Модифікація конструкції піролізної печі для утилізації попередньопідготовлених твердих комунальних відходів

Левченко, Богдана Віталіївна

Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7762

Title:	Модифікація конструкції піролізної печі для утилізації попередньопідготовлених твердих комунальних відходів
Authors:	Беспалько, Сергій Анатолійович Левченко, Богдана Віталіївна
Keywords:	піролізна піч;утилізація
Issue Date:	30-Jan-2025
Abstract:	Мета роботи: Підвищення рівня енергоресурсозбереження на основі модифікації конструкції піролізної печі для утилізації попередньопідговлених твердих комунальних відходів. Об'єкт дослідження: піролізна піч для утилізації попередньопідговлених твердих комунальних відходів. Основні завдання магістерської роботи: • провести аналіз науково-технічної літератури та виконати дослідження технологічних установок з переробки та методів корисного використання ТКВ; • провести експериментальні дослідження термічного розкладання суміші ТКВ середнього морфологічного складу за різних швидкостей окислювального піролізу визначення раціональних режимів роботи піролізної печі; • розробити математичну модель та провести розрахунки температури теплосприймаючої поверхні піролізного залишку, часу його переробки та швидкості зменшення товщини шару ТКВ; • запропонувати конструкцію установки для переробки попередньо підготовлених ТКВ та раціональні режими її роботи.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7762
Appears in Collections:	144 Теплоенергетика (Теплоенергетика)

Files in This Item:

File	Description	Size	Format
Левченко.pdf Restricted Access		1.86 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
“___” ___ 2024 р.

МАГІСТЕРСЬКА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
на тему:

«МОДИФІКАЦІЯ КОНСТРУКЦІЇ ПІРОЛІЗНОЇ ПЕЧІ ДЛЯ
УТИЛІЗАЦІЇ ПОПЕРЕДНЬОПІДГОТОВЛЕНИХ ТВЕРДИХ
КОМУНАЛЬНИХ ВІДХОДІВ»

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
код роботи МКР 24.144.94 ПЗ
Спеціальність 144 - Теплоенергетика

Виконавець роботи:
_________________________Левченко Богдана Віталіївна _________________________
(підпис, дата)
Науковий керівник:
_________________Беспалько С.А., к.т.н., доц._______________________
(підпис, дата)
Рецензент:
__________________________________________________________
(підпис, дата)

Черкаси, 2024 р.

Вступ…………………………………………………………….…………. 4
Розділ 1. Утилізації попередньопідготовлених твердих комунальних
відходів…………………………………………………………..…………. 12
1.1. Існуючі технології поводження з твердими комунальними
відходами………………………………………………………….……….. 12
1.2. Методи піролізу……………………………………………….……… 15
1.3. Установки піролізу твердих комунальних відходів………………… 18
1.4. Моделювання процесів тепломасообміну в реакторах
піролізу…………………………………………………………………….. 22
1.4.1. Методи математичного моделювання процесів
тепломасоперенесення………………………………………………….… 22
1.4.2. Математичні моделі тепломасообміну в печах для переробки
ТКВ…………………………………………………………………..…….. 23
Розділ 2. Експериментальні дослідження переробки твердих
комунальних відходів методом піролізу………………….……………… 26
2.1. Матеріали та методи дослідження………………………………..…. 26
2.2. Результати синхронного термічного аналізу……………………...… 28
2.3. Результати ІЧ-спектрального аналізу та розрахунок теплотворної
здатності піролізного газу………………………………………………... 31
Розділ 3. Розробка конструкції та математичне моделювання печі
піролізу ТКВ…………………………………………………………….... 39
3.1. Розробка конструкції піролізної печі для переробки твердих
комунальних відходів………………………………………………….… 39
3.2. Математична модель теплообміну в піролізній печі……….……… 42
3.2.1. Основні положення математичної моделі………………………... 42
3.2.2. Постановка задачі………………………………………………….. 45
3.3. Результати розрахунків……………………………………………….. 47
Розділ 4. Тепловий баланс і режими роботи піролізної печі……………. 51
4.1. Тепловий баланс печі…………………………………………………. 51
4.1.1. Тепловий баланс рекуперативної камери………………………… 51
4.1.2. Тепловий баланс камери піролізу………………………………… 54
4.2. Аналіз режимів роботи установки…………………………………... 57
4.3. Розрахунок скорочення викидів діоксиду вуглецю…………………. 58
Розділ 5 Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях………… 60
Висновки…………………………………………………………………… 80
Список використаних джерел……………………………………………... 81

МКР 24.144.94 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Левченко Б.В. Літ. Арк. Акрушів
Зміст
Перевір. Беспалько С.А.
Реценз. магістерської роботи
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-35
Затверд. Калейніков Г.Є.

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

„ЗАТВЕРДЖУЮ”
Завідувач кафедри Енерготехнологій
________________ Геннадій КАЛЕЙНІКОВ
“____” _____ 2024 р.

ЗАВДАННЯ
до магістерської кваліфікаційної роботи___ Левченко Богдана Віталіївна __________
(прізвище, ім’я та по-батькові студента)
1. Тема «Модифікація конструкції піролізної печі для утилізації
попередньопідготовлених твердих комунальних відходів»
затверджена наказом ректора університету від “16” вересня 2024 р., № 272/04

2. Термін здачі студентом завершеної роботи __10.12.2024__________________________

3. Вихідні дані: конструкція піролізної печі

4. Перелік питань, які повинні бути розроблені в роботі:
- постановка завдання дослідження;
- дослідження процесів переробки твердих комунальних відходів методом піролізу;
- розробка конструкції та математичне моделювання печі піролізу твердих
комунальних відходів;
- розрахунок теплового балансу і режими роботи піролізної печі.

5. Перелік графічного матеріалу: термогравіметричні криві нагріву; ІЧ-спектри продуктів
піролізу при нагріванні ТКВ; результати порівняння ІЧ-спектру продуктів піролізу при
нагріванні ТКВ; піролізна піч для термічної переробки твердих комунальних відходів;
геометрична модель шару ТКВ у процесі термічної переробки; залежність продуктивності
установки за вихідними ТКВ та теплотворної здатності піролізного газу від швидкості
нагріву ТКВ; матеріальний баланс рекуперативної камери; матеріальний баланс камери
піролізу; тепловий баланс камери піролізу у робочому режимі; матеріальний баланс
установки; тепловий баланс установки.

6. Консультанти з роботи з зазначенням розділів роботи, які їх стосуються
Підпис, дата
Розділ Консультант завдання видав завдання прийняв
Розділи 1-4 Беспалько С.А.
ОП та безпека в НС Цікановський В.Л.
Нормоконтроль

7. Дата видачі завдання “_____”______. 2024 р.

Керівник _____________________
Завдання прийняв до виконання _________________

ВСТУП

Актуальність теми Відходи можна класифікувати як за походженням:
побутові, промислові, сільськогосподарські, так і за властивостями.
Найвідоміший поділ за властивостями, прийнятий в законодавствах більшості
країн – це поділ на «небезпечні» (тобто токсичні, їдкі, легкозаймисті та ін.) і
«безпечні» відходи.
За прогнозами, через збільшення чисельності населення і урбанізацію,
розширення міських територій обсяги виробництва відходів країнами
збільшяться на 70% до 2050 року. Утилізація твердих побутових відходів, що
утворюються в компаніях, будівлях, установах, малих підприємствах, будинках
і дворах, часто становить менше 5% від загального обсягу відходів. Відповідно
до офіційної статистики ЄС, від 30% до 35% загальної кількості утворених
відходів у більшості розвинених країн пов’язано з діяльністю будівельного
сектору, наприклад, будівництвом, реконструкцією та знесенням [1, 2].
USA Today із посиланням на 24/7 Wall Street наводить рейтинг країн, які
виробляють найбільше відходів у світі. Його очолює Канада, яка продукує
понад 36 тон відходів на людину і 1,33 млрд тон на рік загалом. Другий рядок
посідає Болгарія, третій – США. України в цьому списку знаходиться на
дев’ятій позиції – країна виробляє понад 474 млн метричних тон відходів на
рік, 448 млн з яких – небезпечні відходи. Жодна з 105 країн, за якими є дані
про небезпечні відходи, не виробляє більше таких відходів [3].
Велика частина відходів в Україні – 26 млн метричних тон – це тверді
побутові та сільськогосподарські відходи, які містять сміття, вироблене на
фермах, птахофабриках і бойнях, відходи збору врожаю, стоки добрив із полів
і пестициди [4].
TOP-10 країн, які виробляють найбільше відходів на душу населення:
Канада – 36 тон
Болгарія – 26,7 тони
США – 25,9 тони

Естонія – 23,5 тони
Фінляндія – 16,6 тони
Вірменія – 16,3 тони
Швеція – 16,2 тони
Люксембург – 11,8 тони
Україна – 10,6 тони
Сербія – 8,9 тони
У багатьох країнах списку будівельна індустрія найчастіше є
найбільшим винуватцем, адже генерує понад 90% від загального обсягу
відходів, вироблених в країнах.
Щоб визначити найбільших виробників відходів, використовувались
дані з глобальної бази даних Світового банку What a Waste, яка востаннє
оновлювалась у вересні 2018 року. Підсумовано для кожної країни метричні
тони (або тони) відходів за останній рік, за якими були доступні дані по
спеціальним категоріям: сільськогосподарські відходи, будівництво та
знесення будівель, електронні відходи, небезпечні відходи, промислові
відходи, медичні відходи і загальні комунальні відходи [5].
Тверді комунальні відходи (ТКВ) це чи не найширший спектр сміття,
яке утворюється в результаті рутинної діяльності кожної людини. Включаючи
промислові товари, що втратили свої корисні властивості, а також різноманітне
сміття, що з’являються в результаті роботи юридичних осіб та індивідуальних
підприємців. Це можуть бути як будівельні матеріали, рідини для очищення,
так і ємності для зберігання хімічних речовин та інше [6].
Словом, тверді комунальні відходи, або ТКВ, це все сміття, що
утворюються внаслідок нашої щоденної діяльності, включно з продукцією
промисловості, яка зіпсувалася, більше не корисна й просто вийшла з
повсякденного вжитку. Перелік таких відходів включає, але не обмежується
різноманітним сміттям.

До твердих комунальних відходів належить:
• будівельні суміші, що були використані протягом терміну
придатності;
• рідини для очищення різних поверхонь;
• ємності для зберігання палива та хімічних речовин, що
використовуються на виробництві.
Таким чином, до переліку ТКВ, розшифровка про це яскраво свідчить,
входять відходи, що утворюються під час виробництва товарів різного
призначення. ТКВ й тверді побутові відходи (ТПВ) з’являються в результаті
діяльності, не пов’язаної з виробництвом, наприклад, під час роботи в офісі. А
це продукує величезні об’єми зіпсованого паперу, канцелярського та іншого
приладдя [7].
Відповідно до статті 49 Закону України "Про управління відходами",
плани управління відходами розробляються на національному, регіональному
та місцевому рівнях, а також на рівні підприємств, організацій та установ.
Національний, регіональні та місцеві плани управління відходами
розробляються на основі даних, отриманих у результаті статистичних
спостережень, адміністративних даних центральних та місцевих органів
виконавчої влади, органів місцевого самоврядування, а також даних обліку та
звітності, наданих підприємствами, установами, організаціями.
Проекти національного, регіональних та місцевих планів управління
відходами підлягають стратегічній екологічній оцінці та після їх затвердження
оприлюднюються шляхом розміщення на офіційному веб-сайті органу, що їх
затверджує.
Національна програма запобігання утворенню відходів розробляється на
період 10 років центральним органом виконавчої влади, що забезпечує
формування державної політики у сфері охорони навколишнього природного
середовища, та затверджується Кабінетом Міністрів України.

Національна програма запобігання утворенню відходів визначає:
1) цільові показники запобігання утворенню відходів;
2) перелік заходів, спрямованих на запобігання утворенню відходів;
3) перелік організаційно-економічних інструментів, що мають бути
запроваджені для виконання визначених завдань;
4) перелік показників оцінки досягнення цілей та виконання заходів
щодо запобігання утворенню відходів, що дають змогу здійснювати
моніторинг та оцінку стану виконання програми.
Центральний орган виконавчої влади, що забезпечує формування
державної політики у сфері охорони навколишнього природного середовища,
один раз на два роки здійснює оцінку ефективності виконання Національної
програми запобігання утворенню відходів та оприлюднює її на своєму
офіційному веб-сайті.
Уряд схвалив Національну стратегію управління відходами в Україні до
2030 року. Стратегія має на меті впровадження системного підходу до
поводження з відходами на державному та регіональному рівнях, зменшення
обсягів утворення відходів шляхом збільшення обсягу їх переробки та
повторного використання. Її реалізація здійснюватиметься трьома етапами:
перший – 2017-2018 роки, другий – 2019-2023 роки, третій – 2024-2030 роки.
Очікується, що реалізація Стратегії сприятиме впровадженню системи
управління відходами на інноваційних засадах; розробленню відповідного
законодавства; покращенню стану навколишнього природного середовища, а
також санітарного та епідемічного благополуччя населення. Також планується
залучення інвестицій у сферу поводження з відходами, а відтак створення
сучасної інфраструктури, запровадження новітніх технологій, зменшення
обсягів їх захоронення на полігонах тощо. Зокрема, Стратегія передбачає
створення до 2030 року 800 нових потужностей із переробки вторинної
сировини, утилізації та компостування біовідходів, зменшення загального
обсягу захоронення побутових відходів з 95% до 30%, мінімізацію загального
обсягу відходів, що захоронюються, з 50% до 35%, а також створення мережі з

50 регіональних полігонів, які відповідатимуть вимогам 31-ої Директиви ЄС.
Для забезпечення моніторингу та контролю поводження з відходами буде діяти
інформаційна система, яка включатиме відомості про номенклатуру та
кількість відходів, що утворюються, перероблюються, утилізуються та
видаляються. Також буде обліковано суб'єкти господарювання, що надають
такі послуги.
Ринок переробки відходів потребує енергоефективних та
енергозберігаючих інноваційних технологій утилізації ТКВ, що дозволяють
переробляти та утилізувати ТКВ, що надходять від населення, отримувати
ліквідну товарну продукцію екологічно чистим методом та швидко окупати
будівельні та експлуатаційні витрати [8].
Оскільки ТКВ можуть складатися на три чверті з органічних
компонентів, то доцільною є їх утилізація термічними методами. Проте з
екологічних міркувань законодавчо запроваджено заборону пряме спалювання
ТКВ. Альтернативним варіантом є технологія піролізу (термічної деструкції)
твердих вуглецевмісних відходів, що дозволяє не тільки значно зменшити
кількість відходів, що вимагають захоронення, а також отримати альтернативні
види енергоносіїв. Термічна деструкція твердих органічних речовин у складі
ТКВ супроводжується утворенням газової фази (піролізний газ) та вуглецевого
порошкоподібного залишку (твердий вуглецевий залишок). Піролізний газ має
достатню теплотворну здатність для застосування його в якості енергетичного
або енерготехнологічного палива, а твердий вуглецевий залишок може бути
використаний у технології виробництва керамічних виробів як
структурофазоутворюючої добавки [9].
Таким чином, збільшення обсягів промислової переробки ТКВ
забезпечує скорочення обсягів відходів, рециклінг низки компонентів ТКВ,
виробництво теплової та електроенергії, виготовлення матеріалів будівельного
призначення, зменшення площ земельних ділянок, що відводяться під
розміщення полігонів ТКВ.

