0
0 10 20 30 40 τ, c
в
Рисунок 3.2.1. Зміна температури крапель композитного рідкого палива (Рд≈1 мм)
при взаємодії з потоком гарячого повітря (tg≈600 °C і Vg≈5 м/с) для складів [19]: а
– 50% бурого вугілля марки «В2», 39% води, 10% відпрацьованого моторного
масла, 1% пластифікатора; б – 94% Кокс (вологий) вугілля марки «К», 5%
відпрацьованого моторного масла, 1% пластифікатора; в – 79 % Кокс (вологий)
вугілля марки Т, 20 % моторне масло

Вологість ЕПТ відіграє значну роль в процесі прогріву, впливає на
інтенсивність фазових переходів і окислення продуктів випаровування палива і
продуктів розпаду вугілля. На рисунку 3.2.2 показані терміни затримки займання
композитних крапель рідкого палива (τd) при зміні відносної масової частки води
(φw)). У разі підвищення концентрації води зростає вплив ендотермічних фазових
переходів на інтенсивність фізико-хімічних процесів. Це пов'язано з високим
значенням теплоти фазового переходу (близько 2 МДж/кг).

τ d, з R d= 1, 5 М м
R d= 1 Мм
R d= 0, 5 М м
5
4
3
2 φw , %
0 5 10 15
Рисунок 3.2.2. Час затримки займання краплі в залежності від масової частки води
в складі ОВВП ((79–94) % Кокс (вологий) вугілля марки «К», (0–15) % води, 5%
використаного трансформаторного масла, 1% пластифікатора) [19]

Цілком очевидною є нелінійна зміна часу затримки запалювання на 30–40%
при збільшенні концентрації води на 0<φw<15% у краплі композитного рідкого
палива на 0,5<Rd<1,5 мм. Це пов'язано з відповідною зміною концентрації
легкозаймистої рідини і водяних парів, що видуваються з поверхні композитної
краплі рідкого палива в навколишнє середовище, а також газоподібних продуктів
термічного розкладання органічної частини вугілля щодо концентрації інших
компонентів. З підвищенням температури окислювача вплив фактора підвищення
концентрації води в складі композитного рідкого палива на тривалість займання
послаблювався. Цю особливість можна пояснити тим, що швидкості газофазних і
різнорідних екзотермічних процесів при запаленні краплі композитного рідкого
палива зростають в геометричній прогресії з підвищенням температури джерела
нагріву (відповідно до закону Арреніуса). У свою чергу, залежності цих параметрів
від концентрації компонентів парогазової суміші є поетапними. Тому при
підвищенні температури окислювача зміна концентрації компонентів горючої
суміші надає менш значний вплив на характеристики займання краплі
композитного рідкого палива.
Збільшення масової частки промитого вугілля в композитному рідкому
паливі має протилежний ефект. Збільшення концентрації вугільного пилу
призводить до зміни в'язкості суміші і теплопровідності. В результаті зменшується
час інертного нагріву краплі композитного рідкого палива і збільшується
швидкість протікання всіх наступних стадій займання. На рисунку 3.2.3 показаний
час затримки займання крапель композитного рідкого палива з варіацією масової
частки промитого вугілля (φв).

τ d , з R d= 1 ,5 М м
R d = 1 Мм
R d= 0 , 5 М м
12
8
4
0 φ c, %
0 3 6 9
Рисунок 3.2.3. Час затримки займання краплі в залежності від масової частки
промитого вугілля за складом: ((79–89) % Кокс (мокрого) вугілля марки «К», (0–
10) % кам'яного вугілля марки «К», 10% відпрацьованого моторного масла, 1%
пластифікатора) при tg≈600 °C і Vg≈5 м/с [19]

Встановлені залежності (рис. 3.2.3) можна пояснити впливом
співвідношення теплових ефектів фазових переходів і реакцій окислення при зміні
концентрації компонентів складового рідкого палива. Теплота ендотермічного
фазового переходу (випаровування) більш ніж в десять разів перевищує таку при
процесі термічного розкладання органічної частини вугілля палива під час
інертного нагрівання, щоб ініціювати процес горіння. Концентрація летких
речовин зростає в безпосередній близькості від краплі композитного рідкого
палива, що призводить до прискорення процесів займання газопарової суміші.
Додатковий вплив на зниження τd надає зміна оптичних характеристик краплі
композитного рідкого палива при додаванні вугільного пилу. Коефіцієнт
поглинання зовнішнього випромінювання в цьому випадку збільшується.
Радіаційний (променистий) теплообмін на межі розділу «крапля-окислювач»
посилюється. Сукупність цих факторів призводить до зменшення часу затримки
запалювання на 20-30% при 0<φc<10% і 0,5<Rd<1,5 мм (рис. 3.2.3).
Збільшення концентрації рідкого горючого компонента в композиційних
рідких паливах може призводити як до зменшення (для рецептур на основі Кокс),
так і до збільшення (для складів на основі вугільного пилу) часу затримки
займання. Чим більше розміри крапель, тим сильніше ефект (рис. 3.2.4).
Наприклад, для крапель з Rd≈0,5 мм скорочення часу затримки займання не
перевищує 15% при 0<φf <15%), а для крапель з Rd≈1,5 мм зміна τd може становити
до 30% при однакових умовах.

τd , з Rd = 1, 5 М м
Rd = 1
20 М м
Rd = 0 , 5 М м
15
10
5
0 φf , %
0 5 10 15
Рисунок 3.2.4. Час затримки займання краплі в залежності від масової частки
відпрацьованого масла в складі композитного рідкого палива для різних розмірів
крапель за складом: ((84–99) % Кокс вугілля марки «К», (0–15) %
відпрацьоване турбінне масло, 1% пластифікатор) при TG≈600 °C, Vg≈5 м/с [19]
Рисунок 3.2.5 ілюструє ступінь впливу розмірів частинок вугільного пилу в
композитному рідкому паливі на інтенсивність процесу займання.
τ d, з 200 м км
140 м км
80 м км
16
12
8
0 t g, °C
400 450 500 550
Рисунок 3.2.5. Час затримки займання крапель як функція температури для різних
розмірів частинок вугільного пилу (49% вугілля "К", 45% води, 5%
відпрацьованого моторного масла, 1% пластифікатора) при Rd≈1 мм і Vg≈5 м/с
[19]

Отримані дані (рис. 3.2.5) корелюють з теоретичними наслідками чисельних
досліджень [19], де в результаті математичного моделювання процесу займання
одиничних частинок вугілля при конвективному нагріванні встановлено значний
вплив їх розмірів на умови і характеристики процесу. Показано[19], що тривалість
процесу нагріву (τd≈20 с) відносно велика (Rd→0,5 мм) частинок вугілля значно
перевищує час затримки займання (τd≈5 с) при Рд→0,05 мм. У зв'язку з
ендотермічним характером процесу виділення летких речовин значно знижується
температура (на 50-150 ° С) газової суміші в безпосередній близькості від
частинки. Більші перепади температури характерні для відносно великих частинок
вугілля. При збільшенні концентрації продуктів термічного розкладання
збільшується виділення енергії в результаті прискорення реакції окислення.
температура на межі «частинка-окислювач» і прискорення нагріву глибоких шарів
частинки. Стабільне займання відбувається при досягненні критичних значень як
температури, так і летких речовин в окислювальному середовищі. Аналогічні
ефекти впливають на час затримки займання складів композитного рідкого палива,
що містять частинки вугілля.
Тривалість приготування паливного складу також може сильно впливати на
інерційність процесу займання композитних крапель рідкого палива. При цьому на
властивості палива впливає не тільки час приготування композитних
рідкопаливних композицій, але і тип використовуваного сучасного обладнання
(кавітатори або гомогенізатори). На рисунку 3.2.6 показані терміни затримки
займання складових крапель рідкого палива при тривалості процесу приготування
варіюється від декількох хвилин до декількох годин.

Рисунок 3.2.6. Час затримки запалювання краплі композиційного рідкого палива в
залежності від температури при різній тривалості приготування складу [19]: а –
кілька хвилин (94% КОКС (мокрого) вугілля марки "К", 5% відпрацьованого
моторного масла, 1% пластифікатора) і б – кілька годин (54% вугілля марки "Т",
40% води, 5% відпрацьованого турбінного масла, 1% пластифікатора) при Рд≈1
мм, Vg≈5 м/с

З рисунка 3.2.6а видно, що час приготування рецептури (тривалість роботи
гомогенізатора) істотно впливає на час затримки займання композитного рідкого
палива, що вказує на необхідність тривалого приготування рецептур і, отже, на
збільшення собівартості продукції за рахунок електроенергії. Однак рисунок
3.2.6б показує, що існує певне оптимальне (з точки зору необхідних ресурсів для
приготування палива і особливостей процесів займання одержуваних паливних
складів) часу приготування композитного рідкого палива. З графіка стає зрозуміло,
що достатня тривалість процесу приготування становить не більше 1 години, якщо
паливо планується спалювати при високих (>900 °C) температурах.
З рисунків 3.2.2-3.2.6 можна зробити кілька висновків. По-перше, при зміні
концентрації композитних компонентів палива спостерігається зовсім інший
вплив на тривалість етапів займання. Наприклад, збільшення концентрації
якісного промитого вуглецю в композитному рідкому паливі призводить до
зменшення часу затримки запалювання, а також до збільшення часу згоряння і
температури горіння. стабільне ініціювання згоряння паливних складів. Тому при
варіації концентрації компонентів доцільно виділити основні цілі - мінімізація
ресурсів при займанні паливного складу або підвищення теплових ефектів від
процесу згоряння. По-друге, характеристики твердої складової композитного
рідкого палива (вміст вологи і летких речовин вугілля) є визначальними в процесі
газофазного згоряння суміші продуктів випаровування рідкої горючої складової і
термічного розкладання органічної частини вугілля, а також неоднорідного
згоряння коксового залишку. Останні параметри визначають швидкості нагріву
складів і швидкості впорскування горючих газоподібних компонентів в
приповерхневий шар композитної краплі рідкого палива. Ці параметри відіграють
вирішальну роль у визначенні швидкостей відповідної хімічної реакції (газофазної
і неоднорідної). По-третє, більшу частину тривалості τc складають тимчасові
значення τd. Тому вирішальну роль у згорянні композиційного рідкого палива
відіграють стадії, що передують неоднорідному згорянню коксового залишку. Для
оптимізації процесів спалювання композитного рідкого палива в енергетиці та
інших галузях промисловості доцільно мінімізувати τd (в тому числі за рахунок
підбору оптимальних концентрацій і характеристик компонентів в складі палива).
Досліди показали, що зменшення розміру крапель (Rd) призводить до
збільшення мінімальних температур окислювача (tglim), необхідних і достатніх
для займання композитного рідкого палива. Їх значення для досліджуваних складів
композитного рідкого палива коливалися в діапазоні від 400 до 600 °C. При
збільшенні Rd Підвищується концентрація продуктів термічного розкладання і
випаровування рідких, горючих і негорючих компонентів, що видуваються з
поверхні краплі в навколишнє середовище. В результаті швидкість реакції
окислення парогазової суміші збільшується щодо аналогічних значень для більш
дрібних крапель. Це можна пояснити тим, що граничні температури окислювача
tglim на 80–110 °C нижчі при Rd≈1,5 мм щодо Rd≈0,5 мм.
При порівнянні затримки займання і часу повного згоряння композитних
крапель рідкого палива з різними розмірами були встановлені цілком очевидні
закономірності. Зі збільшенням розмірів крапель значення τd і τc нелінійно
збільшувалися в міру збільшення розмірів крапель. Чим більше розмір крапель
композитного рідкого палива, тим більше часу потрібно для його прогріву до
досягнення умов займання. У всіх дослідах ініціація горіння відбувалася тільки
після практично повного випаровування вологи з приповерхневого шару краплі
складу палива. Отже, можна зробити висновок, що при пошуку оптимальних
параметрів згоряння композитного рідкого палива доцільно встановити
відповідність між розмірами крапель, температурами окислювача, а також
властивостями і концентраціями основних компонентів. Виділені особливості
займання композитних рідких палив дозволяють зробити висновки про великі
перспективи використання таких видів палива для ефективної утилізації великої
групи твердих і рідких відходів вугільної та нафтопереробки, а також відходів
нафтохімічної, енергетичної та транспортної промисловості.

3.3. Умови займання вуглеорганічного палива на основі вуглецю
Залишки від піролізу автомобільних шин
Проведені експерименти дозволили встановити типові стадії горіння
крапель розглянутих складів OVUT. Ці етапи цілком узгоджуються з сучасними
уявленнями про процеси займання і горіння вибухонебезпечних речовин [63].
Однак встановлені і специфічні особливості. При запалюванні ОВВП
реалізуються такі процеси: нагрівання приповерхневого шару краплі і
випаровування вологи (зображення краплі візуально змінюється з глянцевого на
структурно неоднорідне); нагрівання частинок вуглецевого залишку та його
термічне розкладання; утворення в тонкому приповерхневому шарі суміші водяної
пари і рідкого горючого компонента, а також газоподібних продуктів термічного
розкладання органічної частини вуглецевого залишку (летючих); газофазне
займання цієї суміші; нагрівання коксового залишку і його неоднорідне займання.
Відмінністю від ВВП [63] є стадія газофазного займання. Більш високі
температури і більш короткі тривалості цієї стадії були зареєстровані для ОВВП в
порівнянні з ВВП [63]. Це відбувається за рахунок інтенсивного випаровування
рідкого горючого компонента. Тепловий ефект від цих процесів можна порівняти
з виходом летких речовин і значно менше, ніж при випаровуванні води. У разі
підвищення концентрації рідкого горючого компонента в складі ОВВП ефект
ізольованого ефекту зростає (супроводжується появою джерела факела) [18].
Високошвидкісні вимірювання термопар показали, що на стадії нагрівання
крапель і випаровування вологи з приповерхневого шару температура tg зростає
досить монотонно. Вплив ендотермічних перетворень призвело до деякого
уповільнення зростання tg, але його монотонність залишалася (цей результат
добре узгоджується з відомими даними для ВВП [63]). Це пов'язано з відповідними
нелінійними залежностями [19] швидкостей хімічної реакції від температури в
газовій і твердій фазах. Після досягнення екстремальних значень tg було
зафіксовано монотонне зниження, що ілюструє вигоряння коксового залишку.
досяг значення, що відповідає температурі окислювача. Ці умови ілюстрували
завершення процесу прогорання залишку коксової печі і всього згоряння паливної
краплі в цілому.
На рисунках 3.3.1–3.3.3 показані затримка займання та час повного згоряння
крапель ОВіК при зміні визначальних параметрів у широкому діапазоні, що
відповідає типовим пристроями згоряння енергетичних установок. Загальні
висновки можна зробити для всіх кривих, наведених на рисунках 3.3.1–3.3.3. По-
перше, це діапазони зміни величини τd і τc дуже широкі (цей ефект ілюструє великі
можливості оптимізації процесів). По-друге, майже всі залежності нелінійні
(ілюстрація домінуючої ролі фазових перетворень і хімічної реакції в порівнянні з
інертним нагріванням). По-третє, більша частина часу повного згоряння становить
τd (підкреслює важливість інтенсифікації початкового етапу для оптимізації всього
процесу горіння). По-четверте, зміни концентрацій компонентів можуть впливати
на час τd і τc в різних масштабах.

400 500 600 700 0,5 0,8 1,2 1,4 і
B
Рисунок 3.3.1. Час затримки займання (суцільні лінії) і часу повного згоряння
(пунктирні лінії) крапель ОВВП в залежності від температури (при Рд≈1 мм і
Vg≈3,5 м/с) окислювача (а) і розміру (при tg≈900 °C і Vg≈3,5 м/с) крапель (б) для
відпрацьованих масел [19]: 1, 4 – моторне масло; 2, 5 – турбіна; 3, 6 –
трансформатор
Проведені експерименти показали, що мінімальні температури повітря,
достатні для стабільного займання розглянутих складів OVUT, становлять 400–470
°C. При цьому була виявлена важлива особливість – граничні температури нижчі
у разі великих крапель (наприклад, різниця для крапель розмірами 0,5 мм і 1,5 мм
може досягати 50–60 °C). Такий неочевидний результат обумовлений значним
впливом концентрації горючих компонентів (продуктів термічного розкладання і
парів легкозаймистих рідин) на умови газофазного займання і нагрівання
коксового залишку.

