Приложение B (рекомендуемое). Определение минимальной теплотворной способности упаковки для возможности оптимизации утилизации упаковки в энергетических целях в действующей промышленной системе

Приложение B
(рекомендуемое)

Определение минимальной теплотворной способности упаковки для возможности оптимизации утилизации упаковки в энергетических целях в действующей промышленной системе

Для утилизации в энергетических целях упаковка должна вырабатывать энергию при сжигании в условиях, указанных в приложении A. Приращение тепла определяют для идеального адиабатического случая, в установившихся условиях и при отсутствии потерь. В действующей промышленной системе доступная тепловая энергия неизменно выше теоретического приращения тепла. Несмотря на имеющиеся потери тепла в установке по сжиганию отходов, рекуперация тепла горячих дымовых газов приводит к общей тепловой эффективности 75 %-90 %. В таблице B.1 приведены значения q _net, приращения тепла и доступной тепловой энергии для типовых элементов или материалов упаковки, а также непосредственно для упаковки. Хотя некоторые из приведенных упаковочных материалов не имеют широкого применения, они выбраны для демонстрации диапазона возможностей.

Расход энергии на очистку дымовых газов и обработку остатков составляет лишь несколько процентов от поступающей энергии. Все варианты переработки или удаления (захоронения) отходов требуют энергии для транспортирования и обработки. Это зависит от обстоятельств, но, как правило, значение менее 1 МДж/кг отходов.

Рисунок B.1 - это графическое представление данных таблицы B.1. Приращение энергии строят как функцию q _net для конечных температур различных условий инсинерации. Для каждой конечной температуры среднюю линию вычисляют по методу наименьших квадратов и переносят на q _net = 0. Исходя из такого статистического анализа можно вычислить практическое требуемое значение для утилизации в энергетических целях q _net,min,real, для каждой конечной температуры инсинерации. Сначала вычисляют отрезок q _net при приращении тепла, равном 0, для каждой кривой. Затем получают теоретическое минимальное значение q _{net,min,theor}, применяя 95 %-ный предел достоверности к каждому отрезку q _net. Используя коэффициент запаса прочности, равный 2, обычно используемый при проектировании и конструировании промышленных процессов, для q _{net,min,theor} вычисляют требуемое значение q _net,min,real.

При конечной температуре, например равной 850 °C, экстраполяция показывает, что приращение тепла более 0, когда q _net > 1,9 МДж/кг. Учитывая 95 %-ный уровень достоверности, теоретическое минимальное значение q _{net,min,theor} составляет от 1,3 до 2,5 МДж/кг. Применяя коэффициент запаса, равный 2, требуемое значение q _net,min,real устанавливают при 5 МДж/кг В этом случае приращение тепла составит приблизительно 2 МДж/кг, а расчетная доступная тепловая энергия - 4 МДж/кг или более. Даже с учетом расхода энергии на дополнительные транспортирование и обработку, очистку дымового газа и обработку остатков доступная тепловая энергия превышает энергию, расходуемую на данные операции.

Минимальная теплотворная способность q _net,min,real, основанная на этих расчетах, для различных температур инсинерации, приведена в таблице B.2. Так как температуры инсинерации отличаются в разных странах, q _net,min,real следует установить для заданных условий, приведенных в нормативных документах, регулирующих процесс инсинерации, каждой страны.

Пример 1 - Для стран ЕС q _net,min,real следует установить как 5 МДж/кг, считая конечной температурой инсинерации значение, приведенное в Директиве ЕС (Directive 2000/76/ЕС), т.е. конечная температура T _a равна 850 °C.

Пример 2 - Для Канады q _net,min,real следует установить как 6,8 МДж/кг, считая конечной температурой инсинерации значение, приведенное в отчете CCME-TS/WM-TRE003, т.е. конечная температура T _a равна 1000 °C.

Пример 3 - Для Японии q _net,min,real следует установить как 4,6 МДж/кг, считая конечной температурой инсинерации значение, приведенное в национальном регламенте, т.е. конечная температура T _a равна 800 °C.

Таблица B.1 - Приращение тепла, рассчитанное для температуры окружающей среды 25 °C и различных конечных температур при 6 % O ₂, для диапазона элементов, материалов и упаковки. q _net зависит от материала и может быть определена стандартными методами, например методом калориметрии (ISO 1928:2009). Данные для большинства материалов представлены в литературе (например, в Справочнике по химии и физике)