Розробка енергоефективних технологій та конструкцій установок з
переробки ТКВ пов'язані з певними труднощами, зумовленими пробілами у
галузі наукових досліджень. Зокрема, недостатньо інформації щодо
швидкостей процесу та енергетичних ефектів, що виникають в результаті
розкладання вуглеводневої сировини складного морфологічного складу, до
якого належать ТКВ. Особливо це стосується окислювального піролізу та
комплексного процесу «піроліз-газифікація». Це ускладнює розробку та
впровадження технологічних апаратів, а також вибір режимних параметрів
виробничих процесів задля досягнення економії енергетичних ресурсів.
Вивченню структури, складу та властивостей вуглецевого залишку та його
термічної взаємодії з різними хімічними елементами породоутворюючих
речовин щодо його подальшого використання у виробничих цілях також
приділено недостатньо уваги.
Мета роботи: Підвищення рівня енергоресурсозбереження на основі
модифікації конструкції піролізної печі для утилізації попередньопідговлених
твердих комунальних відходів.
Об'єкт дослідження: піролізна піч для утилізації
попередньопідговлених твердих комунальних відходів.
Основні завдання магістерської роботи:
• провести аналіз науково-технічної літератури та виконати дослідження
технологічних установок з переробки та методів корисного
використання ТКВ;
• провести експериментальні дослідження термічного розкладання суміші
ТКВ середнього морфологічного складу за різних швидкостей
окислювального піролізу визначення раціональних режимів роботи
піролізної печі;
• розробити математичну модель та провести розрахунки температури
теплосприймаючої поверхні піролізного залишку, часу його переробки та
швидкості зменшення товщини шару ТКВ;

• запропонувати конструкцію установки для переробки попередньо
підготовлених ТКВ та раціональні режими її роботи.
Наукова новизна магістерської роботи:
визначено залежності, що відображають вплив швидкості нагріву (5, 10
і 15°С/хв) суміші ТКВ середнього морфологічного складу в умовах окисного
піролізу, що протікає при 1% вмісті кисню в атмосфері, на склад та питомий
вихід газів, максимальну швидкість зменшення маси, температуру піків
тепловиділення та величини теплових ефектів реакцій;
розроблено математичну модель теплообміну в шарі попередньо
підготовлених ТКВ, що дозволяє розрахувати температурне поле та час
деструкції шару залежно від його товщини.
Практична значимість:
• запропоновано раціональні режими та конструктивні характеристики
установки для термічної деструкції попередньо підготовлених ТКВ;
• запропоновано конструкцію піролізної печі для утилізації попередньо
підготовлених ТКВ з отриманням газоподібного палива.
Структура та обсяг роботи. Магістерська робота містить вступ, чотири
розділи, висновок і бібліографічний список джерел із 44 найменувань.
Загальний обсяг роботи викладено на 85 сторінках, включно з 25 рисунками та
5 таблицями.

Розділ 1. УТИЛІЗАЦІЇ
ПОПЕРЕДНЬОПІДГОТОВЛЕНИХ ТВЕРДИХ
КОМУНАЛЬНИХ ВІДХОДІВ

МКР 24.144.94 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Левченко Б.В. Розділ 1. Утилізації Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Беспалько С.А.
Реценз. попередньопідготовлених
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-35
твердих комунальних відходів
Затверд. Калейніков Г.Є.

Розділ 1. Утилізації попередньопідготовлених твердих комунальних
відходів
1.1. Існуючі технології поводження з твердими комунальними відходами

Під твердими комунальними відходами розуміють залишки сировини,
матеріалів, напівфабрикатів, інших виробів чи продуктів, що утворилися в
процесі споживання, а також товари (продукція), які втратили споживчі
властивості.
Довгий час не приділялося належної уваги питанням переробки ТКВ.
Але на сьогодні вже визначено основну стратегію переробки ТКВ, а саме
нейтралізація їх негативних властивостей, рециклінг окремих компонентів та
можливе виробництво палива та енергії. Оскільки прогнози свідчать про
вичерпність невідновлюваних джерел енергії, то перехід до отримання
штучного палива та енергії з вуглеводневих відходів є важливим завданням.
На сьогоднішній день у світі існують понад 30 технологій переробки
ТКВ, що дозволяють отримувати енергію та паливо. Більшість із них успішно
застосовуються на сміттєпереробних підприємствах Німеччини, Японії, Данії,
США та інших країн [10]. Класифікація технологій за методом перетворення
вихідної сировини включає три групи:
• анаеробне зброджування (виробництво біогазу);
• спалювання (виробництво теплової енергії);
• термічна деструкція (виробництво піролізного та/або
генераторного газу та на його основі теплової енергії).
Анаеробне зброджування передбачає розміщення ТКВ в ізольованих від
довкілля ємностях або полігонах. За відсутності кисню у шарі відбувається
ферментація органічних сполук та його перетворення на метан і діоксид
вуглецю – біогаз. Біогаз збирається за допомогою мережі трубопроводів,
розташованих у шарі ТКВ. Після завершення процесу залишаються
мінералізовані речовини. Дана технологія має хороші перспективи розвитку в
галузі безвідходного поводження з окремими видами відходів. Якщо ж

переробляти ТКВ складного морфологічного складу, то утворюються
вимагають нейтралізації вторинні відходи. На додаток, зазначений метод не
застосовується для складованих відходів.
Широкого поширення на сьогоднішній день набули термічні методи
переробки ТКВ. Основними серед них є спалювання, піроліз та газифікація.
Пряме спалювання відходів супроводжується утворенням і викидом в
атмосферу супертоксичних речовин, насамперед фуранів, біфеніл,
поліхлорованих дибензодіоксинів і важких металів.
Хлорорганічні відходи надають вкрай негативний вплив на гормональну
систему людини, провокуючи розвиток імунодефіциту, зростання смертності
та інвалідності, зниження народжуваності. Відповідно до Стокгольмської
конвенції про стійкі органічні забруднювачі, що набула чинності 17 травня
2004 року, було заборонено використання 12 особливо небезпечних стійких
органічних забруднювачів, включаючи зазначені діоксини, фурани та біфеніл.
Утворення діоксинів пов'язане зі спалюванням виробів із ПВХ,
целюлозно-паперової продукції, пластмас тощо. Токсичні важкі метали
можуть разом з пилом потрапляти в організм людини у формі солей або
оксидів, викликаючи різні захворювання суглобів, шлунково-кишкового
тракту, печінки, нервової системи, генетичні зміни. Встановлено, що вміст
оксидів важких металів у шлаку та золі підвищується більш ніж у 100 разів у
порівнянні з вихідними відходами.
Хоча метод спалювання дозволяє значно скоротити обсяг відходів, при
цьому утворюються ще більш небезпечні для навколишнього середовища зола
та шлак, що потребують спеціальних заходів щодо утилізації чи захоронення.
Для зниження негативного впливу токсичних шлаків застосовується
технологія екобeтонування: після нейтралізації шлаки змішують із цементом,
вапном або діоксидом кремнію. Після затвердіння токсичні речовини
"капсулюються" у цементному камені. Недоліком технології є необхідність
попередньої нейтралізації відходів. Крім того, за певних умов можливе
вимивання токсичних металів.

Коефіцієнт корисного використання теплової енергії для
сміттєспалювальних установок становить не більше 65%. Крім того, для їх
роботи потрібне паливо.
Частка комунальних відходів, що піддаються спалюванню, становить
країнами: Німеччина, Франція, Італія – від 20% до 40%; Швеція, Бельгія – 48 -
50%, Японія – 70%; Швейцарія, Данія – 80%; США – 14 % [1].
Перелічені особливості та недоліки спалювання відходів сприяють
поширенню технології піролізу. Піроліз є способом незворотної термічної
деструкції ТКВ без або з невеликою кількістю кисню, що характеризується
утворенням пального піролізного газу. Енергетично такий процес вигідніший
порівняно з простим спалюванням. В результаті піролізу утворюється
піролізний газ та твердий вуглецевий залишок [11].
Залежно від температурного режиму технології піролізу поділяються на
групи.
До першої групи віднесено технології, в яких здійснюють піроліз
твердих комунальних відходів без попереднього сортування в реакторах
барабанного типу із зовнішнім обігрівом. Температура піролізу становить
450ºС. В результаті піролізу відбувається розпад відходів на піролізний газ,
твердий вуглецевий залишок і мінеральний твердий залишок. Піролізний газ
спалюється у топці котла – утилізатора. Там спалюється вугільна складова
твердого залишку, який після виходу з піролізного барабана піддається
сепаруванню з відділенням металів, скла, бетону, кераміки. Найбільш
характерним представником цієї групи є технологія "SBV" ( Schwel - Brenn -
Verfahren ) концерну "Siemens KWV".
До другої групи входять технології, в яких піроліз не сепарованих
твердих вуглеводневих відходів при температурах 450÷600 ºС доповнений
газифікацією твердого вуглецевого залишку. Представниками такої технології
є процес «Noell» (Німеччина) та «Thermoselect» (Італія, Швейцарія). При
газифікації твердого вуглецевого залишку використовується кисень.

До третьої групи належать технології високотемпературного піролізу
(температура понад 1000ºС ) твердих вуглеводневих відходів з попередньою їх
сепарацією або без неї. Досягнення високих температур при піролізі сприяє
протіканню глибоких перетворень у мінеральних компонентах твердих
вуглеводневих відходів та інтенсивному розпаду органічної складової з
виходом великої кількості вільного водню та легких вуглеводнів при
одночасному зниженні практично до нуля кількості важких вуглеводнів.
Високотемпературний піроліз є найбільш ефективним з точки зору запобігання
вторинному синтезу поліхлордибензодіоксинів.
Основний недолік технології піролізу комунальних відходів полягає у
високій вартості обладнання та складності його обслуговування.
Альтернативою технології піролізу виступає процес газифікації, що
проводиться аналогічно, але при температурі 800÷1300°С у присутності
невеликої кількості повітря. У цьому випадку одержуваний газ є сумішшю
низькомолекулярних вуглеводнів, яку потім спалюють в топці. Присутність
повітря і хлорорганічних сполук, що містяться в смітті, у поєднанні з високою
температурою призводить до інтенсивного утворення діоксинів, фуранів і
біфеніл, а солі важких металів, як і в інших технологіях, з процесу не
виводяться і забруднюють навколишнє середовище.

1.2. Методи піролізу

На практиці застосовуються два основні методи піролізу – сухий та
окисний, які використовуються для утилізації різних видів сировини та
відрізняються за способом нагрівання.
Сухий піроліз протікає без доступу кисню з добавкою, при необхідності
дегідруючих або дегідратуючих засобів. Реактори із сировиною нагріваються
зовні. Розрізняють три температурні режими: низькотемпературний або
напівкоксування (до 550°C), середньотемпературний (550÷800°C) і
високотемпературний або коксування (вище 800°C). Сухий метод

використовується для переробки та знешкодження вуглеводневих відходів з
отриманням сировини для хімічної промисловості [12].
Окисний піроліз відрізняється присутністю невеликої кількості кисню,
що призводить до часткового спалювання відходів. Нагрів проводиться
найчастіше димовими газами до температур у діапазоні від 600 до 900°С. Цей
метод використовується для переробки пластику, гуми та інших непридатних
для спалювання чи газифікації матеріалів.
Можливі різні варіанти піролізу комунальних відходів:
- піроліз органічних складових без повітря;
- окисний піроліз при температурі до 760°С;
- піроліз з використанням кисню, що дозволяє збільшити
теплотворну здатність піролізного газу;
- піроліз несортованих відходів при температурі 850°С та ін.
Експериментально встановлено, що збільшення температури процесу
викликає зростання частки газової складової та скорочення частки рідкої та
твердої складових продуктів піролізу. Частка твердої складової зазвичай не
перевищує 15% від вихідної маси.
Істотний вплив на перебіг процесу піролізу надає швидкість підведення
теплової енергії. У промисловості частіше використовую швидкий варіант
піролізу, що забезпечує меншу енергоємність та більш високу екологічність.
Використання технології піролізу для утилізації ТКВ передбачає
наявність наступних етапів:
- попередня підготовка ТКВ;
- переробка відходів у реакторі з отриманням піролізного газу;
- охолодження та очищення газу;
- спалювання піролізного газу у котлах-утилізаторах.
В результаті піролізу утворюються продукти, які за своїм агрегатним
станом поділяються на три групи.

До першої групи належать газоподібні продукти піролізу – піролізний
газ, що складається переважно з метану, монооксиду та діоксиду вуглецю та
водню.
Другу групу складають рідкі продукти піролізу з високим вмістом
органіки.
До третьої групи входять тверді продукти (твердий вуглецевий залишок),
що складаються з вуглецевої фракції та неорганічної фракції.
Газоподібні продукти піролізу (пірогаз) можуть бути використані як
енергетичне або енерготехнологічне паливо в теплотехнологічних
установках [13]. Однак головним їх недоліком є низька, в порівнянні з
природним газом, теплотворна здатність. Таким чином, їхнє транспортування
на великі відстані є економічно невигідним. Тому доцільно використати
пірогаз за місцем його виробництва.
З метою збільшення калорійності піролізного газу може застосовуватися
технологія метилювання. Американська компанія Chevron Research Company
запатентувала спосіб метилювання піролізних газів за рахунок реакції оксидів
вуглецю з воднем. Метильований газ надходить у зону обробки відходів, що
призводить до підвищення вмісту метану в піролізному газі та збільшення
питомої теплотворної здатності.
Іншим напрямом використання піролізного газу є його застосування як
джерело сировини для синтезу хімічних продуктів.
Дослідження компанії «Union Carbide» (США) дозволили
використовувати піролізний газ при виробництві метанолу, а також як джерело
оксиду вуглецю для отримання фосгену, формаміду, метилформіату,
мурашиної кислоти та карбонату.
Процесом, розробленим спеціально для одержання з відходів рідкого
палива – піропалива, є низькотемпературний швидкий піроліз. Отримане
таким способом піропаливо характеризується високою енергетичною
щільністю та можливістю використання як рідке паливо, наприклад, у газових
турбінах та дизельних двигунах [12].

Тверді продукти піролізу комунальних відходів включають органічні та
неорганічні складові.
Промисловому застосуванню твердого вуглецевого залишку в даний час
приділяється недостатньо уваги, хоча створення ефективних безвідходних
технологій на основі його використання має великі перспективи.
Так, при високотемпературному піролізі («Рurох», «Тorrах» та ін.) як
твердий продукт піролізу отримують склоподібний інертний гранулят, який
може використовуватися як наповнювач для бетону або як ізоляційний
матеріал у промисловому, цивільному та дорожньому будівництві.