14 τ d , з 14
τ d ,
τ c, з
з
τ c , з
12 12
10 10
8 8
6 6
4 φ l , % 4 φ c , %
4 8 12 16 44 48 52 56
а) б)
Рисунок 3.3.2. Затримка запалювання (суцільна лінія) і час повного згоряння
(пунктирна лінія) крапель OVUT при Rd≈1 мм, Vg≈3,5 м/с, tg≈900 °C в залежності
від [19]: від масової частки відпрацьованого моторного масла (а) і від масової
частки вуглецевого залишку (б)

Рисунок 3.3.2 ілюструє ступінь впливу визначальних компонентів на
характеристики запалювання. Можна побачити, що підвищення концентрації
рідких горючих компонентів на прикладі відпрацьованого моторного масла може
призвести до збільшення інерції процесу згоряння. У випадку з турбінним маслом
був зафіксований зворотний ефект. Ці особливості обумовлені відповідним
впливом температур займання і теплоти пароутворення легкозаймистих рідин.
Випаровування рідкого горючого компонента перевищує швидкість термічного
розкладання вугілля. Це призводить до більш інтенсивного підвищення
концентрації горючих компонентів в газовій фазі і інтенсифікації (відповідно до
закону Арреніуса) реакції окислення. Як наслідок, часи τd і τc зменшуються. При
високих температурах займання і термічних впливах пароутворення
легкозаймистих рідин для досягнення необхідних концентрацій в газовій фазі
потрібно більше енергії (звідси і інерція процесу). Тим не менш, для всіх вивчених
діапазонів зміни концентрацій рідких горючих компонентів було зафіксовано
стійке займання і подальше згоряння краплі палива. важливо забезпечити
можливість варіювання сировинної бази систем опалення, вентиляції та
кондиціонування повітря в широкому діапазоні при збереженні єдиної технології
спалювання.
Збільшення часу повного згоряння крапель ХВВП при збільшенні відносної
масової концентрації вуглецевого залишку, виявленої на рисунку 3.3.2 б, цілком
очевидно і обумовлено збільшенням частки органічної частини в падінні складу
палива. Цей результат добре узгоджується з відомими для ВВП висновками [63].
Можна зробити висновок, що концентрація вуглецевого залишку від піролізу
автомобільних шин досить помірна. Такий результат, швидше за все, пов'язаний з
тим, що вирішальну роль в процесі займання відіграють концентрації горючих
компонентів, що видуваються з поверхні краплі. Відповідні температури і теплові
ефекти термічного розкладання і випаровування компонента рідкого палива в
загальному випадку порівнянні. В результаті їх внесок на етапі запалювання
навряд чи можна вважати істотно різним. Тому збільшення концентрації вуглецю
призвело лише до незначного збільшення в рази τd.
Слід зазначити, що існує важлива закономірність вивчених процесів
займання ОСББ. Стабільні умови займання можуть бути реалізовані не тільки при
високих температурах окислювача, що відповідають пристроями згоряння
енергетичних установок (це прийнято вважати для ГФВ [63]), але і при
низькотемпературному згорянні твердого палива [19]. Таким чином, можна значно
розширити сфери використання технологій приготування і спалювання ОВУ не
тільки на енергетичних об'єктах, але і в транспортній сфері (як заміна традиційних
рідкопаливних складів), а також в хімічній і нафтохімічній промисловості.

3.4. Аналіз впливу типових твердих побутових відходів на склад
композитного палива під час затримки запалювання
Встановлено, що закономірності досліджуваних процесів для чотирьох
композицій композиційного палива з додаванням типових твердих побутових
відходів у кількості 10% (No 2–5) аналогічні закономірностям процесів займання
та згоряння початкового фільтрувального осаду (No 1). Це пов'язано з тим, що Кокс
фільтра грає головну роль в патернах запалювання. Починається все з інертного
нагріву, потім відбувається випаровування вологи, потім термічне розкладання
твердих горючих компонентів (вугілля і ТПВ). Після цього горючі гази змішуються
з окислювачем, в результаті газова суміш запалюється і згорає. Далі твердий
залишок нагрівається, відбувається його неоднорідне займання і згоряння [13].
На відеозаписі досліджуваних процесів видно (рисунок 3.4.1), що в момент
газофазного займання τd горюча газова суміш, що утворюється в безпосередній
близькості від краплі, має кулясту форму, а розмір цієї суміші еквівалентний 2-3
розмірам краплі палива. Отриманий результат пояснюється відсутністю
інтенсивного руху повітря в безпосередній близькості від краплі. Після займання
процес газофазного згоряння летких речовин протікає в основному над краплею,
де їх концентрація максимальна за рахунок термогравітаційної конвекції. Твердий
горючий залишок нагрівається за рахунок енергії, що виділяється при згорянні
газової суміші і запалюється. Фронт згоряння простягається всередину краплі від
її поверхні до центру.
Склад No 1 – фільтрувальний Кокс 100%

τd–0.18 τd τd+0,18 τd+0,36 τd+0,54 τd+0,72
Склад No 2 – фільтрувальний Кокс 90%, деревина 10%

τd–0,18 τd τd+0,18 τd+0,36 τd+0,54 τd+0,72
Склад No 3 – фільтр-Кокс 90%, харчові відходи (картопляні очистки) 10%

τd–0.18 τd τd+0,18 τd+0,36 τd+0,54 τd+0,72

Склад No 4 – фільтр-Кокс 90%, пластик 10%

τd–0.18 τd τd+0,18 τd+0,36 τd+0,54 τd+0,72
Склад No 5 – Кокс фільтр 90%, картон 10%

τd–0.18 τd τd+0,18 τd+0,36 τd+0,54 τd+0,72
Рисунок 3.4.1. Відеозапис займання і згоряння композитних крапель рідкого
палива при tg≈800 °C [10]
На рисунку 3.4.2 показана площа (заштрихована), що ілюструє основну
характеристику процесу (τd) в умовах гарантованого займання різних за складом
складів палива з варіацією температури в широкому діапазоні tg = 600–1000 °C.
Верхня межа регіону (рисунок 3.4.2) являє собою криву, що характеризує час
затримки займання початкового фільтра (без додавання ТПВ) від температури.
Нижня межа області (рисунок 3.4.2) має вигляд Крива τd = f(tg) отримана для
складу палива на основі фільтрувального Кокс і картону. Час затримки займання
інших складів розташовується в межах обраної зони (рисунок 3.4.2). Отриманий
результат (рисунок 3.4.2) дозволяє зробити висновок, що температура
навколишнього середовища 600 °С є мінімально необхідною для ініціації процесу
спалювання композитного палива на основі відходів вуглезбагачення і твердих
побутових відходів.

τd , з
Гетерогенне
запалювання
25 Гетерогенне
запалювання
20 Газофазне
Газофазне запалювання
запалювання
15
Гетерогенне
запалювання
10
5 Зона гарантованого
запалювання
0
600 700 800 900 t g , ° C

Рисунок 3.4.2. Площа (заштрихована) часу затримки запалювання різних складів
композитного палива з ТПВ в широкому діапазоні коливань температури
навколишнього повітря [10]

Максимальна різниця в τd для складів з різними компонентами становить
менше 25% в діапазоні відносно низьких температур (600-700 °С). При
температурі навколишнього повітря понад 900 °С різниця в τd для різних складів
палива не перевищує 5–10%. Встановлено також, що при температурі повітря
понад 1000 °С інтенсивність ініціації горіння палива висока, процеси тепло- і
масообміну мають менш значний вплив на характеристики займання, ніж при
температурах tg = 600–1000 °C. В умовах променистого нагріву при tg>1000 °C час
затримки запалювання для одного і того ж складу палива відрізняється несуттєво.
Наприклад, при tg≈1100 °C і tg≈1200 °C різниця в τd становить менше 5%.
Аналіз високошвидкісних відеозаписів займання та згоряння композиційних
палив в умовах низької (tg=600–700 °C), помірної (tg=700–800 °C) та високої
(tg>800 °C) інтенсивності крапельного нагрівання дозволив встановити
закономірності протікання фізико-хімічних процесів, які можуть бути використані
при розробці математичної моделі. При відносно низьких температурах тривалість
індукційного періоду достатня високі 15–20 с (рис. 3.4.2). В таких умовах
інтенсивність термічного розкладання горючих компонентів невисока. У зв'язку з
дифузійно-конвективним тепло- і масообміном в околицях краплі палива
концентрація горючих газів недостатня для ініціації процесу горіння. Тому
неоднорідне займання і подальше згоряння з відносно низькою інтенсивністю
характерні для температур tg = 600-700 °C. Аналогічна картина характерна і для
більш високих температур навколишнього середовища. Однак при температурах
tg = 700-800 °C гетерогенне горіння протікає більш інтенсивно (τd= 5–10 с)
порівняно з областю нижчих температур навколишнього середовища. Це
призводить до збільшення швидкості термічного розкладання горючих
компонентів і досягнення летких концентрацій в околицях краплі, яка необхідна
для газофазного займання. Різниця між часом гетерогенного і газофазного
займання не перевищує 0,5 с. У зоні високих температур висока інтенсивність
нагріву приповерхневого шару краплі, термічного розкладання горючих
компонентів і утворення газової суміші (рис. 3.4.2). За таких умов описана раніше
закономірність фізико-хімічних процесів ілюструється на рисунку 3.4.1.
Отримані результати (рисунки 3.4.1, 3.4.2) свідчать, що ефективне
захоронення твердих побутових відходів можливе на промислових об'єктах
теплоенергетики (насамперед котельнях великої та малої електрогенерації), а
додавання твердих побутових відходів до складу РРТ знижує енергетичні
характеристики технологічного процесу (зокрема, теплотворну здатність, як
показано в таблиці 2.1).

3.5. Аналіз впливу механізму теплопостачання на характеристики займання
та згоряння композитного палива з додаванням твердих побутових палив

На рисунку 3.5.1 показані відеокадри, що ілюструють займання і згоряння
композитних крапель рідкого палива в гарячому повітряному потоці. Встановлено,
що закономірності досліджуваних процесів для чотирьох складів (No 2–5) палива
з додаванням типових твердих побутових відходів у кількості 10% аналогічні
закономірностям процесів займання та згоряння вихідної Кокс у вигляді ВВП (No
1). Отриманий результат пояснюється вирішальним впливом цього компонента на
закономірності протікання фізико-хімічних процесів при нагріванні суспензійного
палива. Починається все з інертного нагріву, потім відбувається випаровування
вологи, потім термічне розкладання твердих горючих компонентів (вугілля і ТПВ).
Після цього горючі гази змішуються з окислювачем, в результаті газова суміш
запалюється і згорає. Все закінчується нагріванням твердого залишку, його
неоднорідним займанням і згорянням [13].
Відмінність досліджуваних процесів для рецептур No 1-5 (рис. 3.5.1) полягає
в різній тривалості етапів. Склад No 5 (Кокс 90%, картон 10%) характеризується
мінімальним часом затримки займання в порівнянні з іншими складами при
ідентичних умовах нагрівання. Отриманий результат пояснюється більш низьким
вмістом вологи в складі палива при додаванні твердих побутових відходів в
порівнянні зі складом No 1 (Кокс без додавання додаткових горючих компонентів).
В таких умовах менше енергії і часу витрачається на прогрів приповерхневого
шару краплі, випаровування вологи і ініціювання горіння. Також додавання в Кокс
типових побутових відходів призводить до появи яскраво вираженої стадії
полум'яного горіння в безпосередній близькості від краплі. Це пов'язано з тим, що
для більшості типових побутових відходів характерний газофазний режим горіння.
В результаті їх нагрівання відбувається термічне розкладання, газоподібні
продукти вступають в реакцію з окислювачем.
Процес згоряння паливної краплі в умовах конвективного нагріву
визначається особливостями його протікання навколо потоку нагрітого повітря.
Процеси інтенсивного прогріву краплі і випаровування вологи відбуваються на
лобовій (по відношенню до зустрічного повітряного потоку) стороні. Ці процеси
протікають менш інтенсивно на зворотному боці краплі в області більш низьких
швидкостей повітряного потоку. Місцева зона неоднорідного займання краплі
утворюється з боку вхідного повітряного потоку (рисунок 3.5.1). Після цього
інтенсифікується процес термічного розкладання компонентів палива. Газоподібні
продукти термічного розкладання палива змішуються з повітрям в безпосередній
близькості від краплі. Кадри зі стадією полум'яного горіння (рисунок 3.5.1)
ілюструють, що поділ вхідного повітряного потоку відбувається в околицях
екватора краплі (у напрямку повітряного потоку). При цьому за краплею (у
напрямку повітряного потоку) утворюються вихори. У цій зоні лінійна швидкість
потоку газу значно менша за швидкість повітряного потоку, що біжить у краплю,
а концентрація легкозаймистих газів максимальна. Тому в цій зоні відбувається
полум'яне згоряння газової суміші. Паралельно з процесом газофазного згоряння
розвивається неоднорідне горіння (рис 3.5.1). Неоднорідний фронт згоряння
поширюється по поверхні краплі у напрямку повітряного потоку.

Паливо No 1 (Кокс 100%)

τ=0 τ=1,3 с τ=2,7 с τ=4,8 с τ=5,7 с τ=7,3 с
Паливо No 2 (Кокс 90%, дрова 10%)

τ=0 τ=1,6 с τ=2,6 с τ=4,5 с τ=4,7 с τ=9,3 с
Паливо No 3 (Кокс 90%, гума 10%)

τ=0 τ=1,5 с τ=3,1 с τ=4,5 с τ=4,7 с τ=10,5 с

Паливо No 4 (Кокс 90%, пластик 10%)

τ=0 τ=1,9 с τ=3,6 с τ=3,6 с τ=3,9 с τ=10,2 с
Паливо No 5 (Кокс 90%, картон 10%)

τ=0 τ=1,1 с τ=3,4 с τ=4,5 с τ=5,3 с τ=9,3 с
Рисунок 3.5.1. Відеозапис займання і згоряння композитних крапель рідкого
палива в умовах конвективного нагріву в нагрітому повітряному потоці при tg≈600
°C [13]
Паливо No 5 (Кокс 90%, картон 10%)

τ=0 τ=3,0 с τ=7,2 с τ=7,3 с τ=7,4 с τ=11,2 с
Рисунок 3.5.2. Відеозапис процесу займання композитної краплі рідкого палива в
умовах променистого нагріву при tg≈600 °C [13]

Встановлено, що в результаті випаровування вологи з приповерхневого шару
краплі структура її поверхні стає пористою і шорсткою (рис. 3.5.1). При цьому
окремим виступом (елементом шорсткості) на поверхні з боку вхідного
повітряного потоку є зона місцевого займання палива. Час прогріву таких виступів
набагато менше, ніж утворення місцевої зони займання для краплі з гладкою
поверхнею. Отриманий результат обґрунтовується тим, що для крапель з майже
гладкою поверхнею, на відміну від крапель з шорсткою і пористою поверхнею
(утворюються при зневодненні приповерхневих шарів), характерно прогрівання
краплі ближче до центру, що призводить до збільшення тривалості стадії інертного
прогріву.
В умовах променистого нагрівання краплі палива закономірності фізико-
хімічних процесів (рис. 3.5.2) аналогічні встановленим в умовах конвективного
нагріву (рис. 3.5.1). Однак досить істотною відмінністю є велика тривалість
інертного нагріву краплі палива і утворення зони займання і горіння продуктів
термічного розкладання в середовищі окислювача вище краплі. Отриманий
результат пояснюється відсутністю інтенсивного руху повітря в безпосередній
близькості від краплі. Завдяки її рівномірному нагріванню, швидкість термічного
розкладання горючих компонентів ідентична по всій поверхні краплі. Якщо на
поверхні краплі умовно визначити невеликі сектори, то кількість легкозаймистих
газів, що надходять в навколишнє середовище з кожного такого сектора, буде
ідентичним. Тому газофазне займання продуктів термічного розкладання
відбувається рівномірно в безпосередній близькості від краплі. Далі процес
горіння відбувається в основному над краплею, де концентрація горючих газів
максимальна за рахунок термогравітаційної конвекції. Крім того, променисті
умови теплопередачі обумовлюють більш рівномірне нагрівання твердого
горючого залишку в порівнянні з конвективними умовами нагріву. В результаті в
такій системі відбувається практично рівномірне неоднорідне займання твердого
залишку термічного розкладання
без вираженої зони місцевого
займання.
Умови променистого нагріву
краплі палива, реалізовані за
допомогою експериментального стенду No 1,
дозволили встановити масштаб впливу
додавання типових твердих побутових
відходів до складу Кокс на основну
характеристику процесу – час затримки
займання. На рисунку 3.5.3показані
залежності часу затримки запалювання для палив No 1–5 у широкому діапазоні
температурних коливань tg (450–1000 °С).