Примеры соответствует требованию для утилизации в энергетических целях не соответствует требованию для утилизации в энергетических целях	q net, Дж/кг e	H a, МДж/кг, для различных температур инсинерации (T a, °C)				q net - H a, приращение тепла, МДж/кг, для различных температур инсинерации (T a, °C)				Доступная тепловая энергия, МДж/кг f	Зола или твердые остатки, % по массе g
		800	850	900	1000	800	850	900	1000
Целлюлоза	16,1	7,4	7,9	8,4	9,3	8,7	8,2	7,7	6,8	12,1	<0,1
Лигнин	26,0	11,3	12	12,7	14,2	14,7	14,0	13,3	11,8	19,5	<0,1
Крахмал	16,1	7,4	7,9	8,4	9,3	8,7	8,2	7,7	6,8	12,0	<0,1
Инертный материал (керамика, стекло и пр.)	0,0	0,9	1,0	1,1	1,2	-0,9	-1,0	-1,1	-1,2	-	100,0
Карбонат кальция a	-2,0	0,9	1,0	1,1	1,2	-2,9	-3,0	-3,1	-3,2	-	56,0
Вода (как влага)	-2,0	1,9	2,0	2,1	2,4	-3,9	-4,0	-4,1	-4,4	-	0,0
Древесина:
- древесина, сухая	20,0	9,1	9,7	10,3	11,5	10,9	10,3	9,7	8,5	15,0	0,4
- древесина, 20 % влаги	15,6	7,5	8,0	8,5	9,5	8,1	7,6	7,1	6,1	11,7	0,3
- древесина, 30 % влаги	13,3	6,9	7,3	7,7	8,6	6,4	6,0	5,6	4,7	10,0	0,3
- древесина, 50 % влаги	8,8	5,4	5,7	6,0	6,7	3,4	3,1	2,8	2,1	6,6	0,2
Бумага и картон:
- картон (66 % целлюлозы, 23 % лигнина, 11 % инертного покрытия), сухой	16,6	7,6	8,1	8,6	9,6	9,0	8,5	8,0	7,0	12,5	11,0
- картон (66 % целлюлозы, 23 % лигнина, 11 % инертного покрытия), 7 % влаги	15,3	7,1	7,6	8,1	9,0	8,2	7,7	7,2	6,3	11,5	10,0
- картон (85 % целлюлозы, 15 % инертного наполнителя), сухой	13,7	6,4	6,8	7,2	8,0	7,3	6,9	6,5	5,7	10,3	15,0
- картон (85 % целлюлозы, 15 % инертного наполнителя), 7 % влаги	12,6	6,1	6,5	6,9	7,7	6,5	6,1	5,7	4,9	9,5	14,0
- оберточная бумага (80 % целлюлозы, 20 % инертного наполнителя) сухая	12,9	6,1	6,5	6,9	7,7	6,8	6,4	6,0	5,2	9,7	20,0
- оберточная бумага (80 % целлюлозы, 20 % инертного наполнителя, сухого), 3 % влаги	12,4	6,0	6,4	6,8	7,6	6,4	6,0	5,6	4,8	9,4	19,0
- оберточная бумага (60 % целлюлозы, 40 % инертного наполнителя) сухая	9,7	4,8	5,1	5,4	6,0	4,9	4,6	4,3	3,7	7,3	40,0
- оберточная бумага (60 % целлюлозы, 40 % инертного наполнителя, сухого), 3 % влаги	9,3	4,7	5,0	5,3	5,9	4,6	4,3	4,0	3,4	7,0	39,0
- беленая бумага (100 % целлюлозы), 7 % влаги	14,8	6,9	7,4	7,8	8,7	7,9	7,4	7,0	6,1	11,1	<0,1
- крафт-картон с покрытием (80 % целлюлозы, 20 % карбоната кальция), 6 % влаги	11,6	5,9	6,2	6,6	7,4	5,7	5,4	5,0	4,2	8,7	19,0
Полимеры:
- полиэтилен, ПЭ	43,0	19,7	21,0	22,3	24,8	23,3	22,0	20,7	18,2	32,2	<0,1
- полипропилен, ПП	44,0	19,2	20,4	21,6	24,1	24,8	23,6	22,4	19,9	33,0	<0,1
- полистирол, ПС	40,0	17,1	18,2	19,3	21,5	22,9	21,8	20,7	18,5	30,0	<0,1
- поливинилхлорид, ПВХ	17,0	7,5	8,0	8,5	9,5	9,5	9,0	8,5	7,5	12,8	<0,1
- полиэтилентерефталат, ПЭТ	22,0	9,4	10,0	10,6	11,8	12,6	12,0	11,4	10,2	16,5	<0,1
- поликарбонат	29,0	13,2	14,0	14,8	16,5	15,8	15,0	14,2	12,5	22,0	<0,1
Металлы:
- алюминий (горючий) b	31,0	6,0	6,4	6,8	7,6	25,0	24,6	24,2	23,4	23,3	189,0
- алюминий (инертный) c	0,0	0,9	1,0	1,1	1,2	-0,9	-1,0	-1,1	-1,2	-	100,0
- сталь (инертная)	0,0	0,4	0,4	0,4	0,5	-0,4	-0,4	-0,4	-0,5	-	100,0
Пластмасса:
- ПП с 50 % карбонатного наполнителя	21,1	10,1	10,7	11,3	12,6	11,0	10,4	9,8	8,5	15,8	28,0
- ПП с 70 % карбонатного наполнителя	12,0	6,4	6,8	7,2	8,0	5,6	5,2	4,8	4,0	9,0	39,0