1.3. Установки піролізу твердих комунальних відходів

Основне завдання, що стоїть перед системами переробки комунальних
відходів – максимально повна утилізація відходів, що утворюються на даній
території. На вибір тієї чи іншої технології впливають вимоги забезпечення
мінімуму або повної відсутності викидів, з одного боку, і виробництво
максимальної кількості цінних кінцевих продуктів для їх реалізації, з іншого.
Оскільки процес піролізу супроводжується перебігом ендотермічних
реакцій розкладання вуглеводневої сировини, установки піролізу повинні
відповідати таким вимогам:
1) забезпечення високої температури в реакційній зоні за високої
швидкості нагрівання;
2) забезпечення своєчасного відведення продуктів піролізу з
реакційної зони з подальшим охолодженням для недопущення вторинних
перетворень.
Для цих завдань запропоновані різноманітні конструкційні рішення
установок. Будь-яка установка піролізу містить набір технологічного
обладнання, головним елементом якого є реактор (піч). Конструктивно всі
реактори поділяються на 4 типи [12]:
• реактори із переміщенням матеріалу під дією сили тяжіння;

• реактори з механічним переміщенням та перемішуванням
матеріалу;
• реактори з перенесенням матеріалу циркулюючим турбулентним
газовим потоком;
• реактори із псевдозрідженим шаром.
Найбільш поширеним типом реакторів з переміщенням матеріалу під
дією сили тяжіння є шахтні печі, які відрізняються простотою конструкції та
експлуатаційною надійністю. Головним їх недоліком є нерівномірність
проходження газового потоку через шар ТКВ, викликана поганою
газопроникністю шару. Найбільш відомими технологіями переробки ТКВ, що
здійснюються в шахтних печах, є технології «Torrах» та «Purox». За останні
роки запропоновано достатньо оригінальних конструкцій установок шахтного
типу.
Існують установки шахтного типу, в яку виробляють завантаження ТКВ
та сипучого інертного теплоносія, ініціюють процесу піролізу шляхом подачі
гарячої пароводяної суміші. До низьконапірного піролізного газу, що
утворився, підводять додаткову енергію шляхом змішування в ежекторі з
потоком високонапірного повітря. Підтримуючи температуру та тиск газу
після згоряння на рівні, відповідно, 600÷1000ºС та 0,5÷1,1 МПа. Досить
високий тиск продуктів згоряння дозволяє ефективно використовувати газову
турбіну та парогазовий цикл у системі утилізації ТКВ. Завдяки цьому ККД
системи утилізації майже вдвічі більше в порівнянні зі звичайною
пароводяною утилізацією теплоти газів, що відходять.
Автори [16] запропонували конструкцію шахтної печі для переробки
ТКВ методом окислювального піролізу. Процес термічного розкладання ТКВ
підтримується шляхом спалювання утворюється піролізного газу. Послідовне
проходження відходів через зони сушіння та піролізу відбувається за рахунок
сили тяжіння.
Реактори з примусовим переміщенням і перемішуванням відходів
дозволяють досягти більш рівномірної переробки. У вітчизняних і зарубіжних

технологіях широко застосовуються барабанні печі, що обертаються, які є
найбільш універсальними термічними реакторами для переробки
великокускових відходів змінного складу. Однією з найбільш відомих
технологій, що функціонують з використанням подібних реакторів, є спосіб
«Руросаl» (Німеччина) [17], що здійснюється в печі, що обертається, із
зовнішнім обігрівом. По довжині піролізної печі виділено шість зон, кожна з
яких має індивідуальне обігрів, що забезпечує оптимальну температуру на
різних стадіях процесу.
Розроблено також технологію для переробки ТКВ в горизонтальному
обертовому реакторі барабанного типу методом низькотемпературного
піролізу. Попередньо сортовані і висушені відходи безперервно надходять у
реактор, що обертається, який забезпечує перемішування відходів. У процесі
піролізу відбувається утворення летких вуглеводневих сполук та твердого
вуглецевого залишку. Піролізні гази піддаються конденсації із заснуванням
синтетичного палива. Частина, що не конденсується, спалюється для
підтримки робочого режиму реактора. Твердий вуглецевий залишок, що
утворюється, видаляється з реактора.
Створення в реакторі псевдозрідженого шару дозволяє досягти високого
коефіцієнта теплопередачі. Теплоносієм найчастіше є пісок, а зріджуючим
агентом – повітря або газ, що не містить кисень. Підігрів здійснюється шляхом
спалювання піролізного газу.
В даний час широке застосування знаходять технології швидкого
піролізу. Одним із прикладів є абляційний піроліз, що дозволяє отримувати
рідкі нафтоподібні продукти з відходів. Реактори на основі абляційного
піролізу відрізняються високою продуктивністю, компактністю, відносно
низькою вартістю та можливістю точного керування процесом. У реакторі
відбувається прямий контакт тонкої плівки піролізованих відходів з нагрітою
поверхнею. Абляційний піроліз характеризується великою відносною
швидкістю руху частинок біомаси щодо нагрітої поверхні реактора (більше
1,2м/с) та великим тиском (більше 5х Н/м²), що призводить до значних

швидкостей абляції (більше 1 м/с). Абляційний ефект досягається, наприклад,
за допомогою чотирьох симетрично розташованих лопаток, що обертаються зі
швидкістю до 200 об/хв. Використання лопаток, що обертаються, є
ефективним способом швидкої абляції щодо великих частинок.
Абляційний конусний реактор швидкого піролізу було розроблено в
університеті Twente (Нідерланди) [18]. Необхідне для реакції піролізу тепло
підводилося через стінки реактора, що представляє собою конус, що
обертається.
Відома конструкція реактора, в якому переміщення матеріалу
викликається турбулентним газовим потоком, що циркулює, – процес
«Occidental Flash». Ця розробка фірми " Occidental Research Corp." (США) [19]
дозволяє після попереднього подрібнення переробляти органічну складову
відходів рідке паливо. Обмеженням є вміст неорганічних речовин трохи
більше 4%. Процес відбувається у висхідному циркулюючому потоці газу при
температурі 500°С. Нагрів відходів відбувається за рахунок теплоносія, що є
твердими залишками піролізу [20]. У процесі роботи в реакторі відбувається
утворення складається з транспортного та піролізного газів, твердого залишку
та теплоносія парогазової суміші. Після реактора встановлений циклон, який
служить для відділення твердих компонентів та охолодження. Кінцевими
продуктами є газ і рідке піропаливо. Висока швидкість запобігає крекінгу
конденсованих продуктів і забезпечує високий вихід рідкого палива.
Відомі конструкції мобільних установок для термічної переробки
несортованих ТКВ безпосередньо на полігоні з одержанням пального газу.

1.4. Моделювання процесів тепломасообміну в реакторах піролізу
1.4.1. Методи математичного моделювання процесів
тепломасоперенесення

Математичні моделі тепломасообмінних процесів ґрунтуються на
вирішенні крайового завдання теорії теплопровідності. Для методів
розв'язання диференціальних рівнянь у приватних похідних запропоновано дві
класифікації. Перша класифікація поділяє всі методи на експериментальні та
розрахункові. До експериментальних належать метод аналогій та методи теорії
подоби. Розрахункові методи включають аналітичні, чисельні і чисельно-
аналітичні. Друга класифікація поділяє всі методи два блоки точних та
наближених методів.
До аналітичних відносяться методи, що дозволяють отримати рішення
крайової задачі у вигляді кінцевої формули або нескінченного ряду. Виділяють
точні та наближені аналітичні методи.
Серед точних аналітичних методів слід згадати метод інтегральних
перетворень, метод поділу змінних, метод джерел тепла та метод
фундаментальних функцій. Область застосування точних аналітичних методів
обмежена розв'язуванням лінійних диференціальних рівнянь у приватних
похідних із лінійними крайовими умовами. І навіть у цьому випадку рішення
може мати велику похибку внаслідок лінеаризації та опосередкування
теплофізичних властивостей та крайових умов.
У разі використання наближених аналітичних методів рішення
диференціальних та інтегральних рівнянь зводиться до розв'язання системи
рівнянь алгебри.
Великі перспективи відкриваються на вирішення теплових завдань під
час використання чисельних сіткових методів. Диференціальне рівняння
теплопровідності у разі зводиться до розв'язання системи алгебраїчних
рівнянь. Початкові та граничні умови також замінюються аналогами. Все
рішення зводиться до простих операцій алгебри. Метод застосовується для

вирішення лінійних і нелінійних завдань, в тому числі багатомірних. Однак
використання даного методу висуває значні вимоги до обчислювальних
потужностей.
Чисельно-аналітичні методи дозволяють отримати рішення у вигляді
нескінченного ряду, а значення температур визначають дискретних точках
сітки.
Експериментальні методи розв'язання диференціальних рівнянь у
приватних похідних включають методи теорії подібності та метод аналогій.
Методи теорії подібності мають на увазі експериментальне визначення
температурного поля та теплових потоків на моделі тієї ж фізичної природи,
що й у натурних умовах. Метод аналогій використовується у випадку, коли
можливо підібрати процес, який значно легше здійснити експериментально і
при якому вища точність експериментальних вимірів у порівнянні з натурними
умовами. Найбільш поширені електричні моделі.
В даний час в теорії теплопровідності найбільш потрібні аналітичні,
чисельно-аналітичні та чисельні методи, що пояснюється наявністю та
доступністю сучасних обчислювальних засобів.
Великий розвиток та поширення отримали програмні обчислювальні
комплекси (ANSYS, Elcut, Flow Simulation, Mathcad і т.д.), що дозволяють
вирішувати складні завдання тепломасообміну та гідрогазодинаміки [21] з
мінімальною кількістю спрощень.

1.4.2. Математичні моделі тепломасообміну в печах
для переробки ТКВ

В даний час велика увага приділяється моделюванню процесів
тепломасообміну в печах, призначених для термічної переробки (піролізу,
газифікації) різної сировини, що містить організацію, в тому числі твердих
комунальних відходів, з метою отримання газоподібного палива. Такі моделі є

найбільш складними та трудомісткими, оскільки вони повинні враховувати в
комплексі процеси нагрівання, сушіння та деструкції матеріалу.
Існує велика кількість робіт, присвячених математичному моделюванню
реакторів, в яких здійснюється процес термічного розкладання органічних
речовин (вугілля, деревини, біомаси, твердих комунальних відходів та ін.) [22,
23]. Авторами робляться спроби розробити загальні принципи побудови
моделей піролізу органовмісної сировини з використанням різних
теплофізичних та кінетичних характеристик процесу. Як правило, математичні
моделі ґрунтуються на нелінійних рівняннях нестаціонарної теплопровідності
та теплопередачі. Кінетичні зміни описуються за допомогою набору
елементарних реакцій, одержаних з експерименту. Традиційним вважається
опис процесу кінетики термічного розкладання з урахуванням закону
Арреніуса. Процес термічного розкладання представляється як сума окремих
реакцій розкладання основних елементів сировини. Складність у разі полягає
у визначенні кінетичних констант реакцій. Неоднозначність їх визначення
пов'язана з видом палива, температурою та швидкістю його нагрівання.
Найбільш простий підхід ґрунтується на одностадійній схемі розкладання
хімічних компонентів. Є й складніші моделі, засновані на багатостадійному
підході, що підвищує точність одержуваних результатів.
Ще одна проблема, яку доводиться вирішувати при моделюванні
реакторів піролізу – це зміна структури та агрегатного стану шару. Переважна
більшість авторів враховує цю зміну за допомогою ефективних теплофізичних
характеристик [23].
Побудова коректних математичних моделей тепломасообмінних
процесів дозволяє створити промислову установку, що оптимально
функціонує, і систему управління процесом.

Розділ 2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ
ДОСЛІДЖЕННЯ ПЕРЕРОБКИ
ТВЕРДИХ КОМУНАЛЬНИХ ВІДХОДІВ
МЕТОДОМ ПІРОЛІЗУ

МКР 24.144.94 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Левченко Б.В. Розділ 2. Експериментальні Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Беспалько С.А.
дослідження переробки
Реценз.
твердих комунальних відходів
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-35
Затверд. Калейніков Г.Є. методом піролізу

Розділ 2. Експериментальні дослідження переробки твердих
комунальних відходів методом піролізу
2.1. Матеріали та методи дослідження

Процес піролізу характеризується істотним впливом низки параметрів
(склад ТКВ, швидкість нагрівання та ін.) на якісний та кількісний склад
піролізних газів [12]. Отже, експериментальні дослідження, створені задля
виявлення такого впливу, є необхідною умовою для подальшого визначення
способів підвищення ефективності піролізної переробки ТКВ та вибору
режимів роботи піролізних установок.
Для проведення експериментальних досліджень був використаний
синхронний термічний аналіз, що включає:
 термогравіметричний аналіз (ТГ – аналіз, TGA), що дозволяє
фіксувати залежність зміни маси зразка від температури.
 диференційно-скануюча калориметрія (ДСК, DTG), що дозволяє
визначити термічні ефекти, що супроводжують фазові та хімічні перетворення
речовин при нагріванні.
 ІЧ-Фур'є спектроскопія, в ході якої були отримані інфрачервоні
спектри поглинання піролізного газу за різної температури.
Синхронний термічний аналіз виконувався при піролізі зразків суміші
ТКВ середнього морфологічного складу: харчові відходи – 48,6 %; папір та
картон – 41,7 %; текстиль – 6,9%; дерево – 1,4%; шкіра та гума - 1,4% в
атмосфері з вмістом кисню 1%.
Лабораторне обладнання до виконання досліджень представлено
комплексом синхронного термічного аналізу фірми NETZSCH.
Вимірювальний комплекс складається з блоку термічного аналізу STA 449 F3
Jupiter, спектрометра ІЧ-Фур'є з приставкою дифузійного відображення Tensor
27 Bruker Optics та блоку імпульсного термічного аналізу PulseTA.

Синхронний термічний аналіз полягає в одночасному виконанні в
одному приладі термогравіметричного та диференціального термічного
аналізів. При використанні даного методу відбувається постійна фіксація змін
характеристик зразка (зумовлена фазовими переходами або хімічними
реакціями) залежно від часу або температури при нагріванні відповідно до
обраної температурної програми заданої газової атмосфери [25]. Подібні
дослідження дають інформацію про склад матеріалів, їх окислювальну і
термостабільність, температури протікання хімічних реакцій та наявність
фазових переходів.
Під час проведення експериментів було використано таку методику.
Компоненти ТКВ окремо подрібнювали за допомогою мікромлину F-306. З
отриманої дрібнодисперсної сировини формували зразки суміші ТКВ
відповідно до процентного співвідношення компонентів, зазначеному вище.
Зважування здійснювали за допомогою лабораторних напівмікроваг ВЛ-120М.
Отриманий зразок ТКВ середнього морфологічного складу масою 5 15
мг поміщали в тигель (Al2O3 ) з кришкою на сенсор диференціального
скануючого калориметра. Теплота підводилася від електронагрівача. Нагрів
здійснювали зі швидкостями 5, 10 і 15 ℃/хв в інтервалі температур 30 950°С в
середовищі інертного газу (аргону), збагаченого киснем (1% об.). Швидкість
подачі газів у реакційний об'єм печі становив 40 мл за хвилину. У процесі
нагрівання проводили вимірювання втрат маси зразка та аналіз складу
газоподібних продуктів термічного розкладання на ІЧ-спектрометрі. Для
визначення температури зразка на нижній поверхні тигля розміщені
диференціальні термопари. При проведенні кожного досвіду зменшення маси
зразка при нагріванні, температура і сигнал ДСК безперервно фіксувалися
блоком термічного аналізу STA. Гранична масова чутливість вбирається у
0,1 мкг, температурна – 0,001°С.
Для визначення якісного та кількісного складу газоподібних продуктів,
що виділяються, використовувався ІЧ-Фур'є спектрометр з приставкою
дифузійного відображення Tensor 27 Bruker Optics, що дозволяє реєструвати

спектри від 4000 см -1 до 400 см -1. Прилад призначений для вимірювання
оптичних спектрів пропускання, відображення в ІЧ-діапазоні та служить для
визначення концентрацій різних органічних та неорганічних речовин. Для
розшифрування отриманих смуг поглинання проводилося їх порівняння зі
смугами на ІЧ-спектрах відомих сполук.