0 0
400 600 800 ТГ, °C 400 500 600 ТГ, °C
а) б)
Рисунок 3.5.3. Залежність часу затримки займання палива від температури
повітря [13]: а – в умовах променистого нагріву (стенд No 1); б – в умовах
конвективного обігріву (стенд No 2); No 1 – Кокс 100%; No 2 – Кокс 90%, деревина
10%; No 3 – Кокс 90%, гума 10%; No 4 – Кокс 90%, пластик 10%; No 5 – Кокс 90%,
картон 10%
Встановлено, що для стійкого займання палива на основі Кокс з додаванням
дрібнодисперсних твердих побутових відходів необхідна температура повітря не
менше 450 °С. Тому що чималу роль відіграє волога. Додавання різних
компонентів впливає на інтенсифікацію процесу займання. На рисунку 3.5.3а
показані відмінності в часі затримки запалювання. Тривалість індукційного
періоду для складів з додаванням твердих побутових відходів менше, ніж тд Кокс
без добавок. При додаванні в пиріг деревини час затримки розпалювання
скорочується на 7%, при додаванні гуми – на 13%, пластику – на 17%, картону –
на 22%. додавання до складу палива різних твердих горючих компонентів, а також
при зміні їх концентрації.
Крім того, з рисунка 3.5.3 видно, що при температурі близько 1000 °С час
затримки запалювання становить менше 5%. Це пов'язано зі значно меншим
впливом тепло- і масообміну в процесі згоряння в порівнянні з більш низькими
температурами.
На рисунку 3.5.3б представлені результати дослідження процесів займання
композитних крапель рідкого палива в конвективних умовах нагріву, отримані за
допомогою експериментального стенду No 2. Наведено залежності часу затримки
запалювання для палив No 1–5 при зміні температури повітряного потоку tg в
межах 450–700 °С. Встановлено, що в умовах конвективного нагріву крапель
палива температура нагрітого повітряного потоку 450 °С становить мінімально
необхідний для стабільного займання композитних рідкопаливних композицій на
основі Кокс з додаванням твердих побутових відходів.
Отримані результати (рис. 3.5.3) показують, що незалежно від механізму
(конвективного або променистого) нагріву краплі РРТ температура 450 °С є
межею, необхідною для запуску процесу горіння. Такі температури можуть бути
забезпечені в діючих котельних установках великої і малої генерації
електроенергії. Також аналіз отриманих результатів (рисунок 3.5.3) дозволяє
зробити висновок, що в умовах більш інтенсивного теплообміну з навколишнім
середовищем при ідентичній температурі повітря Час затримки запалювання
відрізняється в 2-3 рази. Крім того, в порівнянні з отриманими результатами
(рисунок 3.5.3а) максимальна різниця в τd для рецептур з різними компонентами
становить менше 15% (рисунок 3.5.3б).

3.6. Аналіз впливу відпрацьованого масла в складі композитного масла
Паливо для характеристик запалювання
Розглянуті в роботі склади композиційних палив можна умовно розділити на
3 групи: I – фільтр-осад 90%, ТПВ 10% (склад ТПВ в таблиці 3.6.1); II –
фільтрувальний осад 80%, ТПВ 20%; III – фільтр-Кокс 70%, ТПВ 20%, масло 10%
[15]. На рисунку 3.6.1 показані кадри займання і згоряння крапель КРП з різними
складами
Встановлено, що ці склади (з додаванням ТПВ і нафти і без них)
характеризуються ідентичним набором процесів, що протікають в індукційний
період. Ні зміна концентрації горючих твердих побутових відходів в межах 10-
20%, ні додавання легкозаймистої рідини в кількості до 10% не призводить до
зміни механізму займання залізничних відходів. Аналіз високошвидкісних
відеозаписів дозволив виявити наступні основні етапи процесу взаємодії однієї
краплі композитного рідкого палива зі стаціонарним нагрітим повітрям.
Починається все з інертного нагріву, потім відбувається випаровування вологи,
потім термічне розкладання твердих горючих компонентів (вугілля і ТПВ). Після
цього горючі гази змішуються з окислювачем, в результаті газова суміш
запалюється і згорає. Закінчується все нагріванням твердого залишку, його
неоднорідним займанням і згорянням. Отриманий результат пояснюється
визначальним впливом дрібнодисперсного твердого горючого компонента
(фільтрувального осадки) в паливній суміші на закономірності протікання фізико-
хімічних процесів при нагріванні палива (табл. 3.6.1).

Таблиця 3.6.1. Склади композитних рідких палив і теплоти згоряння[15]
Ні. Кокс* олія ліс Гумові Пластикові Картон Q (× 106 Дж/кг)
1 100% – – – – – 10.78
2 90% – 10% – – – 11.29
3 90% – – 10% – – 13.05
4 90% – – – 10% – 11.88
5 90% – – – – 10% 11.43
6 80% – 20% – – – 11.80
7 80% – – 20% – – 15.31
8 80% – – – 20% – 12.98
9 80% – – – – 20% 12.07
10 90% 10% – – – – 14.11
11 70% 10% 20% – – – 15.12
12 70% 10% – 20% – – 18.64
13 70% 10% – – 20% – 16.30
14 70% 10% – – – 20% 15.40
* – вологість 50%

На відеоматеріалах досліджуваних процесів видно (рисунок 3.6.1), що в
момент газофазного займання горюча газова суміш, що утворюється в
безпосередній близькості від краплі палива, має кулясту форму. Розмір цієї зони
еквівалентний 2-3 розмірам краплі палива. Розмір утвореної зони горючих газів
(до займання) в безпосередній близькості від краплі тим більше, чим більше
компонентів з високим вмістом летких речовин входить до складу палива і тим
нижче температура навколишнього середовища. В останньому випадку (в умовах,
близьких до межі займання) різниця в досліджуваних процесах найбільш
виражена як для трьох груп складів з різною концентрацією компонентів, так і для
складів в межах однієї групи з різними компонентами з числа твердих побутових
відходів. Встановлена відмінність полягає в різній тривалості окремих стадій
процесу і їх сукупності в цілому (рис. 3.6.2).

1 М м
1 9 14

τ=0 3.2 р 3,7 р

4.2 р 5.2 р 5,7 р

5,9 р 6,5 р 8.1 р
Рисунок 3.6.1. Відеозапис займання і згоряння крапель діаметром 2 мм різного
складу композитного рідкого палива при tg≈800 °C [15]

На рисунку 3.6.2 показані три області (виділені різними кольорами), що
ілюструють діапазони зміни головної характеристики процесу – часу затримки
запалювання (τd) при зміні температури повітря tg = 600-1000 °С, коли гарантовано
запалюються всі розглянуті склади композитного рідкого палива. Крива, що
обмежує синю область зверху (I група паливних складів), відповідає часу затримки
займання складу No1. червона область, що межує з дном (група III паливних
складів), відповідає часу затримки запалювання складу No 14. Значення τd інших
розглянутих композицій розташовуються в інтервалі між цими двома кривими.

τ d, з
Яг рупа : КЕК 9 0% + Т ПВ 1 0%
ІІ
г рупа : 25 КЕК 8 0% + Т ПВ 2 0%
ІІІ г рупа : КЕК 7 0% + Т ПВ 2 0 % + О лія 10%
20
15
10
5
0
600 700 800 900 t g , °C
Рисунок 3.6.2. Області (кольорові) часу затримки запалювання для трьох груп
композитних рідкопаливних складів[15]

Отримані результати (рис. 3.6.2) показують, що температура навколишнього
повітря tg≈600 °C є мінімально необхідною для ініціації процесу спалювання
композиційного палива на основі відходів вуглезбагачення, ТПВ і легкозаймистих
рідин. Максимальна різниця в τd для трьох груп складів не перевищує 25% при
температурі повітря 600–1000 °С. Встановлено також, що при tg>1000 °С,
інтенсивність фізико-хімічних процесів настільки висока, що тепломасообмін в
краплі і її оточенні має менш значний вплив на характеристики займання, ніж при
температурах 600-1000 °С. При tg>1000 °C час затримки запалювання для різних
складів палива відрізняється незначно (менше 5%).
Встановлено, що значення τd для розглянутих складів палива зменшуються
в такій послідовності (за інших рівних умов): I група – Кокс 90%, ТПВ 10%; II
група – Кокс 80%, ТПВ 20%; III група – Кокс 70%, ТПВ 20%, олія 10%. Тобто
останні склади характеризуються меншим часом затримки запалювання. Найвищі
значення τd характерні для Кокс в початковому вологому стані (склад No 1 без
додавання будь-яких твердих або рідких горючих компонентів). Додавання
типових ТПВ до композитного палива в кількості 10%, збільшення їх концентрації
до 20%, а також додавання відпрацьованого турбінного масла до 10% значно
скорочує тривалість прогріву паливної краплі до моменту газофазного займання
(рис. 3.6.2) за інших рівних умов. нижчий вміст вологи (хімічно інертна складова)
в композиційних паливних складах при додаванні ТПВ в порівнянні зі складом No
1, а також вміст більш хімічно активного компонента (легкозаймистої рідини) при
нагріванні. За таких умов менше енергії та часу витрачається на нагрівання
приповерхневого шару краплі, випаровування вологи (ендотермічний ефект
близько 2 МДж/кг) та ініціацію горіння. Також додавання в пиріг типових
побутових відходів призводить до появи яскраво вираженої стадії газофазного
горіння в безпосередній близькості від краплі через відносно високий вміст летких
компонентів в ТПВ.
Крім встановленої різниці в часі затримки запалювання, різні склади
композитних палив характеризуються різницею в температурах згоряння. Цей
параметр важливий для аналізу як енергетичних, так і екологічних характеристик
процесу згоряння палива. На рисунку 3.6.3 показані криві, що ілюструють зміну
температури при згорянні різних складів композитних рідких палив при tg≈800 °C.
Тверді криві ілюструють температуру в центрі краплі (t1), пунктирні – в невеликій
близькості від краплі (t2), де відбувається газова суміш, що утворюється при
випаровуванні рідкої горючої складової палива (якщо така є) і при термічному
розкладанні твердих компонентів (Кокс і ТПВ). Відстань між термопарами t1 і t2
відповідає початковому діаметру (2 мм) краплі палива.
Для того щоб проаналізувати відмінності між суцільними і пунктирними
кривими, на рисунку 3.6.3 наведена схема розташування термопар при реєстрації
температур t1 і t2 протягом індукційного періоду. Відповідно до встановленої
закономірності протікання фізико-хімічних процесів спочатку відбувається
газофазне займання продуктів випаровування і термічного розкладання
компонентів палива в невеликій близькості від краплі. На рисунку 3.6.3 момент
газофазного займання ( τd) відповідає точці перетину відповідних пунктирних
кривих з лінією tg ≈800 °C. В результаті термохімічного самонагрівання
температура газової суміші перевищує температуру повітря, що свідчить про
газофазне займання. Максимальна температура t2 досягає 1300 °С для III групи
досліджуваних паливних складів з додаванням відпрацьованого масла. При
температурі 1300 °С і менше всі небезпечні газоподібні речовини розкладаються
на найпростіші, що виключає наявність шкідливих викидів таких як діоксини або
фурани в складі димових газів. Додаткове введення в топку котла карбаміду і
суміші реагентів (активоване вугілля з лужним сорбентом Ca(OH)2) в волого-сухий
адсорбер знижує концентрацію шкідливих речовин в димових газах. Їх додаткове
очищення відбувається в фільтрі до значень, що відповідають стандартним
показникам.

tg , ° C t2
1
1200
9
1000 t1 1 4
tg
800
600
t2
Полум'я
400
Термопара
t1 Крапля палива
200
0
0 10 20 30 40 τ , с

Рисунок 3.6.3. Зміна температури крапель з початковим діаметром 2 мм різного
складу композитного рідкого палива протягом індукційного періоду при tg≈800
°C[15]

Завдяки досить інтенсивному виділенню тепла при згорянні газової суміші
відносно тонкий приповерхневий шар краплі прогрівається, і починається
неоднорідне займання твердого залишку. В умовах неоднорідного згоряння
твердого залишку відбувається його пошарове вигоряння. Фронт згоряння
рухається у напрямку глибоких шарів краплі. Тривалість всієї сукупності процесів
від моменту газофазного займання до вигоряння твердого залишку при tg= 600–
1000 °C становить 15–35 с. Слід зазначити, що зниження температури t2 від
максимального значення до температури навколишнього tg менш інтенсивне, ніж
у t1. Це пов'язано з наступним. Після згоряння газової суміші при згорянні
твердого залишку виділяється теплота, яка виводиться із зони неоднорідного
екзотермічного розкладання в навколишнє середовище. перевищує значення ТГ
протягом досить тривалого періоду часу. Безперервні криві на рисунку 3.6.3
ілюструють, що максимальні температури при згорянні твердого залишку
розглянутих композицій композитного палива мають значення, близькі до t2, які
не перевищують 1200 °C.

3.7. Встановлені режими займання композиційних палив
У кожному експерименті, коли крапля суспензії поміщалася в камеру
згоряння, було зафіксовано кілька основних стадій досліджуваного процесу [10].
Все починається з інертного нагрівання, потім випаровування вологи, потім
термічного розкладання твердих горючих компонентів (вугілля і ТПВ). Після
цього горючі гази змішуються з окислювачем, в результаті чого газова суміш
запалюється і згорає. його неоднорідне займання і згоряння. Типові кадри
досліджуваних процесів запалювання і вигоряння ЕПТ наведені на рисунку 3.7.1.
Є два режими для запуску процесу вигорання. При першому (характерному для
ООВВП) на початку займання відбувається вибухове часткове осколкування, і
крапля розбивається на дрібні шматочки. При цьому основний контур вихідної
(батьківської) краплі зберігається протягом усього процесу вигоряння (рисунок
3.7.1а). У другому режимі (характерному для ВВП) вибуховий розпад не
реєструвався. Після займання крапля залишалася монолітною до повного
вигоряння (рисунок 3.7.1б).

крапля
0 сек 2.14 2,38 3.11 1 мм
а б
сек сек сек
3,48 5,59 9,29 11.44
сек сек сек сек
крапля
0 з 2. 20 з 2. 4 6 з 2. 8 9 з 1 М м
Спалені
залишок
3. 35 з 5. 5 7 з 10. 0 9 з 12. 56 з

Рисунок 3.7.1. Типові відеокадри з набором режимів запалювання [12]: a – перший
(склад HVUT: 90% вологий вугільний фільтр-Кокс з низьким ступенем спікання,
10% відпрацьоване турбінне масло, tg≈800 °C, Dd≈2 мм), b – другий (склад HUT:
100% вологий вугільний фільтр-Кокс з низьким ступенем спікання, температура
tg≈800 °C, Dd≈2 мм)

Режим займання з розсіюванням і подрібненням краплі палива (перший
режим) визначається групою факторів і процесів. При його нагріванні після
випаровування вологи можна швидко закип'ятити нафтопродукт і виділити леткі
продукти розкладання вугільного компонента через пори, характерні для
структури суміші краплі палива. Реалізація цих ефектів можлива тільки при
значному температурному градієнті і малоймовірна при температурах, близьких
до мінімальної (порогової) температури займання краплі палива суспензії.
Вибухонебезпечне займання сприяє більш швидкому і повному згорянню палива
за рахунок додаткового дроблення вихідної краплі палива. Збільшується площа
теплообміну між паливом і газовим середовищем. Цей ефект може бути
використаний для підвищення ефективності процесу вигоряння в топках
котельних установок.
Три компоненти ОВВП (вода, нафта, Кокс або подрібнене вугілля) при
нагріванні зазнають різних фізико-хімічних перетворень. У своєму початковому
стані крапля ОВВП є сумішшю суспензії та емульсії. Залежно від його розміру,
одна крапля може містити десятки мікрочастинок вугілля. В результаті вода і масло
обволікають частинки вугілля або Кокс (в залежності від використовуваного
твердого горючого компонента ОВВП) на етапі приготування такого палива. Ці
частинки агломеруються в краплі. При інтенсивному нагріванні вода
випаровується, а потім закипає. Якщо поблизу нагрітої поверхні знаходиться
невеликий обсяг води (набагато менший за краплю ОВВП), то відбувається
інтенсивне пароутворення і швидкий відтік пара в зовнішнє середовище. Якщо
такий мікрообсяг води знаходиться під шаром масла, то вода закипає раніше масла.
В результаті на деякій відстані від поверхні розділу утворюється пора, заповнена
парою, тиск якої набагато більше, ніж зовнішнього. Так як в складі краплі ОВВП
досить багато мікрооб'ємів води, то при інтенсивному кипінні води всередині
краплі тиск пари підвищується до значень, при яких внутрішній тиск в краплі
перевищує граничний тиск, і крапля руйнується або частково розсіюється , як на
рисунку 3.7.1а.
На відміну від дослідів [12] з нагріванням крапель ОВВП в потоці нагрітого
повітря, в даній роботі фронт вигоряння формувався по всій поверхні краплі за
рахунок рівномірного нагріву палива в муфельній печі. У реальній практиці такі
умови ближче до пічних, так як паливо впорскується в нагріту до високих
температур камеру згоряння. У муфельній печі реєстрували більш рівномірний
нагрів і запалювання залишку коксової печі, ніж при наявності припливного
повітряного потоку (як в дослідах [12]), де розпалювання локалізується в зоні
безпосередньої взаємодії з припливає потоком. Однак якщо частинка OVUT мала
яскраво виражені елементи поверхневої шорсткості або пористості (наприклад,
виступ), то займання відбувалося саме на цій ділянці поверхні, і фронт вигоряння
поширювався від джерела по поверхні краплі і далі в більш глибокі шари
(аналогічно дослідам [12]).