- ПС с 2 % TiO 2	39,2	16,8	17,9	19,0	21,2	22,4	21,3	20,2	18,0	29,4	2,0
Ламинированные материалы:
- картон (66 % целлюлозы, 23 % лигнина, 11 % инертного покрытия, сухого) с 7 % влаги, 20 % ПЭ, 5 % Al	21,6	9,6	10,2	10,8	12,1	12,0	11,4	10,8	9,5	16,2	17,0
- 71 % ПЭ, 12 % Al, 17 % ПЭТ	38,0	16,3	17,3	18,3	20,4	21,7	20,6	19,7	17,6	28,5	23,0
- 49 % ПЭ, 22 % Al, 29 % ПЭТ	34,2	13,7	14,6	15,5	17,3	20,5	19,7	18,7	16,9	25,7	42,0
- 23 % ПЭ, 46 % Al, 31 % ПЭТ	31,0	10,2	10,9	11,6	12,9	20,8	20,1	19,4	18,1	23,3	87,0
- пленка ПП с металлизированным слоем 0,7 % Al	43,9	19,1	20,3	21,5	24,0	24,8	23,6	22,4	19,9	32,9	1,0
- пленка ПЭТ со слоем 0,7 % SiO x	21,9	9,3	9,9	10,5	11,7	12,6	11,9	11,4	10,2	16,4	1,0
- 58,1 % Al, 41,9 % ПВХ	25,0	6,6	7,0	7,4	8,3	18,4	18,0	17,6	16,7	19,0	110,0
Упаковка:
- деревянный поддон, 2 % гвоздей, 16 % влажность	16,1	7,9	8,4	8,9	9,9	8,2	7,7	7,2	6,2	11,9	2,0
- деревянный поддон, 4 % гвоздей, 16 % влажность	15,1	7,6	8,1	8,6	9,6	8,2	7,7	7,2	6,2	11,9	4,0
- деревянный ящик, 5 % гвоздей, 16 % влажность	15,6	7,5	8,0	8,5	9,5	8,1	7,6	7,1	6,1	11,7	5,0
- банка для пряностей (81,8 % сталь, 18,2 % ПП) d	8,0	3,8	4,0	4,2	4,7	4,2	4,0	3,8	3,3	6,0	82,0
- стальной баллон аэрозольный (85,2 % сталь, 14,8 % ПП) d	6,5	3,2	3,4	3,6	4,0	3,3	3,1	2,9	2,5	4,9	85,0
- банка для сиропа (89,5 % сталь, 10,5 % ПП) d	4,6	2,3	2,5	2,7	3,0	2,3	2,1	1,9	1,6	3,5	89,0
a При сжигании в ходе эндотермического процесса из карбоната кальция образуется оксид кальция и диоксид углерода. b Тонкую алюминиевую фольгу толщиной не более 50 мкм следует считать утилизируемой согласно разделу 5, примечание 4. c Алюминиевая фольга толщиной свыше 50 мкм не подлежит утилизации в энергетических целях (раздел 5, примечание 4). d Упаковка не соответствует требованию к утилизации в энергетических целях, но органические элементы обеспечивают доступную тепловую энергию (раздел 5, примечание 3). e Значения q net, выделенные жирным шрифтом, указывают на то, что упаковка, материал или элемент соответствуют требованиям раздела 5. f Для условий установки, сжигающей отходы с 25 % теплопотерь. Доступная тепловая энергия равна 0,75·q net. g В соответствии с требованиями ISO 1171.

Рисунок B.1 - Приращение тепла как функция q _net для различных условий инсинерации, для элементов, материалов и упаковки в соответствии с таблицей B.1. Прямую на графике рассчитывают методом наименьших квадратов и экстраполяции к q _net = 0

П р и м е ч а н и е - Три точки выше прямой на графике представляют примеры, содержащие более 40 % алюминия (по массе). С точки зрения термодинамики поведение алюминия отличается от поведения органических материалов, эти данные исключены из расчетов.

Таблица B.2 - Минимальная теплотворная способность q _net,min,real, рассчитанная для температуры окружающей среды 25 °C и различных конечных температур инсинерации при 6 % O ₂

	Температура инсинерации (T a, °C)
	800	850	900	1000
Теоретическая минимальная теплотворная способность q net,min,theor, МДж/кг	1,7	1,9	2,1	2,6
Доверительный интервал, МДж/кг	0,6	0,6	0,7	0,8
Минимальная теплотворная способность q net,min,real, МДж/кг	4,6	5,0	5,6	6,8