2.2. Результати синхронного термічного аналізу

Термічний аналіз ТКВ усередненого морфологічного складу в процесі
піролізу був виконаний при швидкостях нагрівання 5, 10, 15°С/хв. На
отриманих термогравіметричних кривих можна виділити декілька
характерних інтервалів зміни маси зразка в процесі нагрівання. Періоду
нагрівання від 30°С до 245÷270°С відповідає незначне зменшення маси (від 3,2
до 8,1% залежно від швидкості нагрівання) внаслідок випаровування фізичної
та пов'язаної вологи. Далі відбувається зростання швидкості зменшення маси
при збільшенні температури до 355÷385°С (залежно від швидкості
нагрівання), що характеризує термічне розкладання компонентів зразка суміші
ТКВ і активне утворення піролізного газу. Різке зменшення швидкості
зменшення маси відбувається після досягнення температур 680°С і 830°С для
швидкостей нагріву, відповідно, 5 і 10°С/хв, що дозволяє зробити висновок про
значне уповільнення процесу термічного розкладання ТКВ. Утворення
піролізного газу закінчується при температурах 720°С та 870°С, відповідно для
швидкостей нагріву 5 і 10°С/хв. Для швидкості нагрівання 15°С/хв
характерним є зміщення спостережуваних початкової та кінцевої температур
розкладання. Швидкість зменшення маси залишається постійною аж до
температури 950°С. Отже, при даній швидкості нагрівання для завершення
процесу піролізу необхідно забезпечити температуру понад 950°С.
Аналіз результатів диференціально-скануючої калориметрії дозволив
визначити температурні діапазони протікання ендо- та екзотермічних реакцій
у зразках ТКВ. Ендотермічні реакції, пов'язані з випаровуванням вологи,

відбуваються до температур: 220°С при швидкості нагрівання 5°С/хв; 240°С
при швидкості 10 °С/хв; 250°С при швидкості 15°С/хв.
На кривій диференціально-скануючої калориметрії виділяються три
екзотермічні піки при температурах 349°С, 509 °С і 629°С. При подальшому
зростанні температури інтенсивність екзотермічних реакцій знижується.
Аналіз кривої диференціальної термогравіметрії дозволив встановити
температури, яким відповідає максимальне зменшення маси зразків ТКВ та
максимальний вихід піролізного газу в процесі нагрівання. Для швидкостей
нагрівання 5, 10 і 15°С/хв значення температур, відповідно, дорівнюють 343°С,
359°С та 371°С.
Результати, отримані в результаті обробки даних синхронного
термічного аналізу ТКВ при швидкостях нагріву 5, 10 і 15ºС/хв, наведено в
табл. 2.1.

Таблиця 2.1 - Результати термічного аналізу ТКВ при різних швидкостях
нагрівання
Температура Максимальна Тепловий
Швидкість Температура Температура
піку Залишкова швидкість ефект
нагріву, початку закінчення
виділення маса, % зменшення піролізу,
°С/хв піролізу, °С піролізу, °С
енергії, °С маси, %/хв Дж/г
349,1
5 220 680 509,4 13,22 4,24 7969
628,9
366,1
10 240 830 482,3 9,19 5,76 8976
770,6
377,7
15 250 950 431,1 11,5 8,85 1769
478,2

Аналіз даних таблиці 2.1 показує, що зі збільшенням швидкості
нагрівання температури розкладання зміщуються у бік збільшення.
Максимальний тепловий ефект піролізу, що дорівнює 8976 Дж/г, має місце при

швидкості нагрівання 10ºС/хв. При збільшенні швидкості до 15ºС/хв тепловий
ефект різко знижується до 1769 Дж/г. Це можна пояснити неповнотою
протікання хімічних реакцій, з одного боку, та зниженням точності
вимірювання приладу STA 449 F3 Jupiter, викликаної значним підвищенням
швидкості нагрівання, з іншого.
На рис. 2.1 наведено порівняння термогравіметричних кривих піролізу
зразків ТКВ при різних швидкостях нагріву. Очевидно, що криві мають схожий
вигляд. Зміна швидкості нагрівання призводить до зміщення кривих щодо осі
ординат. При швидкості 5ºС/хв для завершення процесу потрібно від 2,5 до 3
годин. Підвищення швидкості нагрівання до 10ºС/хв призводить до скорочення
часу перебігу процесу до 1,5 години. Подальше збільшення швидкості до
15ºС/хв не призводить до значного прискорення процесу піролізу, проте
супроводжується зміщенням температури закінчення піролізу до значень
понад 950ºС.

Рисунок 2.1 – Термогравіметричні криві при швидкостях нагріву:
1 – 5ºС/хв; 2 – 10ºС/хв; 3 – 15ºС/хв

2.3. Результати ІЧ-спектрального аналізу та розрахунок теплотворної
здатності піролізного газу

В основі методу ІЧ-спектроскопії лежить явище взаємодії речовин з
полем електромагнітного випромінювання в інфрачервоній області
енергетичного спектру (довжини хвиль λ=2,5÷25 мкм (4000÷400 см-1). В
рамках магістерської роботи даний метод дозволив визначити якісний та
кількості склад газоподібних продуктів піролізу ТКВ.
Дані ІЧ-спектроскопії, що характеризують вихід газоподібних продуктів
термічного розкладання ТКВ при їх нагріванні від 25 до 950°С зі швидкостями
5, 10 і 15°С/хв, представлені на рисунках 2.2 – 2.4.

Рисунок 2.2 – ІЧ-спектри продуктів піролізу при нагріванні ТКВ від 25
до 950°С зі швидкістю 5°С/хв

Рисунок 2.3 – ІЧ-спектри продуктів піролізу при нагріванні ТКВ від 25
до 950°С зі швидкістю 10°С/хв

Рисунок 2.4 – ІЧ-спектри продуктів піролізу при нагріванні ТКВ від 25
до 950°С зі швидкістю 15°С/хв

Тривимірні графіки являють собою залежності поглинання ІЧ
випромінювання компонентами піролізного газу від часу нагріву в діапазоні
довжин хвиль 2,5÷25 мкм, що відповідає хвильовим числам 4000÷400 см-1.
З аналізу рисунків видно, збільшення швидкості нагрівання призводить
до зростання висоти піків поглинання ІЧ-випромінювання.
Якісний склад газоподібних продуктів піролізу, що виділяються, був
визначений в результаті обробки отриманих ІЧ-спектрограм і порівняння їх з
ІЧ-спектрами речовин у базах даних NIST.
Теоретичну основу кількісного аналізу за ІЧ-спектрами становить
об'єднаний закон світлопоглинання Бугера – Ламберта – Бера, що встановлює
зв'язок зменшення інтенсивності світла, що пройшло через шар
світлопоглинаючої речовини, з концентрацією речовини і товщиною шару:
�� = �� ��−������
0 , (2.1)
де I – інтенсивність світлового потоку, що пройшов через речовину;
I0 – інтенсивність падаючого світлового потоку;
a – молярний показник поглинання;
C – концентрація речовини;
l – товщина світлопоглинаючого шару.
Кількісний аналіз піролізного газу було виконано за методом
абсолютного градуювання, заснованому на використанні пропорційної
залежності між площею піку інтенсивності поглинання ІЧ-випромінювання
даного компонента та кількістю цього компонента в пробі.
На рис. 2.5 – 2.7 наведено результати розшифровки ІЧ-спектрів
газоподібних продуктів піролізу, отриманих при нагріванні ТКВ зі швидкістю
10°С/хв.

Рисунок 2.5 – Результати порівняння ІЧ-спектру продуктів піролізу при
нагріванні ТКВ зі швидкістю 10°С/хв при температурі 245°С з відомими
спектрами CH4, CO, CO2, H2O

Рисунок 2.6 – Результати порівняння ІЧ-спектру продуктів піролізу при
нагріванні ТКВ зі швидкістю 10ºС/хв при температурі 320°C з відомими
спектрами CH4, CO, CO2, H2O

Рисунок 2.7 – Результати порівняння ІЧ-спектру продуктів піролізу при
нагріванні ТКВ зі швидкістю 10ºС/хв при температурі 640°С з відомими
спектрами CH4, CO, CO2, H2O

На рис. 2.5 – 2.7 діапазону хвильових чисел 1250÷950 см-1 відповідають
моноциклічні та поліциклічні ароматичні вуглеводні, що мають досить низьку
температуру кипіння в діапазоні 80÷350°С і конденсуються після виходу з
термореактора. ІЧ-спектральний аналіз показав збільшення виходу зазначених
речовин зі зростанням швидкості нагрівання суміші ТКВ. Відповідно,
збільшується частка рідких продуктів піролізу до 2,5% мас при швидкості
нагрівання 15°С/хв і, отже, зменшується частка газоподібних.
За результатами обробки даних ІЧ-спектроскопії, отриманих при різних
швидкостях нагріву, було визначено основні компоненти піролізного газу.
Дані про якісний і кількісний склад газу, що виділився в процесі
окисного піролізу ТКВ при швидкостях нагріву 5, 10 і 15°С/хв представлені у
табл.2.2.

Таблиця 2.2 - Якісний та кількісний склад піролізного газу, % мас
Швидкість CH4 CO CO2 H2O H2
нагріву, °С/хв
5 21,04 42,49 19,16 17,15 0,17
10 15,25 48,18 24,02 12,39 0,16
15 12,31 45,45 27,59 14,52 0,13

Горючими компонентами піролізного газу є окис вуглецю та метан (табл.
2.2). Вміст водню в піролізному газі не перевищує 1%. У піролізному газі, що
утворюється при швидкості нагрівання ТКВ, що дорівнює 5°С/хв, масова
частка горючих компонентів становить 63,7%. Підвищення швидкості
нагрівання ТКВ до 15°С/хв викликає зниження масової частки горючих
компонентів до значення 57,9%.
Для отриманих складів піролізного газу за принципом адитивності було
розраховано теплотворну здатність:
��
��н = ������ ������ + ������������ + ���� ���� , (2.2)
4 4 2 2
де ������ , ������ , ���� – теплотворна здатність, відповідно, метану, окису
4 2
вуглецю та водню, МДж/кг;
������ , ������ , ���� – масові частки, відповідно, метану, окису вуглецю та
4 2
водню.
Значення теплотворної здатності отриманого при різних швидкостях
нагріву ТКВ піролізного газу зведені в табл. 2.3.

Таблиця 2.3 – Теплотворна здатність піролізного газу
Швидкість нагріву, °С/хв ��
Теплотворна здатність ��н , МДж/кг
5 17,98
10 14,39
15 12,68

Піролізний газ має максимальну теплотворну здатність, що дорівнює
17,98 МДж/кг у разі проведення процесу піролізу при швидкості нагрівання
5°С/хв. При збільшенні швидкості нагрівання до 10 і 15°С/хв теплотворна
здатність зменшується до 14,39 та 12,68 МДж/кг відповідно.

Розділ 3. РОЗРОБКА КОНСТРУКЦІЇ ТА
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ
ПЕЧІ ПІРОЛІЗУ ТКВ

МКР 24.144.94 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Левченко Б.В. Розділ 3. Розробка конструкції Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Беспалько С.А.
Реценз. та математичне моделювання
Н. Контр. печі піролізу ТКВ ЧДТУ, МТЕ-35
Затверд. Калейніков Г.Є.

РОЗДІЛ 3. Розробка конструкції та математичне моделювання печі
піролізу ТКВ
3.1. Розробка конструкції піролізної печі для переробки твердих
комунальних відходів

Як це було зазначено в першому розділі, в даний час для знешкодження
та знищення відходів з одночасним одержанням газоподібного палива
застосовуються різні види піролізних установок. Практичне здійснення
процесу та його енергетична ефективність значною мірою залежать від
конструкції печі та режиму її роботи. Тому розробка конструкції піролізної
печі для переробки ТКВ, що дозволяє підвищити енергетичну ефективність
процесу, є актуальним завданням.
Пропонована піролізна установка термічної переробки ТКВ є тунельною
пічю. На рис. 3.1 зображено принципову схему установки.
Вона містить металевий футерований зсередини прямокутний корпус 1
з плоским теплоізольованим склепінням 2. На одному кінці тунельна піч
забезпечена пристроєм завантаження 3, оснащеним дозатором 4 на його вході
і зрівняльною пластиною. На іншому кінці тунельна піч забезпечена
пристроєм вивантаження 5 зольного залишку. У робочому просторі печі
встановлений стрічковий конвеєр 6, з засобом очищення 7 конвеєрної стрічки,
виконаним у вигляді скребка. Під склепінням розташована металева
рекуперативна камера 8, в яку вбудовані радіаційні труби 9 діаметром D,
встановлені горизонтально вздовж печі на відстані L≥D один від одного, з
умови забезпечення рівномірного та стійкого прогріву та термічного
розкладання ТКВ за рахунок променистого тепла. Рекуперативна камера
призначена для підігріву повітря, яке спрямовується на горіння, що
здійснюється в радіаційних трубах.

Рисунок 3.1 – Піролізна піч для термічної переробки твердих
комунальних відходів

Радіаційні труби встановлені таким чином, що вони частково
виступають з рекуперативної камери в робочий простір печі на відстань 0,5D.
У кожній радіаційній трубі виконані радіальні отвори 11 для подачі повітря на
горіння з рекуперативної камери, з вхідним патрубком 12 з протилежної
сторони. У бічних стінах печі рівномірно розташовані патрубки 14 для
відведення піролізного газу з робочого простору печі в колектор збору
піролізного газу 13. Далі газ надходить або стороннім споживачам через
патрубок 15, або йде на спалювання в сопла радіаційних труб через патрубок
16.