3.8. Аналіз спільного впливу групи факторів на час затримки займання і
тривалість згоряння композитного палива
У таблиці 3.8.1 наведено компонентний склад досліджуваних крапель HFC і
HVUT. Встановлено залежності часу затримки запалювання крапель HFC
(рисунок 3.8.1а) та HVT (рисунок 3.8.1б) від температури в камері згоряння.
Найменша інерція займання (рисунок 3.8.1а) характерна для суспензії на основі
коксівного вугілля, так як цей компонент має високий вміст летких речовин і є
найменшою зольністю (табл. 2.2). Краплі інших складів HUT Наприклад, в
розглянутому температурному діапазоні муфельних печей час затримки
запалювання ВВП 1 відрізнялося в середньому на 15 - 40% від аналогічного
параметра ВВП 2, отриманого з відходів коксівного вугілля.
Важливо, що інерція займання крапель всіх складів має однакові значення при
температурах tg ≈900 °C. Низькоспікантне вугілля ХАТ 3 характеризується більш
високою зольністю в порівнянні з коксівним вугіллям на основі ВВП 1. Тому
терміни затримки запалювання ХАТ 3 ближче до групи складів на основі відходів
вуглезбагачення (ХАТ 2 і ВТ 4). У промислових масштабах зміна інерції займання
не буде значною при використанні ГФВ з відходів вуглезбагачення або ХАТ з
промитого вугілля з зольністю понад 20%, особливо при стабільній температурі в
камері згоряння (вище 900 °C). Однак значного зниження інерції займання
(близько 30-40%) можна досягти за рахунок використання вугілля з меншою
зольністю і більш високим вмістом летких речовин в складі ВУЦ при спалюванні
в зоні низьких температур в камері згоряння. В цілому для досліджуваних ВВП
характерне зменшення тривалості ініціації вигоряння на 40-45% при підвищенні
температури від 700 °С до 900 °С, що в основному обумовлено значним
прискоренням ендотермічних процесів (випаровування вологи і нафти, а також
термічного руйнування вугілля).

Таблиця 3.8.1. Вивчені композиції
ВВП 1 55% коксівного ОВВП 1 50% коксівного вугілля, 40% води,
вугілля, 45% води 10% роботи. Турбінні оливи
ВВП 2 100% вугільний пиріг ОВВП 2 90% фільтрувального пирога
мокрого коксування мокрого коксівного вугілля, 10%
відпрацьованого турбінного масла
ВВП 3 55% вугілля слабо ОВВП 3 50% вугілля слабо спікається, 40%
спікається, 45% вода вода, 10% відпрацьоване турбінне
масло
ВВП 4 100% вологий ОВВП 4 90% вологого вугільного фільтра з
вугільний фільтр з низьким ступенем спікання, 10%
низьким ступенем відпрацьованого турбінного масла
спікання

На рисунку 3.8.1б показані залежності часу затримки запалювання крапель
ОВВП від температури в камері згоряння для поїздів з відпрацьованим турбінним
маслом. У порівнянні з ОВВП (рисунок 3.8.1а) ОВВП характеризується більш
коротким часом затримки запалювання, так як при додаванні навіть відносно
невеликого обсягу нафтопродукту (10% маси) вода замінюється горючим
компонентом. випаровування води становить близько 2 МДж/кг, теплота
випаровування нафтових масел — 160–350 кДж/кг). Крім того, пари
нафтопродукту утворюють горючу газову суміш з киснем і летючими речовинами.
При згорянні цієї суміші в газовій фазі відбувається додаткова подача тепла на
поверхню краплі (коксового залишку) палива. У зв'язку з наявністю горіння
нафтопродукту в газовій фазі площа полум'яного горіння крапель ОВВП
найчастіше більше, ніж у ХУТ. В експериментах з ВВП розмір зони вигоряння
полум'я залежить від концентрації летких елементів в твердому горючому
компоненті.

a B
Рисунок 3.8.1. Залежність часу затримки запалювання крапель ВВП (а) і ОВВП (б)
від температури в камері згоряння (Dd≈1,4 мм) [12]

Наприклад, для ВВП 1 і ХВВП 1 час затримки запалювання відрізняється в
середньому в 1,5-2,2 рази, для суспензій на основі відходів τd - в 1,7-2 рази для ВВП
2 і ОВВП 2, для ВВП 3 і ОВВП 3 - в 1,4-1,6 рази, для ВВП 4 і ОВВП 4 - в 2,3-3,2
рази (рис. 3.8.1б). Відмінності в інерції процесу займання між різними складами
ХВВП менш виражені в порівнянні з ВВП. Особливо це помітно при підвищенні
температури. Отриманий результат ілюструє великий внесок процесів
випаровування (ендотермічний процес) та окислення (екзотермічний процес)
рідкого горючого компонента у склад горючої рідини у займання коксового
залишку.
Рисунок 3.8.2 ілюструє вплив розміру краплі палива на інерцію займання. На
рисунку 3.8.2 також показані експериментальні дані [19] про займання крапель
суспензій з водною фракцією 60% на основі вугілля (С60) і (Р60) при
750 °C. Для всіх досліджуваних видів палив час затримки займання збільшується
зі збільшенням розміру краплі палива, так як при більшій краплі палива
збільшується витрата тепла на ендотермічні процеси випаровування і
розкладання. Також збільшується тепловий потік в глибокі шари краплі суспензії.
При збільшенні діаметра краплі з 1 мм до 2 мм час затримки запалювання
збільшувалося в 2,5-3 рази для ВВП (рис 3.8.2а) і в 2-4 рази для ВВП (рис. 3.8.2б).
Залежність часу затримки запалювання від розмірів крапель ілюструє необхідність
врахування розподілу температури по радіусу крапель запалювання і затримки
запалювання при розрахунку часу затримки запалювання.

a B
Рисунок 3.8.2. Залежності часу затримки запалювання крапель ВВП (а) і ОВВП
(b) розмір краплі при температурі камери згоряння tg≈800 °C[12]

У дослідах час затримки запалювання коротше, ніж в [19]. Різниця досить
істотна і зростає зі збільшенням розміру крапель (рис. 3.8.2). Час затримки
запалювання досліджуваних ХАТ і HVT в 2-4 рази менше аналогічного параметра
підвісок на основі С60 [19]. Цей результат представляє інтерес, тому що С60 і Р60
є малозольними (не більше 8% золи) [19]. на відміну від вугілля і відходів
вуглепереробки, що використовуються в даній роботі. Однак біокомпоненти,
використані в дослідженні [19], містять відносно мало летких речовин (12,5% для
С60 і 7,2% для Р60). Цей фактор, ймовірно, призводить до такої значної різниці в
часі затримки запалювання, так як тепло, що виділяється при згорянні летких
речовин, сприяє додатковому нагріванню і прискореному займанню твердого
залишку. Значним є не тільки зольність, але і вміст летких речовин в паливах на
основі вугілля і, особливо, відходів вуглезбагачення при займанні. На основі
результатів експерименту (рисунки 3.8.1–3.8.2) були побудовані апроксимаційні
криві, які описуються такими рівняннями: τd=A1∙exp(B1∙tg); τd=A2∙exp(B2∙Dd).
Коефіцієнти представлені в таблиці 1. 3.8.2.

Таблиця 3.8.2. Коефіцієнти апроксимаційних виразів залежності часу затримки
запалювання від температури камери згоряння та розміру крапель
Відповідь 1 В1 Відповідь 2 Б2
ВВП 1 69.588 -0.004 1.461 0.6074
ВВП 2 76.705 -0.004 1.5764 0.8706
ВВП 3 171.58 -0.005 1.4998 0.6712
ВВП 4 204.33 -0.005 1.2625 0.9949
ОВВП 1 20.946 -0.003 0.3984 1.1586
ОВВП 2 134.06 -0.005 0.9963 0.7058
ОВВП 3 63.245 -0.004 0.414 1.2833
ОВВП 4 41.238 -0.004 0.4578 0.922

Рисунок 3.8.3а ілюструє вплив масової концентрації вугілля в паливі на
інерцію займання, тривалість і швидкість згоряння. Збільшення частки вугілля
сприяє (рис. 3.8.3а) значному скороченню часу затримки запалювання (на 50-75%),
оскільки зменшує частку води і збільшує масу реактивної речовини. Рисунок
3.8.3б ілюструє вплив концентрації рідкої горючої складової на інерцію займання
крапель суспензії. Збільшення масляної фракції до 20% призвело до зменшення
інерції неоднорідного запалювання коксового залишку в 3,2-4,8 рази (рис 3.8.3б).
У цьому випадку концентрація горючих газів, необхідна для займання, досягається
швидше, і вони згоряють з більшою тепловіддачею. вигоряння легкозаймистої
рідини.

а б
Рисунок 3.8.3. Залежність часу затримки запалювання крапель ОВВП на основі
коксівного вугілля і відпрацьованого турбінного масла від температури в камері
згоряння при Dд≈1,7 мм і варіації концентрації вугілля (а) і варіації концентрації
відпрацьованого турбінного масла (б) [19]

3.9. Аналіз спільного впливу групи факторів на тривалість і швидкість
вигоряння композитного палива
Параметр τb представляв час від моменту займання до моменту закінчення
вигоряння. На рисунку 3.9.1 показані залежності часу вигоряння ВВП і ОВВП від
розміру крапель, а також отримані дані [19] при спалюванні крапель суспензій на
основі компонентів рослин високої якості (кокс), як в групі рецептур ВВП (рисунок
3.9.1а), так і ОВВП (рисунок 3.9.1б). Низька зольність ВВП 1 сприяє швидкому
згорянню органічної маси без накопичення тепла в донному залишку. Швидше за
все, з цієї ж причини час горіння крапель суспензій, приготованих з овочевих
коксів [19], менше, ніж для вугільних суспензій (рис. 3.9.1). У разі додавання масла
в таке паливо відбувалися мікровибухи, що додатково сприяло скороченню часу
згоряння на 25-40% (ОВВП 1 на рисунку 3.9.1б).

a B
Рисунок 3.9.1. Тривалість вигоряння крапель досліджуваних складів ВВП (а) і
ОВВП (б) при зміні розмірів крапель і температури в камері згоряння tg≈800 °C;
Наводяться також експериментальні дані [19]

T Вигоряння
g
V b
Крапля
τb
Паливо Попіл
D d

Рисунок 3.9.2. Схема розрахунку швидкості вигоряння краплі (зміна площі
неоднорідного згоряння в часі) паливної суспензії (за аналогією з методом, що
застосовувався в дослідах [19]).

Для розрахунку швидкості горіння була використана діаграма (рис. 3.9.2) і
формула, що використовується при обробці результатів дослідів [19]:
Vb=Dd2/τb,
де Vb - швидкість горіння, Dd - діаметр краплі, а τb - час повного згоряння.
Важливо відзначити, що для визначення швидкості згоряння палива можуть
використовуватися і інші схеми, наприклад, з контролем зміни лінійних розмірів
частинки палива або зміни його світіння при згорянні. В цілому отримані
закономірності при використанні всіх цих підходів добре відповідають. Кількісні
відмінності в термінах згоряння і швидкостях згоряння можливі, але величину
різниці в цих параметрах для паливних складів з різним компонентним складом
можна достовірно передбачити при застосуванні будь-якого з цих підходів. З точки
зору трудомісткості розрахунків підхід [19] можна вважати одним з найбільш
раціональних. Тому було прийнято рішення контролювати зміну в часі добутку
двох діаметрів крапель за методом [19].

ОВУТ1
ОВУТ4
ОВУТ2
ОВУТ3

700 800 900 ТГ, °C 700 800 900 ТГ, °C a
B
Рисунок 3.9.3. Швидкості горіння крапель досліджуваних складів ВВП (а) і
OVUT (b) при зміні температури в камері згоряння (Dd≈1,4 мм)[19]

Рисунок 3.9.3 ілюструє вплив температури на швидкість згоряння ГФВ і
HWDS. Встановлено багатомасштабний і різнокольоровий внесок групи факторів.
Зокрема, зафіксовано збільшення та зменшення швидкості горіння при підвищенні
температури в камері згоряння. Наприклад, швидкість горіння крапель при
підвищенні температури від 700 °С до 900 °С в середньому змінюється наступним
чином: ХАТА 1 – зростання на 18%; ВВП 2 – зменшення на 5%; ВВП 3 – зниження
на 16%; ВВП 4 – зменшення на 5% (рисунок 3.9.3а). Для OVUT 1 швидкість
горіння зросла в середньому на 12%, для OVUT 2 – практично не змінилася, для
OVUT 3 – збільшилася на 5%, для OVUT 4 – практично не змінилася. Також
важливо відзначити, що швидкість горіння крапель OVUT, як правило, вища, ніж
у UT. Коефіцієнти згоряння можуть відрізнятися в 1,5 до 2 разів (рисунок 3.9.3).
Це пов'язано з відповідним встановленим характером зміни тривалості процесів
згоряння крапель палива.
Залежності швидкості горіння крапель ВВП і ОВВП від їх розміру показані
на рисунку 3.9.4. Аналогічні залежності показані і для крапель суспензії,
отриманих від авторів [19]. Швидкість горіння суспензій, вивчена в [19],
практично не залежала від розміру крапель і контролювалася в основному
дифузією кисню до палива), а швидкість горіння ХАТ в меншій мірі залежить від
розмірів крапель (рисунок 3.9.4а). Такий результат обумовлений впливом
швидкостей випаровування рідкого горючого компонента на умови утворення
горючої парогазової суміші біля поверхні краплі палива. Залежність швидкостей
згоряння паливних суспензій від температури є експоненціальною. Вони можуть
бути пояснені залежностями Арреніуса швидкостей газофазного і неоднорідного
вигоряння компонентів палива. В середньому швидкість згоряння краплі HWT
збільшувалася на 30-55% при збільшенні розміру краплі в межах 1-2 мм. Слід
також зазначити, що швидкість горіння крапель ХАТ і ОВВП на основі вугілля,
вуглезбагачення і відходів нафтопереробки нижче, ніж аналогічний параметр для
крапель суспензій [19].

1 1,5 2 Дд, мм 1 1,5 2 Дд, мм а б
Рисунок 3.9.4. Швидкості горіння крапель досліджуваних складів ВВП (а) і ВВП
(б) при різних розмірах крапель і температурі в камері згоряння Тг≈800 °С;
Наведені також експериментальні дані [19] Отримані залежності (рис. 3.9.3–3.9.4)
можна описати такими виразами: τb=C1∙exp(D1∙tg); τb=C2∙exp(D2∙Dd) та
Vb=E1∙exp(F1∙tg); Vb=E2∙exp(F2∙Dd). Коефіцієнти рівнянь представлені в таблиці
3.9.1.