Установка працює в такий спосіб. Через завантажувальний пристрій 3, з
дозатором 4, виробляють безперервне дозоване завантаження попередньо
підготовлених ТКВ на нескінченний стрічковий конвеєр 6 таким чином, щоб
висота шару ТКВ не перевищувала 0,5 м. Дозатор 4 має на виході зрівняльну
пластину, за допомогою якої регулюють товщину. Транспортування ТКВ
протягом усього виробничого процесу здійснюється стрічковим конвеєром 6
забезпечує безперервність технологічного процесу термічного розкладання
ТКВ та отримання піролізного газу. Швидкість руху конвеєра 6 вибирають з
урахуванням швидкості термічного розкладання відходів.
Виробляють розпал радіаційних труб 9 шляхом подачі в них пускового
газоподібного палива через сопла 10 і повітря через отвори 11 з камери
рекуперативної 8 для поліпшення паливоповітряного сумішоутворення і
забезпечення стійкого горіння. Атмосферне повітря надходить в рекуперативну
камеру 8 через патрубок 13. Радіаційні труби 9 ізолюють полум'я спалюваного
в них палива від робочого простору печі і забезпечують променистий
теплообмін в робочому просторі від тепловіддаючих поверхонь. Радіаційні
труби 9 розміщують таким чином, що їх частини виступають з рекуперативної
камери 8 робочий простір печі на 0,5D. Це дозволяє радіаційним трубам
передавати теплоту випромінюванням у верхній її частині – в повітря, що
рухається в рекуперативної камері, підігріваючи його, а в нижній її частині –
шару ТКВ, розміщеному на стрічці конвеєра. Підігрів повітря, що прямує на
горіння в рекуперативній камері, покращує умови згоряння палива, підвищуючи
температуру горіння та ефективність процесу. Продукти згоряння, що
утворюються, видаляють в атмосферу через патрубок 17.
Рекуперативна камера, заповнена повітрям, створює повітряний
прошарок між теплоізольованим склепінням і радіаційними трубами, що
дозволяє істотно знизити теплові втрати від радіаційних труб через склепіння,
а отже, скоротити витрату палива. Також при цьому створюються потоки
спрямованого теплового випромінювання на шар ТКВ, що інтенсифікують
піроліз відходів та підвищують енергетичну ефективність процесу.

Організовані спрямовані променисті потоки потрапляють на шар ТКВ і
викликають його термічну деструкцію при температурах понад 550°С з
утворенням газоподібних продуктів (пірогазу) та твердого вуглецевого
залишку. Пірогаз видаляють з робочого простору печі через патрубки 14 в
колектор 13 для збору пірогазу і далі через патрубок 15 для подальшої подачі
зовнішньому споживачеві і через патрубок 16 на спалювання в сопла 10
радіаційних труб 9. Твердий зольний залишок, що залишився на конвеєрний
стрічці, збирають пристроєм вивантаження 5 для подальшого використання у
технологічних цілях.
При новому запуску піролізної печі в роботу спочатку використовується
природний або скраплений вуглеводневий газ. Після виходу печі на робочий
режим подачу зазначених газів припиняють і далі піч працює на піролізному
газі.
Запропонована конструкція піролізної печі, з рекуперативною камерою
з вбудованими радіаційними трубами, забезпечує рівномірний прогрів шару
ТКВ і зниження втрат теплоти через верх.

3.2. Математична модель теплообміну в піролізній печі
3.2.1. Основні положення математичної моделі

Для визначення температурного поля шару ТКВ, швидкості та
тривалості його переробки запропоновано математичну модель теплообміну у
шарі органічної сировини при його нагріванні та піролізі в термічному
реакторі.
Математична модель заснована на розв'язанні задачі Стефана з рухомим
кордоном та дозволяє визначити температурне поле шару органічної сировини
(ТКВ), що нагрівається зверху радіаційно-конвективним тепловим потоком.
При моделюванні прийнято такі припущення:
1. Шар ТКВ сприймається як умовне ізотропне тіло з ефективними
теплофізичними властивостями [30].

2. Умови адіабати нижньої поверхні шару ТКВ.
3. Піроліз протікає при постійній температурі та супроводжується
поглинанням теплоти, величина якої визначається з експерименту.
4. Перенесення теплоти у шарі ТКВ здійснюється теплопровідністю.
5. Поглинання теплоти у шарі ТКВ відбувається на фронті піролізу.
6. Газовий шар сприймається як сіре тіло. Сумарна частка діоксиду
вуглецю та водяної пари становить 36%.
7. Піч працює в режимі, близькому до стаціонарного, тому витратами
теплоти на акумуляцію кладкою нехтуємо.
8. Теплоту з піролізним газом, що йде з робочого простору печі, в
тепловому балансі не враховуємо через її малість.
Геометрична модель шару ТКВ у процесі термічної переробки
представлена на рис.3.2 – 3.8.
Математичне моделювання включає наступні періоди теплової обробки
ТКВ:
1. Початковий період ��0 < �� < ��1 : процес прогріву шару ТКВ з
початковою температурою T0 ( рис. 3.2). Період закінчується на момент часу t1
(рис. 3.3) при температурі теплосприймаючої поверхні, що дорівнює
температурі початку піролізу ����(��1) = ��1 , де Tw – температура
теплосприймаючої поверхні шару; T1 – температура початку піролізу.

Рисунок 3.2 – Період нагрівання Рисунок 3.3 – Закінчення періоду
(��0 < �� < ��1) нагріву (�� = ��1)

2. Початок піролізу шару ТКВ ��1 < �� < ��2 з одночасним
продовженням прогрівання шару ТКВ (рис.3.4). Період закінчується в момент
часу t2 (рис.3.5) при ����(��2) = ��2 .

Рисунок 3.4 – Початок піролізу Рисунок 3.5 – Закінчення першого
(��1 < �� < ��2) періоду піролізу (�� = ��2)

3. Продовження піролізу осушених ТКВ ��2 < �� < ��3 зі зміщенням
вниз меж області піролізу z=z1 та z=z2 (рис.3.6). Період закінчується в момент
часу t3 (рис.3.7), коли піроліз охоплює всю область ТКВ (при z1=0).

Рисунок 3.6 – Продовження піро - Рисунок 3.7 – Закінчення другого
лізу (��2 < �� < ��3) періоду піролізу (�� = ��3 )

4. Закінчення теплової обробки: t=t4, z2=0 ( рис.3.8).

Рисунок 3.8 – Закінчення теплової обробки ТКВ (t=t4)

3.2.2. Постановка задачі

З урахуванням прийнятих припущень процес теплообміну у шарі може
бути представлений системою диференціальних рівнянь перенесення енергії,
початкових та граничних умов.
Протягом початкового періоду (до початку піролізу) температурне поле
шару ТКВ визначається рішенням рівняння теплопровідності (початок
координат x=0 відповідає нижній поверхні шару)
���� �� ����
�� ТКВ ТКВ
ткв��ткв = [��ткв(Тткв) ], 0 < �� < ��
���� ���� ���� ткв.н (3.1)
з початковою умовою
Тткв(��, 0) = Тткв.н, 0 < �� < ��ткв,н (3.2)
і граничними умовами:
– на нижній поверхні шару
����
ткв| = 0, (3.3)
���� ��=0
– на верхній поверхні шару
����
�� (�� ) ткв
ткв ткв | = ��к
ткв + ��в
ткв, (3.4)
���� ��=��ткв.н
де ��к в
ткв , ��ткв – щільності теплового потоку конвекцією та
випромінюванням, відповідно; ��ткв – ефективний коефіцієнт теплопровідності

шару ТКВ, Вт/(м·К); ��ткв – середня питома ефективна теплоємність шару,
Дж/(кг К); ��ткв – ефективна густина, кг/м3 ; ��ткв.н – початкова товщина шару, м.
Ефективні густину та середню питому теплоємність шару розраховували
за принципом адитивності для багатокомпонентної суміші.
Початковий період закінчується в момент часу �� = ��пір.н , в який
температура теплосприймаючої поверхні шару ТКВ стає рівною температурі
піролізу:
��ткв(��ткв,н, ��пір.н) = ��пір (3.5)
Далі починається піроліз, і утворюється двошарова система, що
складається з вихідних ТКВ (нижній шар товщиною ��ткв(��) ) та піролізного
залишку (верхній шар завтовшки ��п.з.(��)).
Протягом періоду піролізу �� > ��пір.н температурні поля шару ТКВ
��ткв(��, ��) і піролізного залишку ��п.з.(��, ��) визначаються рішенням системи
рівнянь теплопровідності:
���� �� ����
�� �� ТКВ = [�� ТКВ
ткв ткв ткв(Тткв) ], 0 < �� < ��ткв(��) (3.6)
���� ���� ����
����п.з. �� ����
�� �� = [�� (Т п.з.
п.з. п.з. п.з. п.з.) ], ��п.з.(��) < �� < ��ткв н (3.7)
���� ���� ����
з граничною умовою на нижній поверхні шару ТКВ:
����
�� п.з.
п.з.(��п.з.) | = ��п.з., (3.8)
���� ��=��ткв.н
на верхній поверхні шару піролізного залишку ( ��п.з. – щільність
теплового потоку, що визначається рішенням зовнішнього завдання
теплообміну) та початковою умовою:
��ткв(��пір н) = ��ткв н (3.9)
У рівнянні (3.7): ��п.з. , ��п.з. , ��п.з. , – коефіцієнт теплопровідності, питома
теплоємність та щільність піролізного залишку, відповідно.

3.3. Результати розрахунків

Для розв'язання системи диференціальних рівнянь використали метод
кінцевих різниць за наявною схемою з прогонкою. Чисельна реалізація
математичної моделі здійснена мовою програмування DELPHI. Розглянуто
два варіанти завантаження печі: початкова товщина шару ТКВ 0,3 м та 0,5 м.
Розрахунки виконані для швидкостей нагріву 5, 10 та 15°С/хв. Даний
параметр враховано шляхом введення у програму відповідних значень
теплового ефекту піролізу та складу піролізного газу. Результати розрахунків
наведено на рис. 3.9.
На графіках показано час піролізу, зміна товщини шару ТКВ (лінія 1),
температура його теплосприймаючої поверхні (лінія 3), середня температура
продуктів згоряння піролізного газу в радіаційній трубі (лінія 2).
На основі результатів чисельного моделювання та експериментальних
даних, представлених у розділі 2, зроблено порівняння запропонованих
режимів роботи піролізної печі.
На рис. 3.10 показані залежності продуктивності установки за вихідною
сировиною та теплотворною здатністю піролізного газу від швидкості
нагрівання ТКВ.

а) б)

в) г)

д) е)
Рисунок 3.9 – Результати розрахунків: а) швидкість нагрівання 5°С/хв,
початкова товщина шару ТКВ 0,3м; б) швидкість нагрівання 5°С/хв, початкова
товщина шару ТКВ 0,5м; в) швидкість нагрівання 10°С/хв, початкова товщина
шару ТКВ 0,3м; г) швидкість нагрівання 10°С/хв, початкова товщина шару
ТКВ 0,5 м; д) швидкість нагрівання 15°С/хв, початкова товщина шару ТКВ
0,3м; е) швидкість нагрівання 15°С/хв, початкова товщина шару ТКВ 0,5м.

Рисунок 3.10 – Залежність продуктивності установки за вихідними ТКВ
та теплотворної здатності піролізного газу від швидкості нагріву ТКВ

З аналізу результатів, представлених на рисунку 3.10, видно, що кращим
є режим роботи піролізної печі при швидкості нагрівання 10°С/хв.

Розділ 4. ТЕПЛОВИЙ БАЛАНС І РЕЖИМИ
РОБОТИ ПІРОЛІЗНОЇ ПЕЧІ

МКР 24.144.94 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Левченко Б.В. Розділ 4. Тепловий баланс Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Беспалько С.А.
Реценз. і режими роботи
Н. Контр. піролізної печі ЧДТУ, МТЕ-35
Затверд. Калейніков Г.Є.

Розділ 4. Тепловий баланс і режими роботи піролізної печі
4.1. Тепловий баланс печі

Розрахунок теплового балансу печі по камері піролізу та рекуперативній
камері проведено на підставі експериментальних та розрахункових даних.
При складанні теплових балансів приймалися припущення:
1) маса вуглецевого залишку становить не більше 15% від первісної
маси ТКВ (за результатами термогравіметрії);
2) перед подачею на спалювання піролізний газ піддається повному
осушуванню.

4.1.1. Тепловий баланс рекуперативної камери

Рекуперативна камера включає радіаційні труби і розташований над
ними під склепінням печі повітряний канал. У радіаційні труби подаються
піролізний газ (G сп
пір.газ ) і повітря, попередньо підігріте в повітряному каналі
(Gпов.). Продукти горіння (G ПГ), що мають високу температура, забезпечують
тепловий потік через стінки радіаційних труб в камеру піролізу і в повітряний
канал. Структура матеріального та теплового балансів рекуперативної камери
представлені відповідно на рис. 4.1 та 4.2.

Рисунок 4.1 – Матеріальний баланс рекуперативної камери

Рисунок 4.2 – Тепловий баланс

Вхідні статті теплового балансу повітряного каналу
1. Фізичне тепло повітря, кВт:
��хол хол
пов = ��пов��пов��пов, (4.1)
де ��пов – витрата повітря, кг/с;
��пов – питома теплоємність холодного повітря, кДж/( кгºС );
��хол
пов – температура холодного повітря, ºС.
2. Теплота, передана через стінки радіаційних труб в повітряний канал QПК, кВт,
визначається математичним моделюванням.
Математичне моделювання теплообмінних процесів у рекуперативній
камері та камері піролізу проводили з використанням CAE-пакету кінцево-
елементного аналізу ANSYS.
На рис. 4.3 зображено геометричну модель розрахункової області
рекуперативної камери та камери піролізу.

Рисунок 4.3 – Геометрична модель розрахункової сфери: 1 – повітряний
канал; 2 – радіаційні труби; 3 – камера піролізу

Для моделювання газодинамічних та теплообмінних процесів
використовували CFD-модуль ANSYS Fluent. Завдання вирішували у
стаціонарній постановці. У розрахунках враховували рівняння енергії,
нерозривності та руху. Оскільки продукти горіння піролізного газу мають
температуру понад 1700ºС, то додатково враховували променистий
теплообмін. Турбулентність руху середовищ дозволялася за допомогою моделі
k-ε моделі. Як теплоносії задавали продукти горіння піролізного газу та повітря
з відповідними теплофізичними властивостями. Граничні умови для димових
газів та повітря задавали масовими витратами та температурами на вході та
тиском на виході.
Розроблена модель дозволила візуалізувати поля швидкостей, тисків і
температур у різних перерізах та точках розрахункової області та отримати
середні значення теплових потоків та температур на вибраних поверхнях.
Результати розрахунку температурних полів рекуперативної камери та
камери піролізу показані на рис. 4.4.

Рисунок 4.4 – Температурні поля повітряного простору, радіаційних труб
та камери піролізу

Витратні статті теплового балансу повітряного каналу
1. Фізичне тепло підігрітого повітря, кВт:
гр гр
��пов = ��пов��пов��пов, (4.2)
де ��пов – витрата повітря, що надходить на горіння, кг/с; ��пов – питома
гр
теплоємність підігрітого повітря, кДж/(кгºС ); ��
пов – температура підігрітого
повітря, ºС.
2. Втрати тепла в довкілля, прийняті у кількості 5% від суми прибуткових
статей балансу, кВт:
�� хол
втр.звед = 0,05(��пов + ��ВК), (4.3)

4.1.2. Тепловий баланс камери піролізу

У камеру піролізу надходять попередньо підготовлені тверді комунальні
відходи (GТКВ). Вони частково окислюються киснем (GO2 ) з виділенням енергії
та розкладаються, утворюючи піролізний газ (Gпір.газ) і твердий вуглецевий
залишок (GТВЗ).

Схеми матеріальних та теплових потоків у зоні піролізу представлені на
рис. 4.5 та 4.6.