Таблиця 3.9.1. Коефіцієнти апроксимаційних виразів залежностей часу і
швидкості горіння крапель ВВП і ВВП від температури в камері згоряння і
розмірів крапель
С1 Д1 С2 Д2
Час ВВП 1 29.294 -8∙10-4 4.8361 0.9812
вигорання
ВВП 2 35.787 -7∙10-4 5.2116 1.1342
ВВП 3 24.778 -4∙10-4 6.5116 0.9536
ВВП 4 53.551 -0.001 3.0656 1.5023
ОВВП 1 29.506 -0.001 5.2833 0.6255
ОВВП 2 τb=-0,0064 tg+19,802 5.7554 0.8411
ОВВП 3 τb=-0,0214 tg+35,503 5.7985 0.8905
ОВВП 4 τb=-0,0056 tg+19,041 3.4404 1.0017
Е1 Формула-1 Е2 F2
Швидкість ВВП 1 0.0473 0.0011 0.0777 0.3057
горіння
ВВП 2 0.1168 -3∙10-4 0.0684 0.1948
ВВП 3 0.1728 -9∙10-4 0.0421 0.561
ВВП 4 0.1074 -2∙10-4 0.1131 -0.153
ОВВП 1 0.1424 0.0003 0.0611 0.7074
ОВВП 2 0.1533 -2∙10-4 0.0445 0.6578
ОВВП 3 0.0812 0.0004 0.0603 0.3849
ОВВП 4 0.1196 0.0004 0.0929 0.2881

Рисунки 3.9.5а і 3.9.5б ілюструють вплив масової концентрації вугілля і
відпрацьованого турбінного масла в паливі на швидкість згоряння крапель. При
збільшенні частки твердої речовини в складі суспензійного палива було
зафіксовано досить складну зміну швидкості згоряння (рисунок 3.9.5а). Крапля
палива з більшою концентрацією вуглецевої складової має найменшу швидкість
згоряння (рисунок 3.9.5а). При цьому крапля палива із середньою часткою вугілля
(≈50%) мала максимальну швидкість горіння (рис. 3.9.5а). При збільшенні
концентрації масла реєструвалося збільшення швидкості горіння краплі (рисунок
3.9.5б).

Vb , 2 2
М м /з Vb , М м /з
0. 3 0
0. 3 0 10%
50%
0. 2 8
0.25
0. 26
0. 2 0 20%
40%
0. 2 4
0. 1 5 0. 2 2
0%
0. 60%
1 0 0. 2 0
0. 1 8
700
800 900 ТГ, °C 700 800 900 ТГ, °C
а б
Рисунок 3.9.5. Типові швидкості згоряння крапель ОВВП [19] на основі коксівного
вугілля і відпрацьованого турбінного масла (10% мас.) при зміні температури
камери згоряння при Dd≈1,7 мм і концентрації вугілля (а) і зміні концентрації
відпрацьованого турбінного масла (б)

2
Vb, Мм /з
ΔV =6 1 %
b
0, 18 ΔV b= 4 3 %
Δ V = 46 %
b
0 ,1 4
ΔV =1 4 %
b
0, 10
0, 06
ВУТ 1/ О ВУТ 1 ВУТ 2 / ОВУТ 2 ВУТ 3/ ОВУТ 3 ВУТ 4/ О ВУТ 4

Рисунок 3.9.6. Порівняння коефіцієнтів вигоряння (Dd≈1,4 мм, tg≈700 °C) [19]

Рисунок 3.9.6 ілюструє відмінності в швидкостях горіння крапель ВВП і
ХВВП різного складу. У всіх випадках додавання відпрацьованих нафтопродуктів
призводило до прискорення згоряння. Різниця досить істотна і може досягати 50-
60%. Найвищими показниками згоряння володіють склади ОВВП на основі
коксівного вугілля, а також на основі низькоспікантних відходів збагачення
вугілля. Високі швидкості згоряння досягаються за рахунок ефекту
мікровибухового розсіювання перед займанням (при інтенсивному дробленні
краплі) і в процесі вигоряння, що сприяє більш інтенсивній взаємодії з
окислювачем (так як крапля ЕПТ зменшується в десятки разів). Виникненню
мікровибуху передує утворення одного або двох бульбашок біля центру краплі, що
сприяє більш повному дробленню. На утворення бульбашок безпосередньо
впливає різниця в летючості компонентів (води і масла). Щоб усередині краплі
утворився міхур, необхідно нагріти його до температури кипіння менш летючого
компонента (води). На освіту бульбашок всередині краплі з подальшим її
руйнуванням впливає ступінь перегріву (необхідно досягти критичного перепаду
температур). Руйнування відбувається за рахунок розширення бульбашок в краплі
і зниження її поверхневого натягу через перегрів.
За результатами проведених експериментальних досліджень можна
сформулювати кілька рекомендацій щодо зниження інерції займання і збільшення
швидкості згоряння суспензійних палив:
• Додавання масла в суспензію призводить до дроблення краплі (посилення
ефекту «мікровибуху»). В результаті зменшується інерція займання і тривалість
вигоряння;
• збільшення частки рідкого горючого компонента призводить до збільшення
швидкості згоряння;
• для зменшення часу затримки запалювання і тривалості вигоряння бажано
зменшити розмір крапель;
• бажано підвищити температуру в камері згоряння, щоб зменшити час
затримки запалювання, але не для збільшення швидкості згоряння;
• збільшити швидкість горіння крапель HUT можна за рахунок використання
в якості присадки вуглецевої складової (зокрема, малозольного вугілля).
Аналогічний результат досягається за рахунок додавання в суспензію рідкого
горючого компонента.
Найважливішим напрямком подальших досліджень є аналіз зміни
швидкостей згоряння крапель паливної суспензії не тільки при зміні типу і
концентрації основних горючих компонентів, але і додаткових домішок. Останні
додаються для поліпшення екологічних, економічних, енергетичних
характеристик роботи котельних установок і двигунів, а також для поліпшення
властивостей паливних складів (реологічних, теплофізичних, термокінетичних і
т.д.). Вивчення швидкостей згоряння підвісок ОВВП і ВВП є самостійним
науковим напрямком досліджень.
Результати досліджень можуть бути використані при розробці існуючих та
перспективних технологій спалювання вугільно-водних та вуглеоргано-вугільних
паливних суспензій у напрямку широкого використання в якості основних
горючих компонентів вуглезбагачення та відходів нафтопереробки.
Важливим результатом проведених наукових досліджень слід вважати
сформульовані апроксимаційні вирази для встановлених залежностей. З їх
використанням можлива розробка моделей запалювання і вигоряння підвісок
ОВіК в топкових камерах котельних установок великої і малої генерації
електроенергії.
Найбільш цінними є результати комплексного аналізу переваг і недоліків
використання підвісок ОВВП і ВВП в якості основних видів палива на теплових
електростанціях. Понад 40% світової електроенергії на рік виробляють теплові
електростанції. Майже половина останніх працює на вугіллі. Саме такі вугільні
теплові електростанції є основними джерелами [14] забруднення навколишнього
середовища і погіршення здоров'я населення планети. Глобальний перехід на
суспензійне паливо замість вугілля сприятиме розширенню сировинної бази,
зменшенню антропогенних викидів, підвищенню пожежної та вибухобезпеки
виробництва теплової та електричної енергії. Важливим є широке впровадження
наукових результатів досліджень у навчальні матеріали та стандарти для
своєчасної зміни концепцій розвитку теплоенергетики у світі.

3.10. Аналіз впливу ТПВ та відпрацьованого масла у складі композиційного
палива на концентрацію антропогенних викидів при спалюванні паливних
композицій
Аналіз концентрацій шкідливих газів у продуктах згоряння композиційного
палива проводився за двома основними компонентами: NOx і SOx (рис. 3.10.1).
Концентрація оксидів вуглецю в димових газах при спалюванні палив з різними
компонентами з числа типових твердих побутових відходів відрізняється менш
суттєво.

a б
Рисунок 3.10.1. Залежності концентрації NOx (a) і SOx (b) в газоподібних продуктах
згоряння композитного палива від температури повітря, при якому був
ініційований процес горіння [13]: No 1 – Кокс 100 %; No 2 – Кокс 90 %, деревина
10 %; No 3 – Кокс 90 %, гума 10 %; No 4 – Кокс 90 %, пластик 10 %; No 5 – Кокс
90 %, картон 10 %

За елементним складом компонентів палива вміст азоту та сірки у типових
твердих побутових відходах у 2–10 разів менший, ніж у вихідному КОКС. Таким
чином, в результаті приготування паливного складу масова концентрація Кокс
знижується за рахунок додавання твердого горючого компонента (дерево, гума,
пластик, картон), що містить меншу кількість азоту і сірки. Ідентичні умовам
горіння складу No 1 (Кокс 100%), знижується концентрація основних
антропогенних викидів NOx і SOx в атмосферу. Варто зазначити, що при додаванні
до складу палива твердих побутових відходів (наприклад, пластику) теплота, що
виділяється при його згорянні, еквівалентна аналогічній характеристиці при
спалюванні Кокс без будь-яких добавок. У деяких випадках, наприклад, при
додаванні гуми, тепловий ефект від процесу згоряння палива становить перевищує
це значення при спалюванні КОКС. Можна зробити висновок, що при додаванні
типових твердих побутових відходів до складу композитного палива при його
спалюванні виділяється еквівалентна кількість енергії при меншій концентрації
основних антропогенних викидів у димових газах.
Результати, представлені на рисунку 3.10.1, добре узгоджуються з даними про
елементний склад компонентів палива. Встановлено, що концентрація NOx і SOx в
продуктах згоряння різних паливних складів знижується в такій послідовності при
додаванні в макуху компонентів: гуми, картону, дерева, пластику. Склад No 4 (Кокс
90%, пластик 10%) характеризується мінімальними концентраціями оксидів азоту
і сірки в димових газах в порівнянні з іншими складами при ідентичні умови
горіння. Встановлено, що для рецептур No 1 і 4 максимальна різниця в
концентраціях NOх становить 70%, SOx становить 45%. В абсолютних одиницях
значення цих відмінностей становлять відповідно 125 ppm і 50 ppm. Такі
відмінності досить істотні, так як максимальні концентрації NOx і SOx в
газоподібних продуктах згоряння Кокс складають близько 300 ppm і близько 130
ppm (рис. 3.10.1). Відповідно.
Коли процес згоряння палива ініціюється і протікає при високих
температурах, концентрація антропогенних компонентів в димових газах зростає.
При зміні температури окислювача в межах 700-1000 ° С концентрація NO х і SOх
збільшується в 4-6 разів для всіх досліджуваних складів композиційного рідкого
палива. В області відносно високих температур швидкість реакції окислення азоту
і сірки також висока. Цим і обумовлена досить істотна різниця в результатах,
одержуваних при tg = 700-1000 °C (рис. 3.10.1).

3.11. Відносні показники ефективності залізничного сполучення
Для оцінки доцільності використання типових твердих побутових відходів як
компонентів залізничних відходів було проведено комплексний аналіз з
урахуванням економічного, екологічного та енергетичного аспектів [66].
Проведено розрахунки відносної ефективності спалювання палив з твердими
побутовими відходами та без них при однаковій вазі. Розрахунки проводилися для
п'яти конвоїв з використанням наступних виразів [66]:

де D – показник ефективності; $/кг; Qas,V – тепловий ефект процесу згоряння
палива, тобто теплотворна здатність (табл. 2.1), МДж/кг; NOх - концентрація
оксиду азоту, ppm; SOх - концентрація оксиду сірки, проміле; C – вартість, індекси
CF+MSW – композитне паливо з додаванням твердих побутових відходів, NOx –
оксид азоту, SOx – оксид сірки.
У розрахунках використовувалися максимальні значення концентрацій
антропогенних викидів (рисунок 3.10.1) при tg≈800 °C. Вартість різних складів
палива розраховувалася пропорційно концентрації компонентів. Передбачалося,
що основним внеском у вартість відходів вуглепідготовки (Кокс) та твердих
побутових відходів (деревини, гуми, пластику, картону) була вартість їх
транспортування від місця зберігання до місця приготування палива – 0,0058 $/кг.
Для ілюстрації переваг використання палив з додаванням твердих побутових
відходів введено показник відносної ефективності, що дорівнює відношенню
показника ефективності композитного палива з додаванням твердих побутових
відходів до показника ефективності композитного палива без будь-яких присадок:

Результати виконаних розрахунків наведені на рисунку 3.11.1. Для складу No
1 (100% Кокс) Drelative = 1, оскільки з метою аналізу ефективності додавання
твердих побутових відходів до складу композитного рідкого палива було
проведено порівняння показників ефективності паливних складів No 2–4 з
аналогічною характеристикою для чистого Кокс. Значення Drelative > 1 для
паливних складів No 2–4 ілюструють перспективи практичного застосування
технології утилізації твердих побутових відходів шляхом їх спалювання у складі
КРП.

Dв ідносни
й 2. 7 2 .8
2. 5
2. 2
2 1. 7
1. 5
1
1
0. 5

КОКС 100%КОКС 90% + КОКС 90% + КОКС 90% + КОКС 90% +
Дерево 10% Гума 10% Пластик 10% Картон 10%
Рисунок 3.11.1. Відносні показники ефективності композиційних палив з різними
ТПВ при tg≈800 °C

Отримані результати (рисунок 3.11.1) дозволяють зробити висновок, що з
точки зору комплексного показника ефективності, що враховує економічні,
екологічні та енергетичні показники, рецептури No 3 (Кокс К 90%, гума 10%); No
5 (КОКС 90%, картон 10%). Проте ефективність всіх складів композиційних рідких
палив з додаванням твердих побутових відходів в 1,5-3 рази вище, ніж для Кокс
(рис. 3.11.1).
Отримані результати (рисунок 3.11.2) дозволяють зробити висновок, що з
точки зору комплексного показника ефективності, що враховує економічні,
екологічні та енергетичні аспекти, склад «ВВП + ТПВ» є більш перспективним.
ККД всіх складів композиційних рідких палив з додаванням твердих побутових
відходів вище, ніж у вугільного пилу. Основні переваги забезпечуються низькою
вартістю і низькими концентраціями двох основних (найбільш небезпечних)
антропогенних викидів (NOx і SOx).

D відносни
136
й
100
80
65
60
40 27
20 13
1
Вугілля ВВП ОВВП ВВП+ Т ПВ ОВВП+ Т ПВ

Рисунок 3.11.2. Відносні показники ефективності композиційних палив з різним
компонентним складом при tg≈800 °C

Спалювання однієї і тієї ж маси (наприклад, при розрахунку на 1 кг) не
завжди дозволить адекватно оцінити привабливість палива в порівнянні з
використовуваним. Ефективність спалюваного палива доцільно оцінювати
виходячи з ідентичної теплотворної здатності. Тому розрахунки відносних значень
мас палива для аналогічних складів з пункту 3.11.2 проводилися для отримання 30
МДж теплової енергії в порівнянні з вугільним пилом з використанням виразів:

де М - показник ефективності; кг; Qas,V - тепловий ефект процесу згоряння палива
(табл. 2.1), МДж/кг.
Отримані результати (рисунок 3.11.3) показують, що ВВП є кращим з точки
зору комплексного показника, що включає екологічні, економічні та енергетичні
показники. Однак ефективність всіх композитних рідкопаливних складів з
додаванням твердих побутових відходів вище, ніж у вугільного пилу.

M відносни
3
й 2. 5
2 . 5
2 . 1
1 .9
2
1 . 5
1
1
0 . 5
Вугілля ВУТ ОВУТ ВУТ +Т ПВ ОВУТ +Т ПВ

Рисунок 3.11.3. Відносні значення мас палива для отримання однакової кількості
теплоти в порівнянні з вугільним пилом при tg≈800 °C

Крім оцінки відносних значень мас палива для отримання ідентичної
кількості тепла в порівнянні з вугільним пилом, дуже важливим показником є
кількість золи, отриманої після згоряння палива. Тому були проведені розрахунки
відносних мас золи при згорянні обсягу КРП, що дозволяє отримати ідентичну
кількість тепла в порівнянні з вугільним пилом. Отримані результати (рисунок
3.11.4) дозволяють зробити висновок, що при використанні композитних рідких
палив золи буде утворюватися в 3-6 разів більше. Передбачається подальше
використання золи в різних сферах промисловості.
M Зольний
родич 6
5 5 . 5
4 . 2
4 3 . 5
3
2
1
1
Вугілля ВУТ ОВУТ ВУТ +Т ПВ ОВУТ+ Т ПВ

Рисунок 3.11.4. Відносні значення маси золи при згорянні об'єму РРТ, що дозволяє
отримувати однакову кількість тепла при спалюванні вугілля в порівнянні з
вугільним пилом при tg≈800 °C

Проведені оцінки є основою для широкого залучення твердих побутових
відходів до складу залізничних відходів в енергетичному секторі, як дуже
прийнятного варіанту з екологічної, економічної та енергетичної точки зору.

Висновки по третьому розділу
1. Визначено основні етапи взаємопов'язаних фізико-хімічних процесів при
спалюванні КРП з твердими побутовими відходами. Починається все з
інертного нагріву, потім відбувається випаровування вологи, потім термічне
розкладання твердих горючих компонентів (вугілля і ТПВ). Після цього
горючі гази змішуються з окислювачем, в результаті газова суміш
запалюється і згорає. Закінчується все нагріванням твердого залишку, його
неоднорідним займанням і згорянням.
2. Збільшення концентрації рідкої горючої складової може істотно впливати на
граничні температури займання тгліма ОВК, а також на інтегральні
характеристики досліджуваних процесів – час затримки займання τd і час
горіння τc. Підвищення або зниження цих параметрів визначається вологістю,
тепловим ефектом випаровування, температурою займання і тепловим
ефектом згоряння рідкого горючого компонента в складі ГФВ. Щодо
Невелике (до 10%) додавання в систему опалення, вентиляції та
кондиціонування високоякісного промитого вугілля може призвести до
скорочення τd і τc на 20–30%. Отриманий результат показує, що для систем
опалення, вентиляції та кондиціонування повітря на основі фільтрувальних
коржів з гіршими інтегральними характеристиками займання одним із
підходів до оптимізації процесів спалювання може бути додавання невеликих
обсягів вугілля. Збільшення концентрації води в ОВК на 5-15% призводить до
погіршення характеристик процесу ініціації горіння на 30–40 %. Цей ефект
впливає на дві стадії: інертне нагрівання краплі і випаровування вологи з її
приповерхневого шару.

РОЗДІЛ 4 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА У НАДЗВИЧАЙНИХ
СИТУАЦІЯХ

МКР 25.144.89 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Погрібний Літ. Арк. Акрушів
Розділ 4
Перевір. Цікановський
Реценз.
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-45
Затверд. Калейніков
РОЗДІЛ 4 ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА У НАДЗВИЧАЙНИХ
СИТУАЦІЯХ
4.1 Класифікація небезпечних відходів
Відповідно до Постанови від 20.10.2023 № 1102 «Про затвердження Порядку
класифікації відходів та Національного переліку відходів» (далі Закон) відходи
класифікуються як небезпечні у разі, коли вони відповідають одній або кільком із
наведених нижче умов:
1) містять небезпечні хімічні речовини, які призвели б до прояву однієї чи
кількох небезпечних властивостей, зазначених у додатку 3 до Закону та додатку 1;
2) містять небезпечні хімічні речовини, визначені в додатках до
Стокгольмської конвенції про стійкі органічні забруднювачі;
3) містять один або декілька компонентів, зазначених у додатку 2, з
урахуванням розділу II додатка 3 і концентрація небезпечних речовин у них
спричиняє прояв у відходах однієї або декількох небезпечних властивостей,
наведених у додатку 3 до Закону та додатку 1;
4) наведені в розділі І додатка 3 та мають одну або декілька властивостей,
зазначених у додатку 3 до Закону та додатку 1.
17. Під час встановлення наявності небезпечних властивостей відходів до
уваги береться класифікація хімічної продукції.
Класифікація проводиться на основі:
1) відомих фактів про вміст і складові відходів, інформації про продукцію,
паспорта безпечності;
2) наявності небезпечних речовин або компонентів із вмістом небезпечних
речовин;
3) визначення небезпеки за кожною властивістю згідно з додатком 1;
4) опису діяльності, в результаті якої утворилися відходи;
5) опису процесу, дії або процедури, в результаті яких утворилися відходи;
6) визначення кількості фракцій, з яких складаються відходи.
4.2 Коди класів небезпеки та категорій у межах класів, позначень щодо
виду небезпечного впливу
Небезпечна властивість: вибухонебезпечність (НВ 1)
Вибухонебезпечність - небезпечна властивість відходів, що здатні до хімічної
реакції з виділенням газу за такої температури, тиску та з такою швидкістю, що
можуть завдати шкоди навколишньому природному середовищу, включаючи
відходи піротехнічних виробів, вибухонебезпечні відходи органічних пероксидів
та відходи вибухонебезпечних самореактивних речовин.
Якщо відходи містять одну або більше хімічних речовин, які класифіковані
за одним із класів небезпеки та категорією у межах класу з визначеним відповідним
кодом позначення щодо виду небезпечного впливу, які наведені в таблиці 1, такі
відходи повинні бути оцінені за вибухонебезпечністю та класифіковані як
небезпечні за властивістю “вибухонебезпечні”.
Таблиця 1. Коди класів небезпеки, категорій у межах класу та позначень щодо
виду небезпечного впливу компонентів відходів для їх класифікації за властивістю
“вибухонебезпечні”
Класи небезпеки та категорії у межах класу із зазначенням кодів Код позначень щодо
англійською мовою українською мовою виду небезпечного
впливу
Unst. Expl. нестабільні вибухонебезпечні H200
Expl. 1.1 вибухонебезпечні 1.1 H201
Expl. 1.2 вибухонебезпечні 1.2 H202
Expl. 1.3 вибухонебезпечні 1.3 H203
Expl. 1.4 вибухонебезпечні 1.4 H204
Self-react. A самореактивні A H240
Org. Perox. A органічні пероксиди A
Self-react. B самореактивні B H241
Org. Perox. B органічні пероксиди B
Небезпечна властивість: окисна здатність (НВ 2)
Окисна здатність - небезпечна властивість відходів, які, виділяючи кисень,
викликають або сприяють горінню інших матеріалів.
Якщо відходи містять одну або більше хімічних речовин, які класифіковані
за одним із класів небезпеки та категорією у межах класу з визначеним відповідним
кодом позначення щодо виду небезпечного впливу, які наведені в таблиці 2, такі
відходи повинні бути оцінені за окисною здатністю. Якщо наявність речовини
свідчить про те, що відходи є окислювачами, вони класифікуються як небезпечні
за властивістю “окисна здатність”.
Таблиця 2. Коди класів небезпеки, категорій у межах класу та позначень
щодо виду небезпечного впливу компонентів відходів для їх класифікації як
небезпечних за властивістю “окисна здатність”
Класи небезпеки та категорії у межах класу із зазначенням кодів Код позначень щодо
виду небезпечного
англійською мовою українською мовою
впливу
Ox. Gas 1 окиснювальний газ 1 H270
Ox. Liq. 1 окиснювальна рідина 1 H271
Ox. Sol. 1 окиснювальна тверда речовина 1
Ox. Liq. 2, окиснювальна рідина 2, H272
Ox. Liq. 3 окиснювальна рідина 3
Ox. Sol. 2, окиснювальна тверда речовина 2,
Ox. Sol. 3 окиснювальна тверда речовина 3
Небезпечна властивість: легкозаймистість (НВ 3)
Легкозаймистість - небезпечна властивість для таких відходів:
− легкозаймисті рідкі відходи: рідкі відходи, які мають температуру спалаху
нижче 60°С або відпрацьовані газойль, дизельне пальне та світлі нафтопродукти з
температурою спалаху від > 55°С до ≤ 75°С;
− легкозаймисті пірофорні рідкі або тверді відходи: тверді або рідкі відходи,
які навіть у невеликій кількості можуть спалахнути протягом 5 хвилин при
взаємодії з повітрям;
− легкозаймисті тверді відходи: тверді відходи, які легко займаються або
можуть спричинити чи сприяти горінню через тертя;
− легкозаймисті газоподібні відходи: газоподібні відходи, які є
легкозаймистими у повітрі за температури 20°С та нормального атмосферного
тиску 101,3 кПа;
− відходи, що вступають у реакцію з водою: відходи, які при контакті з водою
виділяють легкозаймисті гази у небезпечних обсягах;
− інші легкозаймисті відходи: легкозаймисті аерозолі, відходи, що
саморозігріваються, органічні пероксиди та самореактивні відходи.
Відходи, що містять одну або більше речовин, які класифіковані за одним із
класів небезпеки та категорією у межах класу з визначеним відповідним кодом
позначення щодо виду небезпечного впливу, які наведені у таблиці 3, повинні бути
оцінені за легкозаймистістю. Якщо наявність хімічної речовини свідчить про те, що
відходи є легкозаймистими, вони класифікуються як небезпечні за властивістю
“легкозаймистість”.
Таблиця 3. Коди класів небезпеки, категорій у межах класів та позначень
щодо виду небезпечного впливу компонентів відходів для їх класифікації як
небезпечних за властивістю “легкозаймистість”
Класи небезпеки та категорії у межах класу із зазначенням кодів Код позначень щодо виду
небезпечного впливу
англійською мовою українською мовою
Flam. Gas 1 легкозаймисті газоподібні 1 H220
Flam. Gas 2 легкозаймисті газоподібні 2 H221
Aerosol 1 аерозолі 1 H222
Aerosol 2 аерозолі 2 H223
Flam. Liq. 1 легкозаймисті рідкі 1 H224
Flam. Liq. 2 легкозаймисті рідкі 2 H225
Flam. Liq. 3 легкозаймисті рідкі 3 H226
Flam. Sol. 1 легкозаймисті тверді 1 H228
Flam. Sol. 2 легкозаймисті тверді 2
Self-react. CD самореактивні CD H242
Self-react. EF самореактивні EF
Org. Perox. CD органічні пероксиди CD
Org. Perox. EF органічні пероксиди EF
Pyr. Liq. 1 пірофорні рідкі 1 H250
Pyr. Sol. 1 пірофорні тверді 1
Self-heat.1 самонагрівальні 1 H251
Self-heat.2 самонагрівальні 2 H252
Water-react. 1 вступають у реакцію з водою 1 H260
Water-react. 2 вступають у реакцію з водою 2 H261
Water-react. 3 вступають у реакцію з водою 3
Небезпечна властивість: подразнювальна здатність (НВ 4)
Подразнювальна здатність - небезпечна властивість відходів,
що спричиняють подразнення шкіри чи пошкодження очей.
Якщо відходи містять одну або більше речовин у концентраціях, що
перевищують порогові концентрації, та класифіковані за одним із класів небезпеки
за кодами Skin corr. (роз’їдання/подразнення шкіри), Skin irrit. (подразнення шкіри),
Eye dam. (ураження очей), Eye irrit. (подразнення очей) і якщо досягається або
перевищується один або більше із наступних лімітів концентрацій, відходи
класифікуються як небезпечні за властивістю “подразнювальна здатність”.
Порогова концентрація для проведення оцінки для класів небезпеки та
категорій у межах класу за кодами Skin corr. (роз’їдання/подразнення шкіри) 1A
(H314), Skin irrit. (подразнення шкіри) 2 (H315), Eye dam. (ураження очей) 1 (H318)
та Eye irrit. (подразнення очей) 2 (H319) становить 1 %.
Якщо сума концентрацій всіх хімічних речовин, класифікованих як Skin corr.
(роз’їдання/подразнення шкіри) 1A (H314), перевищує або дорівнює 1 %, відходи
класифікуються як небезпечні за властивістю “подразнювальна здатність”.
Якщо сума концентрацій всіх хімічних речовин, класифікованих як Eye dam.
(ураження очей) 1 (H318), перевищує або дорівнює 10 %, відходи класифікуються
як небезпечні за властивістю “подразнювальна здатність”.
Якщо сума концентрацій усіх хімічних речовин, класифікованих як Skin irrit.
(подразнення шкіри) 2 (H315) та Eye irrit. (подразнення очей ) 2 (H319), перевищує
або дорівнює 20 %, відходи класифікуються як небезпечні за властивістю
“подразнювальна здатність”.
Відходи, які містять хімічні речовини, які класифіковані як Skin corr.
(роз’їдання/подразнення шкіри) 1A, 1B або 1C (H314), у концентрації, що
перевищує або дорівнює 5 %, класифікуються як небезпечні за властивістю
“корозивність”. Якщо відходи класифіковані за властивістю “корозивність”, то така
властивість, як подразнювальна здатність, не розглядається.
Небезпечна властивість: вибіркова токсичність для окремих органів-
мішеней (ВТОМ)/токсичність при аспірації (НВ 5)
Вибіркова токсичність для окремих органів-мішеней (ВТОМ)/токсичність
при аспірації - небезпечна властивість відходів, які можуть виявляти вибіркову
токсичність для окремих органів за одноразового або повторюваного впливу або
можуть спричинити гострі токсичні ефекти внаслідок аспірації.
Якщо відходи містять одну або більше хімічних речовин, які класифіковані
за одним із класів небезпеки та категорією у межах класу з визначеним відповідним
кодом позначення щодо виду небезпечного впливу, які наведені у таблиці 4, і якщо
досягається або перевищується один або більше із лімітів концентрації, зазначених
у таблиці 4, відходи класифікуються як небезпечні за властивістю “вибіркова
токсичність для окремих органів-мішеней (ВТОМ)/токсичність при аспірації”.
Якщо відходи містять хімічні речовини, які класифіковані як ВТОМ, для
класифікації відходів як небезпечних за властивістю “вибіркова токсичність для
окремих органів-мішеней (ВТОМ)/токсичність при аспірації” кожна така окрема
хімічна речовина повинна бути присутня у концентрації на рівні або з
перевищенням певного ліміту концентрації.
Якщо відходи містять одну або більше хімічних речовин, класифікованих як
Asp. Tox. (токсичність при аспірації) 1, а сума концентрацій цих речовин дорівнює
або перевищує ліміт концентрації, відходи класифікуються як небезпечні за
властивістю “вибіркова токсичність для окремих органів-мішеней
(ВТОМ)/токсичність при аспірації”, але лише в разі, коли загальна кінематична
в’язкість відходів (при 40°C) не перевищує 20,5 мм2/с. Кінематична в’язкість
визначається лише для рідин.
Таблиця 4. Коди класів небезпеки, категорій у межах класу та позначень
щодо виду небезпечного впливу компонентів відходів та відповідні ліміти
концентрації для їх класифікації як небезпечних за властивістю “вибіркова
токсичність для окремих органів-мішеней (ВТОМ)/токсичність при аспірації”
Класи небезпеки та категорії у межах класу із Код позначень Ліміт
зазначенням кодів щодо виду концентрації,
небезпечного відсотків
англійською українською мовою
впливу
мовою
STOT SE 1 ВТОМ-ОВ 1 (одноразовий вплив 1) H370 1
STOT SE 2 ВТОМ-ОВ 2 (одноразовий вплив 2) H371 10
STOT SE 3 ВТОМ-ОВ 3 (одноразовий вплив 3) H335 20
STOT RE 1 ВТОМ-ПВ 1 (повторюваний/ H372 1
багаторазовий вплив 1)
STOT RE 2 ВТОМ-ПВ 2 (повторюваний/ H373 10
багаторазовий вплив 2)
Asp. Tox. 1 токсичний при аспірації/токсичний H304 10
під час вдихання 1
Небезпечна властивість: гостра токсичність (НВ 6)
Гостра токсичність - небезпечна властивість відходів, які можуть спричинити
гострі токсичні ефекти після перорального надходження, потрапляння на шкіру або
під час вдихання.
Якщо сума концентрацій всіх гостротоксичних хімічних речовин, що входять
до складу відходів, класифікованих за класом небезпеки та категорією у межах
класу з визначеним відповідним кодом позначення щодо виду небезпечного
впливу, наведеного у таблиці 5, перевищує або дорівнює ліміту концентрації,
зазначеному в цій таблиці, відходи класифікуються як небезпечні за властивістю
“гостра токсичність”. Якщо відходи містять більше ніж одну хімічну речовину, яка
класифікована як гостротоксична, сума концентрації підраховується лише для
речовин з однаковою категорією у межах класу.
Для оцінки застосовуються такі порогові значення:
для класу небезпеки відповідно до таблиці 5: Acute Tox. (гостра токсичність)
1, 2 або 3 (H300, H310, H330, H301, H311, H331) - 0,1 %;
для класу небезпеки відповідно до таблиці 5: Acute Tox. (гостра токсичність)
4 (H302, H312, H332) - 1 %.
Таблиця 5. Коди класів небезпеки, диференціацій, категорій у межах класів
та позначення щодо виду небезпечного впливу компонентів відходів та відповідні
ліміти концентрації для їх класифікації як небезпечних за властивістю “гостра
токсичність”
Класи небезпеки та категорії у межах класу Код позначення Ліміт
із зазначенням кодів щодо виду концентрації,
небезпечного відсотків
англійською мовою українською мовою
впливу
Acute Tox.1 (Oral) гостра токсичність 1 (при H300 0,1
пероральному впливі)
Acute Tox. 2 (Oral) гостра токсичність 2 (при H300 0,25
пероральному впливі)
Acute Tox. 3 (Oral) гостра токсичність 3 (при H301 5
пероральному впливі)
Acute Tox 4 (Oral) гостра токсичність 4 (при H302 25
пероральному впливі)
Acute Tox.1 (Dermal) гостра токсичність 1 (при H310 0,25
впливі через шкіру)
Acute Tox.2 (Dermal) гостра токсичність 2 (при H310 2,5
впливі через шкіру)
Acute Tox. 3 (Dermal) гостра токсичність 3 (при H311 15
впливі через шкіру)
Acute Tox 4 (Dermal) гостра токсичність 4 (при H312 55
впливі через шкіру)
Acute Tox 1 (Inhal.) гостра токсичність 1 (при H330 0,1
вдиханні)
Acute Tox.2 (Inhal.) гостра токсичність 2 (при H330 0,5
вдиханні)
Acute Tox. 3 (Inhal.) гостра токсичність 3 (при H331 3,5
вдиханні)
Acute Tox. 4 (Inhal.) гостра токсичність 4 (при H332 22,5
вдиханні)
Небезпечна властивість: канцерогенність (НВ 7)
Канцерогенність - небезпечна властивість відходів, які провокують
онкологічні хвороби або збільшують вірогідність захворювання на такі хвороби.
Якщо відходи містять хімічну речовину, яка класифікована за одним із класів
небезпеки та категорією у межах класу з визначеним відповідним кодом
позначення щодо виду небезпечного впливу, та досягається або перевищується
один із лімітів концентрації, зазначених у таблиці 6, відходи класифікуються як
небезпечні за властивістю “канцерогенність”.
Якщо відходи містять більше ніж одну хімічну речовину, яка класифікована
як канцерогенна, для класифікації відходів як небезпечних за властивістю
“канцерогенність” кожна окрема речовина повинна бути присутня у концентрації
на рівні або з перевищенням ліміту концентрації.
Таблиця 6. Коди класів небезпеки, категорій у межах класів та позначення
щодо виду небезпечного впливу компонентів відходів для компонентів відходів та
відповідні ліміти концентрацій для їх класифікації як небезпечних за властивістю
“канцерогенність”
Класи небезпеки та категорії у межах класу із Код позначення Ліміт
зазначенням кодів щодо виду концентрації,
небезпечного впливу відсотків
англійською мовою українською мовою
Carc. 1A канцерогенні 1А H350 0,1
Carc. 1B канцерогенні 1В
Carc. 2 канцерогенні 2 H351 1
Небезпечна властивість: корозивність (НВ 8)
Корозивність - небезпечна властивість відходів, які при контакті можуть
спричинити роз’їдання шкіри.
Якщо відходи містять одну або більше хімічних речовин, класифікованих як
Scin. corr. (роз’їдаючі/подразнюючі шкіру) 1A, 1B або 1C (H314) і сума їх
концентрацій перевищує або дорівнює 5 %, відходи класифікуються як небезпечні
за властивістю “корозивність”.
Порогова концентрація для проведення оцінки відходів, класифікованих як
Scin. corr. (роз’їдаючі/подразнюючі шкіру) 1A, 1B або 1C (H314) становить 1 %.
Небезпечна властивість: інфекційність (НВ 9)
Інфекційність - небезпечна властивість відходів, які містять життєздатні
мікроорганізми або їх токсини, які є або вважаються такими, що спричиняють
захворювання у людей чи інших живих організмів.
Для оцінки необхідно визначити чи містять відходи:
− мікроорганізми - мікробіологічні агенти, клітинні або неклітинні, здатні до
реплікації або передачі генетичного матеріалу. До мікробіологічних агентів
належать водорості, бактерії, гриби, паразити, плазміди, пріони, віруси та їх
генетично модифіковані варіанти;
− життєздатні мікроорганізми - за станом організму на місці і в час утворення
відходів. Неживі мікроорганізми не вважаються інфекційними;
− токсини, що виробляються мікроорганізмами, які можуть надходити до
відходів, навіть якщо організм-продуцент більше не присутній у відходах.
Токсини слід оцінювати аналогічно хімічним речовинам, беручи до уваги
присвоєні коди небезпеки та відповідні небезпечні властивості. Для
мікроорганізмів не встановлюються коди небезпеки, оскільки вони не вважаються
небезпечними речовинами.
Якщо необхідно вирішити, чи відходи мають бути віднесені до дзеркально
небезпечних чи дзеркально таких, що не є небезпечними, відходам буде присвоєно
дзеркальні коди на основі властивості “інфекційність”, якщо вони містять токсин,
вироблений мікроорганізмом у концентрації, за якої відходи демонструють
небезпечну властивість “специфічна токсичність для цільового органу/аспіраційна
токсичність” або “гостра токсичність”. Відходи, які можуть бути інфекційними
через мікробні токсини, включають залишки від днопоглиблювальних робіт і
плаваючі залишки з водойм, де відбулося цвітіння ціанобактерій.
Необхідно визначити, чи можуть відповідні відходи, пов’язані з медичним
обслуговуванням людей і тварин та/або проведенням відповідних досліджень (крім
кухонних та ресторанних відходів, не пов’язаних безпосередньо з медичним
обслуговуванням), бути пов’язані з інфекцією та чи потрібно їх класифікувати як
інфекційні.
Токсичні мікроорганізми оцінюються так само, як і хімічні речовини шляхом
порівняння ступеня ризику і присвоєння їм коду виду небезпечного впливу. Після
цього відходи класифікують відповідно до небезпечної властивості “гостра
токсичність”.
При оцінці такої небезпечної властивості як інфекційність для оброблених
відходів необхідно описати технологічний процес, метод знезараження та
продемонструвати ефективність обробки або дезактивації відходів шляхом
перевірки технології чи методу.
Показником ефективності оброблення відходів або дезактивації є
мікробіологічні дослідження.
Небезпечна властивість: токсичність для репродуктивної системи (НВ 10)
Токсичність для репродуктивної системи - небезпечна властивість відходів,
які негативно впливають на статеву функцію та репродуктивність дорослих
чоловіків і жінок, а також справляють токсичну дію на розвиток потомства.
Якщо відходи містять хімічну речовину, яка класифікована за одним із класів
небезпеки та категорією у межах класу з визначеним відповідним кодом
позначення щодо виду небезпечного впливу, та досягається або перевищується
один із лімітів концентрації, зазначених у таблиці 7, відходи класифікуються як
небезпечні за властивістю “токсичність для репродуктивної системи”.
Якщо відходи містять більше ніж одну хімічну речовину, яка класифікована
як токсична для репродуктивної системи, для класифікації відходів як небезпечних
за властивістю “токсичність для репродуктивної системи” кожна окрема речовина
повинна бути присутня у концентрації на рівні або з перевищенням ліміту
концентрації.
Таблиця 7. Коди класів небезпеки, категорій у межах класів та позначення
щодо виду небезпечного впливу компонентів відходів та ліміти концентрації для їх
класифікації як небезпечних за властивістю “токсичність для репродуктивної
системи”
Класи небезпеки та категорії у межах класу із Код позначення Ліміт
зазначенням кодів щодо виду концентрації,
небезпечного впливу відсотків
англійською мовою українською мовою
Repr. 1A репродуктивні 1А H360 0,3
Repr. 1B репродуктивні 1В
Repr. 2 репродуктивні 2 H361 3
Небезпечна властивість: мутагенність (НВ 11)
Мутагенність - небезпечна властивість відходів, які можуть спричинити
мутацію, тобто постійні зміни в кількості або структурі генетичного матеріалу в
клітині.
Якщо відходи містять хімічну речовину, яка класифікована за одним із класів
небезпеки та категорією у межах класу з визначеним відповідним кодом
позначення щодо виду небезпечного впливу, та досягається або перевищується
один із лімітів концентрації, зазначених у таблиці 9, відходи класифікуються як
небезпечні за властивістю “мутагенність”.
Якщо відходи містять більше ніж одну хімічну речовину, яка класифікована
як мутагенна, для класифікації відходів як небезпечних за властивістю
“мутагенність” кожна окрема речовина повинна бути присутня у концентрації на
рівні або з перевищенням ліміту концентрацій.
Таблиця 8. Коди класів небезпеки, категорій у межах класів та позначення
щодо виду небезпечного впливу компонентів відходів та відповідні ліміти
концентрації для їх класифікації як небезпечних за властивістю “мутагенність”
Класи небезпеки та категорії у межах класу із Код позначення Ліміт
зазначенням кодів щодо виду концентрації,
небезпечного відсотків
впливу