Рисунок 4.5 – Матеріальний баланс камери піролізу

Рисунок 4.6 – Тепловий баланс камери піролізу у робочому режимі

Прибуткові статті теплового балансу камери піролізу
1. Фізичне тепло ТКВ, кВт:
фіз
��ткв = ��ткв�� вх
ткв��тко, (4.4)
де GТКВ – продуктивність установки за вихідною сировиною, кг/с;
cТКВ – питома теплоємність ТКВ на вході до зони піролізу, кДж/(кгºС);
��вх
тко – початкова температура ТКВ, ºС.

2. Теплота хімічних реакцій чистого піролізу та окислення ТКВ, кВт:
��пір = ��ткв��пір, (4.5)
де qпір – тепловий ефект піролізу, що визначається експериментально,
кДж/кг.
На рис.4.7 та рис. 4.8 показано схеми матеріальних та теплових потоків
по всій установці загалом.

Рисунок 4.7 – Матеріальний баланс установки

Рисунок 4.8 – Тепловий баланс установки

4.2. Аналіз режимів роботи установки

Розрахунок теплового балансу та ККД установки при швидкостях
нагріву ТКВ 5ºС/хв, 10ºС/хв та 15ºС/хв виробляли для печі, що має наступні
конструктивні характеристики:
• розміри робочого простору 5×2×0,7 м;
• висота шару ТКВ – 0,5 м;
• ємність печі по ТКВ – 1000 кг;
• радіаційна труба Ø324х4 мм;
• кількість радіаційних труб 4 шт ;
У табл. 4.1 наведено основні результати розрахунків.

Таблиця 4.1 – Розрахункові параметри роботи піролізної установки
Швидкість Теплотворна Тепловий Температура Термічний
нагріву здатність ефект піролізу горіння ККД
ТКВ, °С/хв піролізного газу ТКВ, кДж/кг піролізного
р
��н , МДж/кг газу, °С
5 17,98 7969 1960 0,48
10 14,39 8976 2060 0,51
15 12,68 1769 2116 0,26

Аналіз отриманих даних дозволяє зробити висновок, що максимальний
ККД печі, що дорівнює 0,51, має місце при швидкості нагрівання 10 ºС/хв. Цей
режим характеризується максимальним тепловим ефектом піролізу.
Збільшення швидкості нагрівання до 15ºС/хв призводить до значного
зниження ККД установки до 0,26.

4.3. Розрахунок скорочення викидів діоксиду вуглецю

У зв'язку з тим, що нині важливим напрямом екологічної політики
розвинених країн є декарбонізація економіки та енергетичних систем, то
розрахунок екологічного ефекту будемо проводити шляхом порівняння
кількості викидів СО2 для двох способів поводження з ТКВ – спалювання та
піроліз у запропонованій піролізній печі.
Згідно з даними [28], 1 т ТКВ містить 0,85 т вуглецю, і при її спалюванні
(повному окисленні) утворюється 1,76 т СО2.
У разі піролізу з 1 т ТКВ утворюється 15% або 150 кг вуглецевого
твердого залишку. За даними енергодисперсійного аналізу вуглецевий залишок
містить 66% вуглецю. Таким чином, при переробці 1 т ТКВ методом піролізу
у вуглецевому залишку буде міститися 0,85·0,15·0,66 = 0,084 т вуглецю.
У перерахунку на СО2 це становитиме 0,084·3,66=0,307 т.
Таким чином, використання піролізної технології дозволить скоротити
викиди СО2 на 307 кг з кожної тони вихідних ТКВ (табл. 4.2).

Таблиця 4.2 - Порівняння викидів СО2 при спалюванні та піролізі ТКВ
Спалювання ТКВ Піроліз
Вихід СО2 на 1 т вихідних ТКВ, т 1760 1453

Розділ 5. ОХОРОНА ПРАЦІ ТА БЕЗПЕКА В
НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЯХ

МКР 24.144.94 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Левченко Б.В. Розділ 5. Охорона праці та Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Беспалько С.А.
Реценз. безпека в надзвичайних
Н. Контр. ситуаціях ЧДТУ, МТЕ-35
Затверд. Калейніков Г.Є.

Розділ 5 Охорона праці та безпека в надзвичайних ситуаціях
5.1 Загальні вимоги до спалювання та сумісного спалювання відходів

Термічне оброблення відходів – технологічний процес з термічного
оброблення відходів, який відповідає правилам технічної експлуатації
відповідної установки;
Установка спалювання відходів – будь-яка стаціонарна або мобільна
технічна одиниця та обладнання, призначене для термічного оброблення
відходів, з відновленням утворюваного при горінні тепла або без нього, з
метою видалення шляхом спалювання за допомогою окислення, а також інших
процесів термічного оброблення, таких як піроліз, газифікація, плазмовий
процес, якщо речовини, що утворюються в результаті термічного оброблення,
у подальшому спалюються;
Установка сумісного спалювання відходів - будь-яка стаціонарна або
мобільна технічна одиниця, призначена для виробництва енергії або
виробництва матеріальних продуктів, яка використовує відходи як звичайне
або додаткове паливо або в якій відходи проходять термічне оброблення з
метою видалення шляхом спалювання за допомогою окислення, а також інших
процесів термічного оброблення, таких як піроліз, газифікація, плазмовий
процес, якщо речовини, що утворюються в результаті термічного оброблення,
у подальшому спалюються;
Установки спалювання відходів та установки сумісного спалювання
відходів включають усі лінії спалювання або сумісного спалювання,
приймання та зберігання відходів, технічні засоби з попереднього оброблення
на об’єкті, системи подання відходів, палива та атмосферного повітря, котли,
технічні засоби для оброблення відхідних газів, встановлені на ділянці
стаціонарні технічні засоби для оброблення чи зберігання залишків і стічних
вод, димові труби, пристрої та системи для управління операціями спалювання
чи сумісного спалювання, обліку та моніторингу умов спалювання чи
сумісного спалювання.

Якщо для термічного оброблення відходів застосовують інші процеси,
ніж окиснення, такі як піроліз, процес газифікації або плазмового оброблення,
установки спалювання відходів або установки сумісного спалювання відходів
включають процес термічного оброблення і процес спалювання.
Якщо основним призначенням установки сумісного спалювання відходів
є не виробництво енергії або виробництво матеріальних продуктів, а термічне
оброблення відходів, така установка вважається установкою спалювання
відходів.
Місця розміщення установок спалювання відходів та установок
сумісного спалювання відходів, у тому числі пов’язаних з ними площ для
зберігання відходів, проектуються відповідно до вимог законодавства про
містобудування та оцінку впливу на довкілля.
Вимоги не поширюються на установки газифікації або піролізу, якщо
речовини (гази), що виникають у результаті такого термічного оброблення
відходів, очищуються до такого ступеня, що перестають бути відходами ще до
їх спалювання, і можуть спричиняти викиди, що не перевищують викидів
унаслідок горіння природного газу.
Вимоги не поширюються на установки, що обробляють такі види
відходів:
1) рослинні відходи сільського господарства та лісового господарства;
рослинні відходи харчопереробної промисловості, якщо утворюване тепло
відновлюється; волокнисті рослинні відходи виробництва целюлози з
первинної сировини та виробництва паперу з целюлозної сировини, якщо їх
сумісно спалюють у місці виробництва, а вироблене тепло відновлюється;
коркові відходи; деревні відходи (крім тих, що можуть містити галогенізовані
органічні сполуки або важкі метали внаслідок оброблення консервантами або
покриття деревини), у тому числі утворені з відходів будівництва та знесення;
2) відходи, утворені в результаті розвідки родовищ та експлуатації
нафтових і газових свердловин на розташованих у морі об’єктах, які спалюють
на борту таких об’єктів.

Умови будівництва та експлуатації установок спалювання відходів та
установок сумісного спалювання відходів
1. Установки для спалювання відходів проектуються, оснащуються,
споруджуються та експлуатуються таким чином, щоб температура газу,
утворюваного в результаті спалювання відходів, піднімалася, після останнього
впорскування повітря горіння, у контрольований та однорідний спосіб та за
найбільш несприятливих умов, до принаймні 850°C на дві секунди.
2. Установки побічного спалювання відходів проектуються,
оснащуються, споруджуються та експлуатуються таким чином, щоб
температура газу, утворюваного в результаті побічного спалювання відходів,
піднімалася, після останнього впорскування повітря горіння, у
контрольований та однорідний спосіб та за найбільш несприятливих умов, до
принаймні 850°C на дві секунди.
3. У разі спалювання або сумісного спалювання небезпечних відходів із
вмістом галогенізованих органічних речовин, виражених як хлор, що
перевищує 1%, температура, необхідна для забезпечення відповідності
частинам першій та другій цієї статті, становить принаймні 1100°C.
4. Експлуатація установок зі спалювання відходів повинна відбуватися у
такий спосіб, щоб досягнути рівня спалювання, за якого вміст загального
органічного вуглецю в шлаку та зольних залишках складає менше 3% або їх
втрата при запалюванні є меншою за 5% сухої маси матеріалу. За необхідності
використовується попереднє оброблення відходів.
5. Технічні вимоги до експлуатації установок зі спалювання відходів та
установок із сумісного спалювання відходів визначаються Кабінетом
Міністрів України.
6. Будь-яка теплова енергія, що генерується у процесі спалювання або
сумісного спалювання відходів, підлягає відновленню до стану теплової або
електричної енергії, наскільки це практично можливо.

Загальні вимоги до захоронення відходів
1. Захоронення відходів здійснюється на полігонах, що відповідають
вимогам законодавства та технологічне обладнання яких забезпечує захист
ґрунтових вод, вилучення та знешкодження біогазу та фільтрату, контроль
викидів в атмосферне повітря, забруднення ґрунтів і підземних вод. Суб’єкт
господарювання, що здійснює управління полігоном, повинен мати дозвіл на
здійснення операцій з оброблення відходів, а в разі захоронення небезпечних
відходів - ліцензію на здійснення господарської діяльності з управління
небезпечними відходами.
2. Полігони поділяються на такі класи:
1) полігони для небезпечних відходів;
2) полігони для відходів, що не є небезпечними;
3) полігони для інертних відходів.
3. Правила технічної експлуатації полігонів, припинення експлуатації,
рекультивації та догляду за полігонами після припинення їх експлуатації
затверджуються центральним органом виконавчої влади, що забезпечує
формування державної політики у сфері охорони навколишнього природного
середовища.
4. Власник (балансоутримувач) полігона або суб’єкт господарювання,
що здійснює управління полігоном, забезпечує розроблення та виконання
протягом періоду експлуатації полігона програми моніторингу полігона.
Порядок розроблення програми моніторингу полігона та вимоги до неї
затверджуються центральним органом виконавчої влади, що забезпечує
формування державної політики у сфері охорони навколишнього природного
середовища.
5. Власник (балансоутримувач) полігона або суб’єкт господарювання,
що здійснює управління полігоном, забезпечує проведення рекультивації
полігона після припинення його експлуатації, а також догляд за ним після його
рекультивації протягом 30 років. Догляд за полігоном після припинення його
експлуатації включає дії, пов’язані з утриманням полігона після припинення

його експлуатації, із здійсненням контролю і моніторингу параметрів
навколишнього природного середовища, з усуненням можливих негативних
впливів полігона на здоров’я людей та навколишнє природне середовище.
6. При формуванні тарифу на захоронення відходів до його складу
включається повний перелік матеріально-технічних, експлуатаційних та
адміністративних витрат, а також фінансова гарантія, що включає витрати на
припинення експлуатації, рекультивацію та догляд за полігоном після
припинення його експлуатації.
Порядок розрахунку (встановлення) та використання фінансової гарантії
встановлюється законом.
7. З метою забезпечення зменшення захоронення біовідходів
центральний орган виконавчої влади, що реалізує державну політику у сфері
управління відходами, розробляє Національну програму зменшення
захоронення біовідходів, що затверджується Кабінетом Міністрів України.
Національна програма зменшення захоронення біовідходів може бути
складовою Національного плану управління відходами.

5.2 Небезпечні відходи

Загальні вимоги до управління небезпечними відходами.
1. Утворення, збирання, перевезення та оброблення небезпечних
відходів здійснюються у спосіб, що є безпечним для здоров’я людини та
навколишнього природного середовища. Під час здійснення будь-якої операції
з управління небезпечними відходами забезпечуються заходи обліку, звітності
та контролю відповідно до законодавства.
2. Утворювачі та власники небезпечних відходів, крім небезпечних
відходів у складі побутових відходів, зобов’язані:
1) зберігати небезпечні відходи окремо від інших видів відходів у спосіб,
що не становить загрози для здоров’я людини та навколишнього природного
середовища;

2) забезпечувати збирання, перевезення, оброблення відходів
самостійно, за наявності дозволу на здійснення операцій з оброблення відходів
та ліцензії на здійснення господарської діяльності з управління небезпечними
відходами, або шляхом укладення договору з суб’єктом господарювання у
сфері управління відходами;
3) не допускати передачі небезпечних відходів суб’єктам
господарювання, які не мають дозволу на здійснення операцій з оброблення
відходів та ліцензії на здійснення господарської діяльності з управління
небезпечними відходами.
3. Суб’єкт господарювання у сфері управління відходами для
провадження господарської діяльності з управління небезпечними відходами
зобов’язаний:
1) мати дозвіл на здійснення операцій з оброблення відходів та ліцензію
на здійснення господарської діяльності з управління небезпечними відходами;
2) провадити діяльність на об’єктах оброблення відходів, які
відповідають вимогам законодавства. Види відходів, що підлягають
обробленню на таких об’єктах, повинні відповідати дозволу на здійснення
операцій з оброблення відходів.
4. З метою забезпечення оброблення небезпечних відходів у складі
побутових відходів відповідно до вимог цього Закону та уникнення
забруднення інших видів побутових відходів органи місцевого самоврядування
та організації розширеної відповідальності виробників забезпечують
встановлення окремих контейнерів, призначених для небезпечних відходів.
Маркування та перевезення небезпечних відходів
1. Небезпечні відходи під час їх збирання та перевезення повинні бути
упаковані, промарковані, мати необхідні супровідні документи відповідно до
вимог законодавства.
Перевезення та маркування небезпечних відходів здійснюються
відповідно до Закону України "Про перевезення небезпечних вантажів" та
інших актів законодавства щодо перевезення небезпечних вантажів.

2. Маркування зібраних небезпечних відходів у складі побутових
відходів здійснюється суб’єктом господарювання у сфері управління
відходами після їх збирання.
Змішування небезпечних відходів
1. Утворювачам та власникам небезпечних відходів, суб’єктам
господарювання у сфері управління відходами забороняється змішувати:
1) різні види небезпечних відходів або небезпечні відходи з відходами,
що не є небезпечними;
2) небезпечні відходи, що можуть бути відновлені, з відходами, що не
можуть бути відновлені.
2. Зміна класу небезпечних відходів не повинна досягатися шляхом
розбавлення або змішування відходів для зниження початкової концентрації
небезпечних речовин до рівня, що є нижчим за порогові значення для визнання
відходів небезпечними.
3. Суб’єктам господарювання у сфері управління відходами
дозволяється змішування небезпечних відходів з дотриманням таких умов:
1) безпечного здійснення операцій із збирання, перевезення, зберігання,
відновлення чи видалення відходів;
2) відсутність загрози здоров’ю людини та навколишньому природному
середовищу;
3) відповідність найкращим доступним технологіям та методам
управління відходами.
4. Якщо небезпечні відходи були змішані з іншими видами небезпечних
відходів або іншими відходами, речовинами чи матеріалами, утворювач,
власник відходів або суб’єкт господарювання у сфері управління відходами
зобов’язані розділити змішані відходи якщо це технічно можливо і не призведе
до заподіяння шкоди здоров’ю людини або навколишньому природному
середовищу.

5.3 Побутові відходи

Загальні вимоги до управління побутовими відходами
1. Органи місцевого самоврядування забезпечують управління
побутовими відходами згідно з правилами благоустрою населеного пункту,
регіональними та місцевими планами управління відходами та забезпечують
кожному утворювачу побутових відходів надання послуги з управління
побутовими відходами.
2. Організація роздільного збирання побутових відходів здійснюється
виконавчими органами органів місцевого самоврядування згідно з методикою
роздільного збирання побутових відходів, яка затверджується центральним
органом виконавчої влади, що забезпечує формування державної політики у
сфері житлово-комунального господарства.
3. Великогабаритні, ремонтні, небезпечні відходи, відходи зелених
насаджень збираються окремо від інших побутових відходів.
4. Під час проектування житлових та нежитлових будинків
передбачаються будівництво та облаштування контейнерних майданчиків для
роздільного збирання побутових відходів, урн для збирання побутових
відходів.
Житлові масиви і внутрішньодворові території, дороги загального
користування, зупинки громадського транспорту та інші об’єкти благоустрою
населених пунктів, а також місця проведення масових заходів обладнуються
контейнерними майданчиками для роздільного збирання побутових відходів,
урнами для збирання побутових відходів.
5. Територіальні громади на засадах співробітництва можуть спільно
фінансувати будівництво, реконструкцію та/або утримання об’єктів
оброблення побутових відходів, реалізовувати спільні проекти, спільно
фінансувати (утримувати) підприємства, установи та організації комунальної
форми власності, утворювати спільні комунальні підприємства, установи та
організації, спільний орган управління.

Порядок організації співробітництва територіальних громад
визначається Законом України "Про співробітництво територіальних громад".
6. Проектування, будівництво, реконструкція та обслуговування об’єктів
оброблення побутових відходів може здійснюватися органами місцевого
самоврядування на засадах державно-приватного партнерства відповідно
до Закону України "Про державно-приватне партнерство".
Права та обов’язки утворювачів побутових відходів
1. Утворювачі побутових відходів мають право:
1) одержувати у встановленому порядку повну та достовірну інформацію
про безпечність об’єктів оброблення побутових відходів;
2) самостійно шляхом компостування обробляти біовідходи на
присадибних, дачних і садових ділянках згідно з правилами, встановленими
центральним органом виконавчої влади, що забезпечує формування державної
політики у сфері житлово-комунального господарства.
2. Утворювачі побутових відходів зобов’язані:
1) укладати договори з виконавцем послуги з управління побутовими
відходами та вносити у встановленому порядку плату за послугу з управління
побутовими відходами;
2) забезпечувати передачу побутових відходів до системи управління
побутовими відходами, а побутові відходи, на які поширюється розширена
відповідальність виробника, - до системи приймання або роздільного
збирання, створеної організаціями розширеної відповідальності виробників;
3) забезпечувати у встановленому порядку роздільне збирання відходів
за наявності об’єкта оброблення відходів.
3. Утворювачі побутових відходів мають права та обов’язки споживачів
житлово-комунальних послуг, передбачені Законом України "Про житлово-
комунальні послуги".

Адміністратор послуги з управління побутовими відходами
1. У територіальних громадах з чисельністю населення понад 500 тисяч
осіб рішенням міської, сільської, селищної ради визначається адміністратор
послуги з управління побутовими відходами.
В інших територіальних громадах адміністратор послуги з управління
побутовими відходами визначається рішенням міської, сільської, селищної
ради.
2. Адміністратором послуги з управління побутовими відходами
визначається виключно комунальне підприємство.
3. У рамках співробітництва територіальних громад органи місцевого
самоврядування можуть прийняти рішення про визначення єдиного
адміністратора послуги з управління побутовими відходами для декількох
територіальних громад.
4. Адміністратор послуги з управління побутовими відходами не може
здійснювати іншу діяльність, крім діяльності, пов’язаної з адмініструванням
послуги з управління побутовими відходами.
Адміністратор послуги з управління побутовими відходами:
1) забезпечує функціонування муніципальної системи управління
побутовими відходами;
2) укладає за дорученням органу місцевого самоврядування договори із
суб’єктами господарювання на виконання окремих операцій з управління
побутовими відходами;
3) укладає договори із споживачами про надання послуги з управління
побутовими відходами;
4) створює єдину інформаційну базу споживачів для здійснення
нарахувань за надану послугу з управління побутовими відходами, обліку
стану оплати та заборгованості;
5) проводить претензійно-позовну роботу з боржниками та інформаційні
заходи щодо дотримання споживачами вимог нормативних документів у сфері
управління побутовими відходами;

6) проводить розрахунок середньозваженого тарифу і подає його у
встановленому порядку до органу місцевого самоврядування.
Послуга з управління побутовими відходами
1. Послуга з управління побутовими відходами є комунальною послугою
і надається відповідно до законодавства про житлово-комунальні послуги
та правил, встановлених Кабінетом Міністрів України, з урахуванням
регіональних та місцевих планів управління відходами та правил благоустрою
населеного пункту.
2. До складу послуги з управління побутовими відходами входять
операції із збирання, перевезення, відновлення та видалення побутових
відходів.
3. Суб’єкти господарювання, які здійснюють збирання та перевезення
побутових відходів, визначаються органами місцевого самоврядування на
конкурсних засадах у порядку, встановленому Кабінетом Міністрів України.
Виконавчий орган місцевої ради на конкурсних засадах може визначити
декількох суб’єктів господарювання, які здійснюють господарську діяльність
із збирання та перевезення побутових відходів, на території територіальної
громади за територіальним принципом та/або за видами побутових відходів
(змішані, великогабаритні, ремонтні, небезпечні).
4. Суб’єкти господарювання, які здійснюють відновлення та видалення
побутових відходів, визначаються органами місцевого самоврядування
відповідно до регіонального та місцевих планів управління відходами
у порядку, встановленому Кабінетом Міністрів України.
5. Виконавцем послуги з управління побутовими відходами є суб’єкт
господарювання, який здійснює збирання та перевезення побутових відходів у
встановленому законодавством порядку, або адміністратор послуги з
управління побутовими відходами.
6. Виконавець послуги з управління побутовими відходами укладає
договори з суб’єктами господарювання, які здійснюють відновлення та
видалення побутових відходів. Якщо виконавцем послуги з управління

побутовими відходами є адміністратор, він також укладає договори з
суб’єктами господарювання, які здійснюють збирання та перевезення
побутових відходів.
7. Виконавець послуги з управління побутовими відходами укладає
договори із споживачами послуги.
8. Норми надання послуги з управління побутовими відходами
визначаються органом місцевого самоврядування відповідно до правил, що
затверджуються центральним органом виконавчої влади, що забезпечує
формування державної політики у сфері житлово-комунального господарства.
Пункти роздільного збирання побутових відходів
1. Органи місцевого самоврядування можуть створювати пункти
роздільного збирання побутових відходів. Кількість, розташування, а також
спосіб організації діяльності пунктів роздільного збирання побутових відходів
та джерела фінансування витрат на здійснення роздільного збирання
побутових відходів у пунктах роздільного збирання побутових відходів у
межах територіальної громади визначаються місцевим планом управління
відходами.
Збирання окремих видів відходів може здійснюватися мобільними
пунктами збирання (оснащеними транспортними засобами).
2. У пунктах роздільного збирання побутових відходів здійснюється
роздільне збирання відходів текстилю, деревини, великогабаритних та
ремонтних відходів, відходів зелених насаджень, небезпечних відходів у складі
побутових відходів, відходів паперу, картону, металу, пластику, скла,
електронного та електричного обладнання, батарей та акумуляторів, інших
видів відходів.
3. У разі запровадження розширеної відповідальності виробника щодо
певного виду продукції збирання (приймання) відходів такої продукції у
пунктах роздільного збирання побутових відходів здійснюється на підставі
договорів з організаціями розширеної відповідальності виробника та за
рахунок таких організацій.

4. Витрати на здійснення роздільного збирання побутових відходів у
пунктах роздільного збирання побутових відходів можуть відшкодовуватися за
рахунок таких джерел:
1) тарифу на послугу з управління побутовими відходами;
2) плати, що вноситься утворювачем відходів;
3) коштів місцевого бюджету;
4) коштів організацій розширеної відповідальності виробника;
5) інших не заборонених законом джерел.
У разі покриття витрат на здійснення роздільного збирання побутових
відходів з декількох джерел частка витрат, що покривається за рахунок одного
джерела, має бути пропорційною до частки обсягу виду відходів, збирання
якого покривається за рахунок такого джерела.
Забороняється відшкодування витрат на здійснення роздільного
збирання одного виду побутових відходів з різних джерел.
Управління пунктами роздільного збирання побутових відходів,
включаючи їх утримання та обслуговування, здійснюється з урахуванням
обраного способу організації діяльності таких пунктів, зокрема способу
покриття витрат на роздільне збирання певних видів відходів.
У разі якщо витрати на роздільне збирання побутових відходів хоча б
одного виду покриваються за рахунок тарифу на послугу з управління
побутовими відходами, управління пунктами роздільного збирання побутових
відходів, включаючи їх утримання та обслуговування, здійснюється суб’єктом
господарювання, що здійснює господарську діяльність із збирання та
перевезення побутових відходів на території територіальної громади.
В інших випадках суб’єкт господарювання, що здійснює управління
пунктами роздільного збирання побутових відходів, визначається виконавчим
органом місцевої ради.

Цільові показники з управління побутовими відходами
1. Органи місцевого самоврядування забезпечують виконання цільових
показників щодо підготовки до повторного використання та рециклінгу
побутових відходів.
Встановлюються такі цільові показники щодо підготовки до повторного
використання та рециклінгу побутових відходів:
1) до 2025 року - не менше 10 % їх маси;
2) до 2030 року - не менше 20 % їх маси;
3) до 2035 року - не менше 25 % їх маси;
4) до 2040 року - не менше 35 % їх маси.
2. Методика розрахунку цільових показників щодо підготовки до
повторного використання та рециклінгу побутових відходів, порядок та форми
подання звітності щодо їх виконання встановлюються центральним органом
виконавчої влади, що забезпечує формування державної політики у сфері
житлово-комунального господарства.
Дозвіл на здійснення операцій з оброблення відходів
1. Видача, відмова у видачі, припинення дії дозволу на здійснення
операцій з оброблення відходів здійснюються відповідно до законів
України "Про дозвільну систему у сфері господарської діяльності" та "Про
адміністративні послуги" з урахуванням особливостей, визначених цим
Законом.
Порядок видачі, відмови у видачі, припинення дії дозволу на здійснення
операцій з оброблення відходів затверджується Кабінетом Міністрів України.
2. Для отримання дозволу на здійснення операцій з оброблення відходів
суб’єкт господарювання подає до центрального органу виконавчої влади, що
реалізує державну політику у сфері управління відходами, заяву про
отримання дозволу, до якої додаються документи та відомості, передбачені
цією статтею.
3. Подання суб’єктом господарювання заяви про отримання (припинення
дії) дозволу на здійснення операцій з оброблення відходів здійснюється в

письмовій або в електронній формі через Єдиний державний вебпортал
електронних послуг, у тому числі через інтегровані з ним інформаційні
системи державних органів та органів місцевого самоврядування,
інформаційну систему управління відходами, а видача, відмова у видачі,
припинення дії дозволу здійснюється виключно в електронній формі.
4. До заяви про отримання дозволу на здійснення операцій з оброблення
відходів для об’єктів, які здійснюють такі операції, додаються:
1) відомості про назву та код відходів згідно з Національним переліком
відходів, відомості про їх склад та властивості, обсяги, для яких
передбачається здійснення операції з оброблення;
2) відомості про наявність матеріально-технічної бази для здійснення
операцій з оброблення відходів та код здійснення планованої операції
відповідно до додатка 1 або 2 цього Закону;
3) відомості про питомі та граничні показники утворення відходів у
технологічних процесах;
4) відомості про перелік та опис технологічних процесів, що
застосовуються для здійснення операцій з оброблення відходів;
5) копія розпорядчого документа про призначення відповідальних осіб у
сфері управління відходами;
6) відомості про наявність висновку з оцінки впливу на довкілля - у
випадках, передбачених Законом України "Про оцінку впливу на довкілля".
5. Для операцій захоронення відходів на полігоні додатково до переліку
документів, визначених частиною четвертою цієї статті, подаються:
1) опис гідрологічних і гідротехнічних характеристик місця
розташування;
2) відомості про проектний обсяг видалення відходів та розрахунковий
строк експлуатації;
3) відомості про природно-геологічні характеристики, відомості про
техніко-технологічні характеристики видалення відходів;

4) проект рекультивації, опис заходів і технологій, які будуть застосовані
для припинення експлуатації та догляду за полігоном після припинення його
експлуатації.
6. Для об’єкта, на якому планується здійснення операції з термічного
оброблення відходів, додатково до переліку документів, визначених частиною
четвертою цієї статті, подається також план моніторингу такого об’єкта.
7. Форми заяви та інших документів, що додаються до заяви про видачу
дозволу на здійснення операцій з оброблення відходів, визначаються порядком
видачі (відмови у видачі, припинення дії) дозволу на здійснення операцій з
оброблення відходів, що затверджується Кабінетом Міністрів України.
8. Видача дозволу на здійснення операцій з оброблення відходів та
надання відмови у видачі здійснюються безоплатно протягом 30 календарних
днів з дня одержання центральним органом виконавчої влади, що реалізує
державну політику у сфері управління відходами, заяви та відомостей і
документів, передбачених цим Законом.
9. Дозвіл на здійснення операцій з оброблення відходів є безстроковим,
крім дозволу на захоронення відходів, який видається на розрахунковий строк
експлуатації полігона.
Суб’єктам господарювання одночасно з видачею дозволу на здійснення
операцій з оброблення відходів присвоюється реєстраційний номер, відповідні
дані вносяться до Реєстру суб’єктів господарювання у сфері оброблення
відходів, який є складовою інформаційної системи управління відходами.
10. Підставами для прийняття рішення про відмову у видачі дозволу на
здійснення операцій з оброблення відходів є:
1) подання заявником неповного пакета відомостей і документів, за
умови що суб’єкту господарювання було надано можливість усунути недоліки
заяви і додати необхідні документи та відомості;
2) виявлення в заяві та відомостях і документах, що додаються до неї,
недостовірної інформації, за умови що суб’єкту господарювання було надано
можливість усунути недоліки заяви і додати необхідні документи та відомості;

3) відсутність висновку з оцінки впливу на довкілля про допустимість
планованої діяльності;
4) відсутність або невідповідність матеріально-технічної бази заявленим
видам та обсягам оброблення відходів;
5) недопущення суб’єктом господарювання представників
уповноваженого органу до об’єкта оброблення відходів з метою здійснення
ними заходів державного нагляду (контролю) у сфері охорони навколишнього
природного середовища.
Підставою для прийняття рішення про відмову у видачі дозволу на
здійснення операцій з оброблення відходів також є невідповідність об’єкта та
операцій, що плануються проводитися, Національному плану управління
відходами, регіональним планам управління відходами, вимогам цього Закону.
У разі усунення заявником причин, що стали підставою для відмови у
видачі дозволу на здійснення операцій з оброблення відходів, повторний
розгляд документів здійснюється у строк, що не перевищує 15 робочих днів з
дня отримання відповідної заяви та необхідних документів.
11. Підставою для прийняття рішення про припинення дії дозволу на
здійснення операцій з оброблення відходів, крім випадків,
передбачених Законом України "Про дозвільну систему у сфері господарської
діяльності", є:
1) встановлення факту надання в заяві та відомостях і документах, що
додаються до неї, недостовірної інформації;
2) недотримання показників і умов дозволу;
3) невиконання суб’єктом господарювання припису про усунення
порушень вимог законодавства у встановлений строк;
4) неподання протягом двох і більше кварталів звітів про виконання
показників та умов, передбачених дозволом.
12. Суб’єкт господарювання, який отримав дозвіл на здійснення
операцій з оброблення відходів, зобов’язаний:
1) виконувати умови дозволу;

2) повідомляти дозвільний орган через інформаційну систему
управління відходами про факти порушення технологічної дисципліни,
виникнення аварії, надзвичайної ситуації, що може призвести або призвела до
загрози життю та здоров’ю людей, забруднення навколишнього природного
середовища - протягом однієї доби з моменту виникнення;
3) щокварталу подавати до дозвільного органу через інформаційну
систему управління відходами інформацію про виконання показників і умов
дозволу. Порядок та форма подання такої інформації затверджуються
центральним органом виконавчої влади, що забезпечує формування державної
політики у сфері охорони навколишнього природного середовища;
4) здійснювати моніторинг об’єкта оброблення відходів у порядку,
затвердженому Кабінетом Міністрів України.
13. Дозвільний орган отримує необхідні документи або інформацію без
участі суб’єкта звернення на підставі поданих у заяві відомостей, у тому числі
шляхом доступу до інформаційних систем або баз даних інших суб’єктів
надання адміністративних послуг, підприємств, установ та організацій, що
належать до сфери їх управління, або через систему електронної взаємодії
державних електронних інформаційних ресурсів.
Декларація про відходи
1. Власники відходів, діяльність яких призводить до утворення
небезпечних відходів, або власники відходів, що не є небезпечними, річний
обсяг утворення яких перевищує 50 тонн, один раз на рік подають декларацію
про відходи.
2. Порядок подання декларації про відходи та її форма затверджуються
Кабінетом Міністрів України.
3. Подання декларації про відходи здійснюється в електронному вигляді
через Єдиний державний вебпортал електронних послуг, у тому числі через
інтегровані з ним інформаційні системи державних органів та органів
місцевого самоврядування, інформаційну систему управління відходами.

Порушення законодавства у сфері управління відходами.
1. Особи, винні за порушення у сфері управління відходами, несуть
відповідно до закону дисциплінарну, адміністративну, адміністративно-
господарську, цивільну чи кримінальну відповідальність за:
1) здійснення операцій у сфері управління відходами без відповідного
дозволу на здійснення таких операцій або недотримання умов дозволу;
2) порушення встановленого порядку подання декларації про відходи або
неподання такої декларації;
3) порушення правил ведення обліку утворення відходів та операцій з
управління відходами;
4) порушення строків та/або порядку подання звітності про утворення,
збирання, перевезення та оброблення відходів;
5) порушення вимог щодо передачі відходів суб’єктам господарювання у
сфері управління відходами;
6) порушення встановленого порядку управління відходами, що
призвело до негативного впливу на здоров’я людей, забруднення
навколишнього природного середовища та завдало економічних збитків;
7) порушення встановлених правил і режиму експлуатації установок та
виробництв з оброблення відходів, полігонів для захоронення відходів;
8) порушення порядку ввезення в Україну, вивезення і транзиту відходів
через територію України;
9) невиконання розпоряджень органів, що здійснюють державний
контроль і нагляд за операціями з управління відходами та за місцями їх
збирання та оброблення;
10) приховування, викривлення або відмову від надання повної та
достовірної інформації за запитами посадових осіб і зверненнями щодо
безпечності утворення відходів та управління ними, у тому числі про аварійні
скиди відходів та їх наслідки;
11) несплату або несвоєчасну сплату екологічного податку за розміщення
відходів;

12) невиконання цільових показників щодо підготовки відходів до
повторного використання, рециклінгу, іншого матеріального відновлення,
включаючи зворотне заповнення.
2. Законом може бути встановлено відповідальність також за інші
порушення у сфері управління відходами.

ВИСНОВКИ

1. Визначено залежності, що відображають вплив швидкості нагріву
(5, 10 і 15°С/хв) суміші ТКВ середнього морфологічного складу в умовах
окисного піролізу, що протікає при 1% вмісті кисню в атмосфері, на склад та
питомий вихід газів, максимальну швидкість зменшення маси, температуру
піків тепловиділення та величини теплових ефектів реакцій.
2. Розроблено математичну модель теплообміну в шарі попередньо
підготовлених ТКВ, що дозволяє розрахувати температурне поле та час
деструкції шару залежно від його товщини.
3. Запропоновано нову конструкцію піролізної печі для утилізації
попередньо підготовлених ТКВ з отриманням газоподібного палива та
запропоновано раціональні режими її роботи.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Зигун А.Ю. Використання світового досвіду системи управління
відходами. 2011. URL: http://ena.lp.edu.ua:8080/bitstream/ntb/10368/1/24.pdf.
2. Відходи // Матеріал з Вікіпедії – вільної енциклопедії. URL:
https://uk.wikipedia.org/wiki/Відходи.
3. Діхтяр А.В. Досвід зарубіжних країн у сфері управління відходами.
Молодий вчений. № 9 (61). 2018 р. с. 131 - 134.
4. Навроцький Р.Л. Досвід країн Європейського Союзу в сфері
безпечного поводження з твердими побутовими відходами. Економіка та
суспільство. 2016. № 7. С. 621 – 625.
5. Попова Ю.М., Свистун Л.А., Панасенко Д.І. Публічне управління
твердими побутовими відходами: іноземний досвід. Modern Economics, №15.
2019.
6. Тверді побутові відходи. URL: https://ecological.investments/tverdi-
pobutovi-vidxodi.html.
7. Мальований А. На порозі сміттєвого колапсу. 2021. URL:
https://ua.interfax.com.ua/news/blog/715801.html.
8. Перспективні світові наукові та технологічні напрями досліджень
у сфері «Відходи»: монографія [Електронний ресурс] / Т. Кваша, О.
Паладченко, І. Молчанова. – К. : УкрІНТЕІ, 2020. – 103 с. DOI: 10.35668/978-
966-479-113-4.
9. Абдулін М., Сірий О., Назарова І. Вітчизняні енергоефективні
технології – запорука енергетичної безпеки держави. Актуальні задачі
сучасних технологій: Матеріали ІІІ Міжнар. науково-техн. конф. молодих уч.
та студентів, м. Тернопіль, 19 листоп. 2014 р. С. 231–232.
10. Municipal waste management across European countries
[Електронний ресурс] / European Environment Agency (EEA). – URL:

https://www.eea.europa.eu/themes/waste/waste-management/municipal-waste-
management-across-eu-ropean-countries.
11. В. І. Саранчук, М. О. Ільяшов, В. В. Ошовський, В. С. Білецький.
Хімія і фізика горючих копалин. – Донецьк: Східний видавничий дім, 2008. –
с. 600. ISBN 978-966-317-024-4.
12. Гориславець С.П., Піроліз вуглеводневої сировини / С.П.
Гориславець, Д.М. Тменов, В.І. Майоров // К.: Наукова думка. – 1977. – 309 с.
13. Варламов Г.Б., Любчик Г.М., Маляренко В.А. Теплоенергетичні
установки та екологічні аспекти виробництва енергії: Підручник. – К.: ІВЦ
“Видавництво «Політехніка»”, 2003. – 232 с.
14. Пат. 23991 Україна, МПК F 23 G 5/00. Установка для утилізації
відходів/ Р.Д. Іскович-Лотоцький,П. В. Повстенюк, М. І. Шматалюк, О. М.
Данилюк - № u 200702015; заявл. 26. 02. 2007; опубл. 11. 06. 2007, Бюл. №8.
15. Пат. 32098 Україна, МПК F 23 G 5/00. Установка для утилізації
відходів/ Р.Д. Іскович-Лотоцький, В. І. Повстенюк, М. І. Шматалюк, О. М.
Данилюк - № u 200711073; заявл. 08. 10. 2007; опубл. 12. 05. 2008, Бюл. №9
16. Gorinov, O.I. A way and installation of utilization of municipal solid
waste by thermal processing methods with production of gaseous fuel / O.I. Gorinov,
O.B. Kolibaba, D.A. Dolinin, E.S. Semin, O.V. Samyshina, R.N. Gabitov// Euro-
Eco-2012 -Hannover: 2012. – P.56 – 57.
17. Waste Management. – Текст: електронний // Pyrocal PTY LTD:
[сайт]. – 2020. – URL: https://www.pyrocal.com.au/waste-management.
18. Bridgewater A.V., Peacocke G.V. Status of fast pyrolysis for biomass //
Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2000. – № 4. – P. 1.
19. Basu, P. Biomass Gasification and Pyrolysis: practical design and
theory / P. Basu // Academic Press, 30 Corporate drive, Burlington, USA. – 2010. –
365 p.
20. Chang P.W., Preston G.T. (1981) The Occidental Flash Pyrolysis
Process. In: Sofer S.S., Zaborsky O.R. (eds) Biomass Conversion Processes for
Energy and Fuels. Springer, Boston, MA.

21. CFD-моделювання процесів теплообміну і гідродинаміки засобами
програмного комплексу : монографія / О. В. Баранюк, М. В. Воробйов, А. Ю.
Рачинський. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, Вид-во «Політехніка», 2023. –
164 с.
22. Губинский, М.В. Дослідження процесу термоокислювального
піролізу в щільному прошарку [Текст] / М.В.Губинский, Є.В.Кремнева,
Г.Л.Шевченко, Ю.В.Шишко // Металургічна теплотехніка. Збірник праць
національної металургійної академії України. – Дніпропетровськ: Пороги. –
2007. – С.283 – 291.
23. Ткаченко, В.М. Математичне моделювання, ідентифікація та
управління технологічними процесами теплової обробки матеріалів[Текст] /
В.М. Ткаченко. – Київ: Наукова думка. – 2008. – 244 с
24. Білуха М.Т. Методологія наукових досліджень: Підручник. – К.:
АБУ, 2002. – 480 с.
25. Шейко В.М., Кушнаренко Н.М. Організація та методика науково-
дослідницької діяльності: Підручник. – 2-ге вид., перероб. і доп. – К.: Знання-
Прес, 2002. – 295 с.
26. Кремньова, О.В. Дослідження процесу піролізу біомаси в
щільному прошарку з врахуванням вторинної реакції розкладання смоли
[Текст] / О.В. Кремньова // Технічна теплофізика та промислова
теплоенергетика. – 2011. – Вып.3. С.142 – 154.
27. Коздоба, Л.А. Методи вирішення обернених задач теплопереносу /
Л.А. Коздоба, П.Г. Круковський // Київ: Наукова думка. – 1982. – 360 с.
28. ГКД 34.02.305-2002. Викиди забруднювальних речовин в
атмосферу від енергетичних установок. Методика визначення. Київ, 2002.
29. Константінов С.М. Теплообмін: Підручник.- К.: ВПІ ВПК
„Політехніка”, 2015.- 304с.
30. Kolibaba, O.B. Technique of determining the effective temperature con-
ductivity coefficient of organic raw material porous layer / O.B. Kolibaba, R.N. Ga-

bitov, D.A. Dolinin, V.V. Buchmirov // IOP Conference Series: Earth and Environ-
mental Science. – 2019. – №337. – P.1–5. DOI:10.1088/1755-1315/337/1/012041.
31. Гелетуха Г.Г., Жовмір М.М., Желєзна Т.А., Зубенко В.І.
Експериментальне дослідження швидкого піролізу біомаси в абляційному
шнековому реакторі.// Промислова теплотехніка. – 2013. – Т.35, №1, С.87 – 92.
32. Даковскі М., Вянцковскі С.-К. Про енергетику для споживачів та
скептиків. – Львів: ЕКОінформ, 2007. – 212 с.
33. Нетрадиційні та поновлювальні джерела енергії: Навчальний
посібник О.І.Соловей, Ю.Г. Лега, В.П. Розен, О.О. Ситник, А.В. Чернявський,
Г.В. Курбака; За заг. ред. О.І. Солов’я. – Черкаси: ЧДТУ, 2007.
34. Енергетичні ресурси та потоки За заг. ред. А.К. Шидловського. –
К.: Українські енциклопедичні знання, 2003. – 472 с.
35. Гусарєв Б.І. Енергія і людина.– К.: Рад.шк., 1988. – 192 с.
36. Про затвердження переліку найбільш поширених і небезпечних
забруднюючих речовин, викиди яких в атмосферне повітря підлягають
регулюванню : Постанова Кабінету Міністрів України від 29.11.2001 р. №1598.
URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/1598-2001-%D0%BF#Text.
37. Bridgwater A.V. The Status of Fast Pyrolysis of Biomass in Europe //
Proc. of the 10th Europ. Bioenergy Conf., Wurzburg, Germany, 8-11 June, 1998,
CARMEN, – 1998. – P. 268-271.
38. Lédé J. Biomass fast pyrolysis reactors: a review of a few scientific
challenges and of recommended research topics // Oil Gas Sci. Technol.–Rev. IFP
Energies Nov. 68 (5) – 2013.- P. 801–814.
39. Lédé J., Diebold J.P., Peacocke G.V.C., Piskorz J. The nature and
properties of intermediate and unvaporized biomass pyrolysis materials, in: A.V.
Bridgwater, et al. (Eds.) // Fast Pyrolysis of Biomass: A Handbook, CPL Press,
Newburry (UK) 1999.
40. Lede J., Panagopoulos J., Li H.Z. and Villermaux J. Fast pyrolysis of
wood: direct measurement and study of ablation rate // Fuel, – 1985. – Vol. 64, Issue
11. – Р. 1514 - 1520.

41. Chiaramonti D., Oasmaa A., Solantausta Y. “Power generation using
fast pyrolysis liquids from biomass” // Renewable and Sustainable Energy Reviews
(http://www.sciencedirect.com), 2005.
42. Bridgwater A.V. Review of fast pyrolysis of biomass and product
upgrading // Biomass Bioenergy 38 (2011), P. 1 - 27.
43. Lede J., Authier O. Temperature and heating rate of solid particles
undergoing a thermal decomposition. Which criteria for characterizing fast
pyrolysis? // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. – 2015. – Vol. 113, P. 1–
14.
44. Mettler M.S., Mushrif S.H., Paulsen A.D., Javadekar A.D., Vlachos
D.G., Dauenhauer P.J. Revealing pyrolysis chemistry for biofuels production:
conversion of cellulose to furans and small oxygenates, Energy Environ. Sci. 5
(2012), P.5414–5424.

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