англійською мовою українською мовою
Muta. 1A мутагенні 1A H340 0,1
Muta. 1B мутагенні 1B
Muta. 2 мутагенні 2 H341 1
Небезпечна властивість: здатність виділяти гостротоксичний газ (НВ 12)
Здатність виділяти гостротоксичний газ - небезпечна властивість відходів,
відходи, які при контакті з водою або кислотою виділяють гостротоксичні гази.
Якщо відходи містять хімічні речовини, для яких призначені додаткові
позначення щодо видів небезпечного впливу EUH029 (при контакті з водою
виділяє токсичний газ), EUH031 (при контакті з кислотами виділяє токсичний га)
та EUH032 (при контакті з кислотами виділяє дуже токсичний газ), вони
класифікуються як небезпечні за властивістю “здатність виділяти гостротоксичний
газ”.
Небезпечна властивість: сенсибілізуюча здатність (НВ 13)
Сенсибілізуюча здатність - небезпечна властивість відходів, які містять одну
або більше хімічних речовин, про які відомо, що вони спричиняють сенсибілізацію
(алергічну реакцію) на шкірі або в дихальних шляхах.
Якщо відходи містять хімічну речовину, яка класифікована як сенсибілізатор
(алерген) із позначенням щодо виду небезпечного впливу H317 або H334, і
концентрація кожної окремої речовини дорівнює або перевищує ліміт концентрації
10 %, відходи класифікуються як небезпечні за властивістю “сенсибілізуюча
здатність”.
Небезпечна властивість: екотоксичність (НВ 14)
Екотоксичність - небезпечна властивість відходів, які становлять або можуть
становити безпосередній або віддалений ризик для навколишнього природного
середовища.
За екотоксичністю класифікують відходи як небезпечні, якщо вони
відповідають будь-якій з таких умов:
− відходи, що містять речовину, класифіковану як озоноруйнівна з
присвоєним кодом небезпеки H420, а концентрація такої речовини дорівнює або
перевищує граничну концентрацію 0,1 %.
− відходи, що містять одну або кілька речовин, класифікованих як гостро
токсичні для водних біоресурсів, отримали код небезпеки H400 і сумарна
концентрація таких речовин дорівнює або перевищує ліміт концентрації-25%. До
таких речовин застосовується граничне значення 0,1%.
− відходи, що містять одну або кілька речовин, класифікованих як
хронічно токсичні для водних біоресурсів 1, 2 або 3, віднесені до кодів H410, H411
або H412 та сума концентрації усіх речовин, які класифіковані як хронічно токсичні
для водних біоресурсів 1 (H410), помножена на 100, додана до суми концентрацій
усіх речовин, класифікованих як хронічно токсичні для водних біоресурсів 2
(H411), помножена на 10, додана до суми концентрацій усіх речовин,
класифікованих як хронічно токсичні для водних біоресурсів 3 (H412), дорівнює
або перевищує граничну концентрацію - 25 %. Порогове значення 0,1 %
застосовується до речовин, класифікованих за кодом H410, а граничне значення 1
% - до речовин, класифікованих за кодами H411 або H412.
− відходи, що містять одну або кілька речовин, класифікованих як
хронічно токсичні для водних біоресурсів 1, 2, 3 або 4, яким присвоєно коди
небезпеки H410, H411, H412 або H413 та сумарна концентрація всіх речовин,
класифікованих як хронічно токсичні для водних організмів дорівнює або
перевищує ліміт концентрації 25 %. Порогове значення 0,1 % застосовується до
речовин, які класифікують за кодом H410, а граничне значення 1% - до речовин, які
класифікують за кодами H411, H412 або H413.
Небезпечна властивість: відходи, здатні виявляти небезпечні
властивості, зазначені вище, але не класифіковані за такими властивостями
(НВ 15)
Якщо відходи містять одну або більше хімічних речовин, що підпадають під
одне із загальних або додаткових позначень щодо видів небезпечного впливу,
зазначених у таблиці 9, відходи класифікуються як небезпечні, крім випадків, коли
вони перебувають у такій формі, що в жодному разі не проявлять свої вибухові або
потенційно вибухові властивості.
Таблиця 9. Загальні та додаткові позначення щодо видів небезпечного впливу
для компонентів відходів для їх класифікації як небезпечних за властивістю
“відходи, здатні виявляти небезпечні властивості, зазначені вище, але не
класифіковані за такими властивостями”
Загальні та додаткові позначення щодо видів небезпечного впливу та їх коди
англійською мовою українською мовою код
May mass explode in fire можуть вибухнути масою під дією H205
вогню
Explosive when dry вибухонебезпечні в сухому стані EUH001
May form explosive peroxides можуть утворювати EUH019
вибухонебезпечні пероксиди
Risk of explosion if heated under ризик вибуху при нагріванні в EUH044
confinement герметичних умовах
Відходи можуть бути класифіковані як небезпечні за властивістю “відходи,
здатні виявляти небезпечні властивості, зазначені вище, але не класифіковані за
такими властивостями” на основі інших критеріїв, наприклад, шляхом проведення
оцінки продуктів вилуговування.

ВИСНОВОК
1. Збільшення концентрації рідкої горючої складової може істотно
впливати на граничні (мінімальні) температури займання (tglim) заліза і газових
рідин з додаванням твердих побутових відходів і без них, а також на інтегральні
характеристики досліджуваних процесів – час затримки займання τd і час горіння
τc. Підвищення або зниження цих параметрів визначається вологістю, термічним
впливом випаровування, температурою займання і теплотворною здатністю
горючих компонентів залізничних рідин. Порівняно невелика частка (до 10%)
доданого високосортного вугілля в БРТ може привести до зменшення часів τd і τc
на 20-30%. Підвищення концентрації води в ОВВП на 5-15% призводить до
погіршення характеристик процесу ініціації горіння на 30-40%. Цей ефект в
основному впливає на перші дві стадії: інертне нагрівання краплі і випаровування
вологи з її приповерхневого шару.
2. На прикладі розглянутих композицій композиційного палива
(фільтрувальний пиріг з добавками деревини, харчових відходів, пластику,
картону) і паливних суспензій з води і вуглецевого залишку від піролізу
автомобільних шин експериментально обґрунтована стабільність займання і
вигоряння крапель палива в умовах, характерних для печей котельних установок
великої і малої генерації електроенергії. Встановлено, що температура в камері
згоряння близько 450 °С є мінімально необхідною для стабільного займання
досліджуваного РР. При ідентичних умовах нагріву мінімальні терміни затримки
розпалювання спостерігаються в складі на основі 90% Кокс і 10% картону.
Встановлено діапазон часів затримки гарантованого (стійкого) займання крапель
розмірами близько 1 мм розглянутих композиційних складів палива в широкому
діапазоні коливання температури навколишнього повітря 600–1000 °С. Мінімальні
значення часу затримки запалювання - близько 3 с, максимальні - близько 25 с. в
області відносно низьких температур (600-700 °С). При температурі
навколишнього повітря понад 900 °С різниця в часі затримки запалювання для
різних складів палива не перевищує 10%. Апроксимаційні вирази τd=f(tg) були
отримані для оцінки середніх значень часу затримки запалювання композитних
крапель палива.
3. При додаванні твердих побутових відходів до складу композитного
палива в процесі його спалювання спостерігається більш низька концентрація
основних антропогенних викидів у складі газоподібних продуктів згоряння в
порівнянні з паливом без твердих побутових відходів. Максимальна різниця в
концентраціях NOx і SOx для таких паливних складів становить близько 60% і 35%
відповідно. В абсолютних одиницях виміру ці відмінності становлять близько 110
ppm і 45 ppm. Відповідно. Максимальні концентрації NOx і SOx в газах згоряння
Кокс становлять близько 300 ppm і близько 130 ppm відповідно. Таким чином,
додавання твердих побутових відходів до складу композитного палива має значний
вплив на зниження концентрації оксидів азоту та сірки в димових газах Ці метали
при взаємодії з молекулами води утворюють гідроксиди, які при взаємодії з
оксидами сірки утворюють сульфати, що випадають в осад в золу. Обмежувальний
коефіцієнт температури горіння вкрай важливий в системах утилізації твердих
побутових відходів, так як при спалюванні ТПВ при температурі менше 1300 ° С
всі небезпечні газоподібні речовини розкладаються на найпростіші, що виключає
наявність шкідливих (найбільш небезпечних для спалювання ТПВ) викидів
діоксинів або фуранів у складі димових газів.
4. Коефіцієнти вигоряння залізничних рідин, приготованих на основі
відходів збагачення вугілля (фільтрувальних осадок), близькі (відмінності менше
10%) до швидкостей вигоряння суспензій, приготованих з вугілля. Економічні та
екологічні показники КОКС в кілька разів вище, ніж у вугілля. Тому фільтрувальні
Кокс як основний горючий компонент залізничних відходів при утилізації твердих
побутових відходів доцільно використовувати.

ЛІТЕРАТУРА

1. International Energy Agency, 2019. Coal Information. URL:
https://www.iea.org/Textbase/npsum/coal2019MRSsum.
2. Stigka, E.K., Paravantis, J.A., Mihalakakou, G.K. Social acceptance of renewable
energy sources: A review of contingent valuation applications // Renewable and
Sustainable Energy Reviews. – 2014. – № 32. – С. 100–106.
3. Panwara, N.L., Kaushik, S.C., Kothari, S. Role of renewable energy sources in
environmental protection: A review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. –
2011. – № 15. – С. 1513–1524.
4. Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of the Council of 23 April
2009 on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and
subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC.
5. Khan, M.M.U.H., Jain, S., Vaezi, M., Kumar, A. Development of a decision model
for the techno-economic assessment of municipal solid waste utilization pathways //
Waste Management. – 2016. – № 48. – С. 548–564.
6. Rizwan, M., Saif, Y., Almansoori, A., Elkamel, A. Optimal processing route for the
utilization and conversion of municipal solid waste into energy and valuable products //
Journal of Cleaner Production. – 2018. – № 174. – С. 857–867.
7. International Energy Agency, 2019. Key world energy statistics. Електронний
ресурс. Режим доступу:
http://www.iea.org/publications/freepublications/publication/KeyWorld2019.pdf.
8. BP, 2019. Statistical Review of World Energy. Електронний ресурс. Режим
доступу: https://www.bp.com/content/dam/bp/en/corporate/pdf/energy-
economics/statistical-review-2019/bp-statistical-review-of-world-energy-2019-full-
report.pdf.
9. Touš, M., Pavlas, M., Putna, O., Stehlík, P., Crha, L. Combined heat and power
production planning in a waste-to-energy plant on a short-term basis // Energy. – 2015. –
№ 90. – С. 137–147.
10. Song, J., Song, D., Zhang, X., Sun, Y. Risk identification for PPP waste-to-energy
incineration projects in China // Energy Policy. – 2013. – № 61. – С. 953–962.
11. Faitli, J., Magyar, T., Erdélyi, A., Murányi, A. Characterization of thermal
properties of municipal solid waste landfills // Waste Management. – 2015. – № 36. – С.
213–221.
12. Tabakaev, R., Shanenkov, I., Kazakov, A., Zavorin, A. Thermal processing of
biomass into high-calorific solid composite fuel // Journal of Analytical and Applied
Pyrolysis. – 2017. – № 124. – С. 94–102.
13. Energy and Air Pollution for the World Energy Outlook Special Report 2016. Paris.
International Energy Agency. 2016. 266 p. http://www.iea.org.
14. Kumar, M.S. Studies on flow characteristics of coal-oil-water slurry system / M.S.
Kumar, K. Chandna, D.D. Sankar, G. Kundu // International Journal of Mineral
Processing. – 2006. – V. 79, № 4. – P. 217–224.
15. Hoornweg, D., Bhada-Tata, P. What a Waste: a Global Review of Solid Waste
Management. The World Bank. Washington. – 2012.
16. Moriguchi, Y., Hashimoto, S. Material Flow Analysis and Waste Management, in:
Clift, R., Druckman, A. (Eds.), Taking Stock of Industrial Ecology. Springer International
Publishing. – 2015. – С. 247–262.
17. Edjabou, M.E., Martín-Fernández, J.A., Scheutz, C., Astrup, T.F. Statistical
analysis of solid waste composition data: Arithmetic mean, standard deviation and
correlation coefficients // Waste Management. – 2017. – № 69. – С. 13–23.
18. Peavy, H.S., Rowe, D.R., Tchobanoglous, G., Environmental engineering,
McGrawHill, New York. – 1985.
19. Malinauskaite, J., Jouhara, H., Czajczyńska, D., Vlasopoulos, A., Spencer, N.
Municipal solid waste management and waste-to-energy in the context of a circular
economy and energy recycling in Europe // Energy. – 2017. – № 141. – С. 2013–2044.
20. Slack, R.J., Gronow, J.R., Voulvoulis, N. The management of household hazardous
waste in the United Kingdom // Journal of Environmental Management. – 2009. – №
90(1). – С. 36–42.
21. Shareefdeen, Z., Elkamel, A., Tse, S. Review of current technologies used in
municipal solid waste-to-energy facilities in Canada // Clean Technologies and
Environmental Policy. – 2015. – № 17(7). – С. 1837–1846.
22. Hla, S.S., Roberts, D. Characterisation of chemical composition and energy content
of green waste and municipal solid waste from Greater Brisbane, Australia // Waste
Management. – 2015. – № 41. – С. 12–19.
23. Onyshchenko, V.O., Bryzhan, I.A., Chevhanova, V.Y. Ecologically oriented
development of Ukraine's economy: Problems and perspectives // Actual Problems of
Economics. – 2014. – № 155(5). – С. 261–270.
24. Gentil, E., Clavreul, J., Christensen, T.H. Global warming factor of municipal solid
waste management in Europe // Waste Management and Research. – 2009. – № 27(9). –
С. 850–860.
25. Taherymoosavi, S., Verheyen, V., Munroe, P., Joseph, S., Reynolds, A.
Characterization of organic compounds in biochars derived from municipal solid waste //
Waste Management. – 2017. – № 67. – С. 131–142.
26. Aharoni, I., Siebner, H., Dahan, O. Application of vadose-zone monitoring system
for real-time characterization of leachate percolation in and under a municipal landfill //
Waste Management. – 2017. – № 67. – С. 203–213.
27. Kumar, A., Datta, M., Nema, A.K., Singh, R.K., Gurjar, B.R. Improved rating
system for hazard assessment related to subsurface migration of landfill gas from
municipal solid waste landfills and dumps // Journal of Hazardous, Toxic, and
Radioactive Waste. – 2018. – № 22(3).
28. Palmiotto, M., Fattore, E., Paiano, V., Colombo, A., Davoli, E. Influence of a
municipal solid waste landfill in the surrounding environment: Toxicological risk and
odor nuisance effects // Environment International. – 2014. – № 68. – С. 16–24.
29. Kravtsova, M.V., Volkov, D.A. Methodology of research for qualitative
composition of municipal solid waste to select an optimal method of recycling // IOP
Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2015. – № 91(1).
30. El-Fadel, M., Findikakis, A.N., Leckie, J.O. Environmental impacts of solid waste
landfilling // Journal of Environmental Management. – 1997. – № 50(1). – С. 1–25.
31. Križan, P., Matúš, M., Šooš, L., Kask, Ü., Menind, A. Briquetting of municipal
solid waste by different technologies in order to evaluate its quality and properties //
Agronomy Research. – 2011. – № 9. – С. 115–123.
32. Kadir, A.A., Rahman, N.A., Azhari, N.W. The Utilization of Banana Peel in the
Fermentation Liquid in Food Waste Composting // IOP Conference Series: Materials
Science and Engineering. – 2016. – № 136(1).
33. Barros, R.M., Tiago Filho, G.L., Santos, A.H.M., Ribeiro, E.M., Freitas, J.V.R.D.
A potential of the biogas generating and energy recovering from municipal solid waste //
Renewable Energy Focus. – 2018. – № 25. – С. 4–16.
34. Emmi, G., Zarrella, A., Zuanetti, A., De Carli, M. Use of Municipal Solid Waste
Landfill as Heat Source of Heat Pump // Energy Procedia. – 2016. – № 101. – С. 352–
359.
35. Mininni, G., Sbrilli, A., Braguglia, C.M., Marani, D., Rotatori, M. Dioxins, furans
and polycyclic aromatic hydrocarbons emissions from a hospital and cemetery waste
incinerator // Atmospheric Environment. – 2007. – № 41(38). – С. 8527–8536.
36. Jouhara, H., Czajczyńska, D., Ghazal, H., Reynolds, A.J., Spencer, N. Municipal
waste management systems for domestic use // Energy. – 2017. – № 139. – С. 485–506.
37. Al-Salem, S.M., Antelava, A., Constantinou, A., Manos, G., Dutta, A. A review on
thermal and catalytic pyrolysis of plastic solid waste (PSW) // Journal of Environmental
Management. – 2017. – № 197. – С. 177–198.
38. Ko, M.-S., Chen, Y.-L., Wei, P.-S. Recycling of municipal solid waste incinerator
fly ash by using hydrocyclone separation // Waste Management. – 2013. – № 33(3). – С.
615–620.
39. The Swedish recycling revolution. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://sweden.se/nature/the-swedish-recycling-revolution.
40. Recycle your clothes. Електронний ресурс. Режим доступу:
http://about.hm.com/en/sustainability/get-involved/recycle-your-clothes.html.
41. Lebersorger, S., Beigl, P. Municipal solid waste generation in municipalities:
Quantifying impacts of household structure, commercial waste and domestic fuel // Waste
Management. – 2011. – № 31(9–10). – С. 1907–1915.
42. Vital Waste Graphics 3. Електронний ресурс. Режим доступу:
www.envsec.org/publications/vitalwaste_br_1.pdf.
43. Gug, J., Cacciola, D., Sobkowicz, M.J. Processing and properties of a solid energy
fuel from municipal solid waste (MSW) and recycled plastics // Waste Management. –
2015. – № 35. – С. 283–292.
44. Lillycrop, K.A., Costello, P.M. Association between perinatal methylation of the
neuronal differentiation regulator HES1 and later childhood neurocognitive function and
behavior // International Journal of Epidemiology. – 2015. – № 44(4). – С. 1263.
45. Gajewski, W. Kijo-Kleczkowska, A. Leszczynski, J. Analysis of cyclic combustion
of solid fuels // Fuel. – 2009. – № 88. – С. 221–234.
46. Zhang, B., Luo, H., Lv, L., Wang, J., Zhang, B. Analysis of ecological environment
impact of coal exploitation and utilization // IOP Conference Series: Earth and
Environmental Science. – 2018. – № 121(3).
47. Sogancioglu, M., Ahmetli, G., Yel, E. A Comparative Study on Waste Plastics
Pyrolysis Liquid Products Quantity and Energy Recovery Potential // Energy Procedia. –
2017. – № 118. – С. 221–226.
48. Kijo-Kleczkowska, A. Combustion of coal-water suspensions // Fuel. – 2011. – №
90. – С. 865–877.
49. Adiga, K.C. Coal slurries in mixed liquid fuels: rheology and ignition
characteristics // Fuel Processing Technology. – 1988. – № 18(1). – С. 59–69.
50. Mizomoto, M. Combustion of a coal-oil mixture droplet on a hot surface //
Combustion and Flame. – 1986. – № 63(1-2). – С. 289–301.
51. Law, C.K. Combustion characteristics of droplets of coal/oil and coal/oil/water
mixtures // Energy. – 1979. – № 4. – С. 329–339.
52. Atal, A. Observations on the combustion behavior of coal water fuels and coal
water fuels impregnated with calcium magnesium acetate // Combustion and Flame. –
1993. – № 93(1-2). – С. 61–89.
53. Atal, A. Combustion of CWF agglomerates from pulverized or micronized
bituminous coal, carbon black, and diesel soot // Combustion and Flame. – 1994. – №
93(4). – С. 326–342.
54. Mishra D.P., Patyal A., Padhwal M. Effects of gellant concentration on the burning
and flame structure of organic gel propellant droplets // Fuel. – 2011. – № 90(5). – С.
1805–1810.
55. Zhou, H., Meng, A., Long, Y., Li, Q., Zhang, Y. Classification and comparison of
municipal solid waste based on thermochemical characteristics // Journal of the Air &
Waste Management Association. – 2014. – № 64(5). – С. 597–616.
56. Chesshire, J. Relevance of energy efficiency for electricity supply // Nuclear
Energy. – 1993. – № 32(5). – С. 313–319.
57. Couto, N.D., Silva, V.B., Rouboa, A. Thermodynamic evaluation of Portuguese
municipal solid waste gasification // Journal of Cleaner Production. – 2016. – № 139. –
С. 622–635.
58. Pandey, D.S., Das, S., Pan, I., Leahy, J.J., Kwapinski, W. Artificial neural network
based modelling approach for municipal solid waste gasification in a fluidized bed reactor
// Waste Management. – 2016. – № 58. – С. 202–213.
59. Gikas, P. Ultra-high temperature gasification of municipal wastewater primary
biosolids in a rotary kiln reactor for the production of synthesis gas. Journal of
Environmental Management. – 2017. – № 203. – С. 688–694.
60. Ansys Fluent Theory Guide. Електронний ресурс. Режим доступу:
https://www.academia.edu/33546431/ANSYS_Fluent_Theory_Guide.
61. Launder, B.E. Lectures in Mathematical Models of Turbulence // London:
Academic Press. – 1972. – С. 169.
62. Magnussen, B.F. On mathematical models of turbulent combustion with special
emphasis on soot formation and combustion // Symposium (International) on
Combustion. – 1977. – № 16(1). – С. 719–729.
63. Spalding, D.B. Mixing and chemical reaction in steady confined turbulent flames
// Symposium (International) on Combustion. – 1971. – № 13(1). – С. 649–657.
64. Miranda, A.I., Ferreira, J., Silveira, C., Relvas, H., Duque, L., Roebeling, P. A cost-
efficiency and health benefit approach to improve urban air quality // Sci Total Environ.
– 2016. – № 569-570. – С. 342–351.
65. Noli, F., Tsamos, P. Concentration of heavy metals and trace elements in soils,
waters and vegetables and assessment of health risk in the vicinity of a lignite-fired power
plant // Sci Total Environ. – 2016. – № 563-564. – С. 377–385.
66. Liu, W., Cai, J., Huang, C., Hu, Y., Fu, Q., Zou, Z. Associations of gestational and
early life exposures to ambient air pollution with childhood atopic eczema in Shanghai,
China // Sci Total Environ. – 2016. – № 572. – С. 34–42.
67. Wu, C., Shen, F., Li, Y., Tsao, T., Tsai, M., Chen, C. Association of short-term
exposure to fine particulate matter and nitrogen dioxide with acute cardiovascular effects
// Sci Total Environ. – 2016. – № 569-570. – С. 300–305.
68. Zhu, M., Zhang, Z., Zhang, Y., Liu, P., Zhang, D. An experimental investigation
into the ignition and combustion characteristics of single droplets of biochar water slurry
fuels in air // Appl Energy. – 2017. – № 185. – С. 2160–2167.
69. Križan, P., Matúš, M., Šooš, L., Kask, Ü., Menind, A. Briquetting of municipal
solid waste by different technologies in order to evaluate its quality and properties //
Agronomy Research. – 2011. – № 9. – С. 115–123.
70. Reyes-Torres, M., Oviedo-Ocaña, E.R., Dominguez, I., Komilis, D., Sánchez, A. A
systematic review on the composting of green waste: Feedstock quality and optimization
strategies // Waste Management. – 2018. – № 77. – С. 486–499.
71. Yang, Y., Wang, J., Chong, K., Bridgwater, A.V. A techno-economic analysis of
energy recovery from organic fraction of municipal solid waste (MSW) by an integrated
intermediate pyrolysis and combined heat and power (CHP) plant // Energy Conversion
and Management. – 2018. – № 174. – С. 406–416.

ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets