ГОСТ Р 55127-2012 Топливо твердое из бытовых отходов. Основные свойства для составления системы классификации

ГОСТ Р 55127-2012
(CEN/TR 15508:2006)

Группа А19

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Топливо твердое из бытовых отходов

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ СИСТЕМЫ КЛАССИФИКАЦИИ

Solid recovered fuel. Key properties for establishing a classification system

ОКС 75.160.10

ОКП 02 5149

Дата введения 2014-07-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным унитарным предприятием "Всероссийский научно-исследовательский центр стандартизации, информации и сертификации сырья, материалов и веществ" (ФГУП "ВНИЦСМВ") на основе собственного аутентичного перевода на русский язык европейского регионального документа, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 179 "Твердое минеральное топливо"

3 УТВЕРЖДЕН и ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 ноября 2012 г. N 911-ст

4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к европейскому региональному документу CEN/TR 15508:2006* "Топливо твердое из бытовых отходов. Основные свойства для составления системы классификации" (CEN/TR 15508:2006 "Key properties on solid recovered fuels to be used for establishing a classification system") путем изменения отдельных фраз, слов, значений показателей, ссылок, которые выделены в тексте курсивом**

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей;

** В бумажном оригинале обозначения и номера стандартов и нормативных документов приводятся обычным шрифтом. - Примечания изготовителя базы данных.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (gost.ru)

Введение

Поиск альтернативных видов топлива энергоемкими отраслями обуславливается возможностью сохранения основных видов топлив и обеспечения таким образом устойчивого развития промышленности и экономики.

Сектор промышленности по обращению с отходами за много лет разработал рациональные пути производства вторичного топлива, например, твердого топлива из бытовых отходов стабильного качества, которое успешно применяется для решения экономических и экологических проблем.

Однако этот путь восстановления топлива не оптимизирован из-за существования ряда нерешенных практических задач:

- трансграничное регулирование и проблемы создания рынка твердого топлива из бытовых отходов;

- неточная классификация твердого топлива из бытовых отходов в перечне отходов;

- нестабильность качества некоторых видов твердого топлива из бытовых отходов;

- отсутствие проверенных данных о влиянии на процессы и установки.

В связи с этим было принято решение о разработке ряда стандартов на твердое топливо из бытовых отходов, произведенное из неопасных отходов, в том числе, стандарты, описывающие систему классификации, классы и характеристики.

Настоящий стандарт описывает технический подход, основанный на изучении процессов, осуществляемых конечными пользователями, которые были определены как (потенциально) заинтересованные, имеющие право на использование твердого топлива из бытовых отходов, имеющие практический опыт производства твердого топлива из бытовых отходов.

Твердое топливо из бытовых отходов может быть использовано только в установках, в которых соблюдаются предельные значения параметров сжигания отходов. Настоящий стандарт разработан для установления характеристик, определяемых в твердом топливе из бытовых отходов, для обеспечения соответствия критериям сжигания отходов и техническим требованиям установок сжигания.

Система классификации, классы и характеристики, которые представлены в этом стандарте, должны быть полезны руководящим органам, конечным пользователям для облегчения понимания, что следует учитывать при рассмотрении твердого топлива из бытовых отходов, и должны повышать положительное общественное восприятие при использовании твердого топлива из бытовых отходов за счет экономии природных ресурсов. Например, около 50% потребления основных видов топлива в цементных печах и большая часть каменного угля и лигнитов для энергетической промышленности могут быть заменены отходами. Потенциал получения твердого топлива из бытовых отходов по состоянию на 2005 г. оценивается более чем в 10 млн т [1], что соответствует снижению выделения более чем на 10 млн т/год.

Следует отметить, что стандартизация касается больших потоков твердого топлива из бытовых отходов. Это не исключает возможности использования альтернативных видов топлива с другими предельными значениями или характеристиками, чем описанные в настоящем стандарте. В этом случае топливо из отходов не будет стандартизовано.

Отбор проб для классов и характеристики: система классификации - это действительная для всех видов пользователей система классов с предельными значениями. Характеристики затрагивают конкретную информацию, касающуюся потенциальных рисков для различных технологий или заводов. Реализация такой системы должна облегчить трансграничные перевозки, выдачу разрешений и контроль для пользователей стандартизованного твердого топлива из бытовых отходов.

Были определены ключевые свойства, которые будут использоваться для установления классификации и системы характеристик для твердого топлива из бытовых отходов (см. таблицу 1). Эти свойства имеют большое значение для одного или нескольких из этих аспектов: экономика (NCV), технология (CI) и выбросы (Нg и Cd). Хлор имеет большое значение из-за коррозионной способности, приводящей к зашлаковыванию и засорению котлов. Считается, что следует рассматривать содержание, как кадмия, так и таллия. Однако концентрация таллия в твердом топливе из бытовых отходов практически равна нулю (см. приложение А), применять концентрацию этого элемента в качестве экологического параметра не имеет смысла.

Таблица 1 - Ключевые комбинации свойств и аспектов

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общую информацию о ключевых свойствах твердого топлива из бытовых отходов, используемых для составления системы классификации.

2 Обзор практических данных

2.1 Требования потребителей

2.1.1 Общие сведения

В настоящее время основной конечный пользователь твердого топлива из бытовых отходов - цементная промышленность. Но и в печи для обжига извести данный тип топлива успешно использовался в течение многих лет. Поскольку технология цементных печей и печей для обжига извести очень похожи, в настоящем стандарте описана в основном только цементная печь. Тем не менее, возрастают потенциальные возможности твердого топлива из бытовых отходов в большем секторе рынка энергетики. Одним из секторов, который может стать существенным потребителем твердого топлива из бытовых отходов, является когенерационная ТЭЦ (централизованное теплоснабжение) [1]. Основные технологии, используемые в цементных печах, - это распыление топлива в угольных электростанциях и FBC (сжигание в кипящем слое). См. также приложение А.

2.1.2 Производство цемента

Цементная промышленность имеет большой опыт использования топлива из отходов. Опасные и неопасные отходы обрабатываются и используются в качестве вторичного топлива или смеси вторичного топлива и сырья. Первоначально замена первичного топлива практиковалось в мокрых процессах, которые имеют более высокие удельные расходы энергии по сравнению с доминирующими сухими процессами производства клинкера. Но использование топлива из отходов, в том числе твердого топлива из бытовых отходов, также растет в сухом процессе. CI может вызвать существенные проблемы в сухом процессе, блокируя подогреватель сгущением летучих хлоридов. Использование так называемого солевого байпаса увеличивает допускаемое значение CI во входном материале. В таблице 2 приведены требования к твердому топливу из бытовых отходов.

Таблица 2 - Характеристики

2.1.3 Угольные электростанции

Опыт энергетических заводов, использующих твердое топливо из бытовых отходов, ограничивается несколькими заводами в Германии и Нидерландах, которые используют его с 2000 г., но все еще в небольших масштабах.

В секторе производства электроэнергии преобладают угольные электростанции пылевидного сжигания. Технологии с его применением отличаются от технологий для бурого угля и антрацита, так как эти угли имеют весьма различные значения теплотворной способности и свойства материала. Антрацитные электростанции, использующие котлы с сухим дном (DBB), имеют меньшую гибкость по отношению к форме и размерам твердого топлива из бытовых отходов, чем система расплавленного шлака в котле с мокрым дном (WBB) с циклонами. В таблице 3 указаны требования к твердому топливу из бытовых отходов.

Таблица 3 - Характеристики

2.1.4 Сжигание в псевдоожиженном слое

Сжигание в псевдоожиженном слое (FBC), т.е. использование для централизованного теплоснабжения, производится в Скандинавии и ТЭЦ с преимущественным использованием биотоплива. Таблица 4 показывает требования к твердому топливу из бытовых отходов. Эти данные основаны на данных конечных пользователей в Швеции, Италии и Германии.

Таблица 4 - Характеристики

2.1.5 Обзор

Таблица 5 - Обзор характеристик (конечных пользователей)

2.2 Ориентировочные значения ртути и кадмия

Выбросы тяжелых металлов являются важной темой на рынке развития твердого топлива из бытовых отходов. Значения, указанные в Приложении Г, являются только ориентировочными. Фактический уровень выбросов определяют исходя из топливной смеси, сырья и специфических факторов завода. Характеристики, предоставляемые потенциальными производителями и пользователями, часто зависят от местных предельных значений. Это не является существенной основой для составления системы классификации. Но при помощи практических данных о факторах передачи (см. приложение Б, справочная информация) и значения WID для некоторых технологий максимальная концентрация в твердом топливе из бытовых отходов может быть рассчитана по формуле, описанной в Приложении В.

Таблица 6 - Обзор рассчитанных ориентировочных значений ртути и кадмия

Значения ртути и кадмия, используемые в технологическом процессе, следует принимать как максимальное среднее (см. также Д.1.3), используя коэффициент переноса, принятый в приведенном выше примере для использования отходов в качестве топлива. Важно, что каждый завод, который планирует использовать вторичное топливо, сначала проводит исследования для определения коэффициента переноса для каждого металла. Результаты показывают существенные различия между используемыми процессами и технологиями. Поэтому из-за различий в коэффициентах переноса выбор технологии сжигания зависит от типа топлива.

3 Обзор качества вторичного твердого топлива из бытовых отходов

Таблицы с 7 по 10 дают обзор состава вторичных видов топлива. Эти данные основаны на анализе топлива, выпускаемого в нескольких странах - членах ЕС. См. также Приложение Е.

Твердое топливо из бытовых отходов, полученное из муниципальных твердых отходов, в целом имеет более низкое значение NCV, чем твердое топливо из бытовых отходов из отдельных коммерческих отходов, которые имеют диапазон, соответствующий NCV из смеси биомассы и пластмасс. Максимальное содержание ртути в твердом топливе из бытовых отходов, полученном из муниципальных твердых отходов, выше. Твердое топливо из бытовых отходов, производящееся для цементных печей, проявляет большой диапазон всех свойств, что указывает на их гибкость.

На вторичные топлива, используемые в цементных печах, часто оказывает влияние замена сырья. Поэтому твердое топливо из бытовых отходов представлено в двух категориях: с низкой зольностью и с высокой зольностью. Твердое топливо из бытовых отходов с высокой зольностью имеет низкое значение содержания NVC. Этот показатель оказывает прямое влияние на значения содержания Нg, включая единицы измерения мг/МДж (см. таблицу 7).

Таблица 7 - Обзор твердого топлива из бытовых отходов с низкой и высокой зольностью

Таблица 8 - Обзор твердого топлива из бытовых отходов, поставляемых из муниципальной сферы

Таблица 9 - Обзор твердого топлива из бытовых отходов, полученных из коммерческих отходов

Таблица 10 - Обзор твердого топлива из бытовых отходов, произведенного для цементных печей

4 Общий обзор систем качества для твердого топлива из бытовых отходов (только для выбранных свойств)

Таблица 11 - Общий обзор национальных стандартов

Таблица 12 - Общий обзор стандартов, адаптированных и существующих в универсальных единицах

5 Классы

5.1 Введение

Классификацию определяют как "группирование твердого топлива из бытовых отходов в классы при помощи определения граничных значений для выбранных характеристик топлива, которые будут использоваться для торговли, а также для информирования органов, выдающих разрешения и других заинтересованных сторон". Первоначально были приняты 7 свойств для характеристики твердого топлива из бытовых отходов: NCV, зольность, содержание влаги, Cl, Hg, Cd + TI, сумма тяжелых металлов. В последствии количество ключевых свойств было сокращено с 7 до 3 (таблица 13). Главным аргументом является сложность классификации по столь большому количеству свойств. Выбранные свойства представляют следующие аспекты: экономическое значение (NVC), технологические ограничения (CI) и воздействие на окружающую среду (Hg).

В итоге была принята структура для характеристики классов ТТБО для каждого из трех выбранных характеристик топлива, отраженная в таблицах 13 и 14.

Таблица 13 - Классы ТТБО

Таблица 14 - Классы твердого топлива из бытовых отходов

5.2 Обсуждение

5.2.1 Единицы измерения

Для NCV и CI предпочтительными являются обычные единицы измерения для классификации. В приложении В сделан вывод о том, что предпочтительной единицей NCV является МДж/кг. На практике для CI единицей может быть w% на рабочее или сухое состояние топлива. Единица измерения w% на сухое состояние топлива была выбрана из практических соображений, так как информация обычно представлена на сухое вещество. Однако в случае Hg единицей измерения выбран мг/МДж, в отличие от обычного мг/кг в связи с сопоставимостью и экологическими аспектами.

5.2.2 Использование средних, медианных и 80-процентильных значений

Статистические распределения данных для NCV, CI и Hg различны.

Для NCV распределение является нормальным. В этом случае используют соответствующее среднее значение (см. также Приложение Е).

Для Сl распределение, как правило, нормальное, но может быть также искажено (см. также Приложение Е). В расчетах для классификации предполагалось нормальное распределение. Поэтому единицы для CI в таблице 14, в % (на сухое состояние топлива) средние вместо % медианы.

В большинстве случаев Нg имеет правое несимметричное распределение (см. Приложение Д). Это влияет на определение средних и максимальных значений. Среднее значение предпочтительно при измерении локализации из-за своей надежности и не зависит от типа распределения. Для тех случаев, когда требуется максимальное значение, предпочтительно 80-процентильное. Сочетание среднего и 80-процентильного значений является подходящим инструментом для оценки подхода по 10 данным, используемым в классификации. Следовательно, высокие значения возможны только как отдельные выбросы, которые не учитываются при расчете выбросов.

5.2.3 Перекрытие классов

Обособленные классы, не имеющие перекрывающихся областей между классами, предпочтительны. В тех случаях, когда установлено максимальное значение класса (Нg), возможно классифицировать топливо в один класс. Однако при установленном минимуме и максимуме класса (как это было предложено для NCV и CI) существуют твердые топлива из бытовых отходов, классификация которых будет различной (см. Приложение Е). В соответствии с подходом, применяемым к Нg, для классификации NCV и CI используют наборы из 10 данных, для которых рассчитывают 95%-й доверительный интервал для среднего значения. Для классификации использовали минимальное (NCV) или максимальное значения (CI) доверительных интервалов (диапазонов).

5.2.4 Границы классов для NCV

На основе свойств твердого топлива из бытовых отходов и требований пользователей были установлены границы по NCV. Для многих целей показатель NCV должен быть в пределах 10 МДж/кг - 15 МДж/кг. Есть также группы с показателями примерно 5 МДж/кг, с одной стороны, и 22 МДж/кг, с другой стороны. Ширина класса для NCV была принята равной 5 МДж/кг. Класс 5 имеет минимум, равный 3 МДж/кг, который относится к расчетам на основе адиабатической температуры пламени и опыта использования твердого топлива из бытовых отходов с высокой зольностью и высоким содержанием воды в цементных печах (см. также Приложение Е). Максимум, установленный на уровне 45 МДж/кг, является реалистичным максимумом для твердого топлива из бытовых отходов. С учетом использования для классификации минимального значения (5.2.3) классы будут такими, как показано в таблице 15.

5.2.5 Границы классов для CI

Значения для CI относятся к свойствам твердого топлива из бытовых отходов и требованиям пользователей. Для многих целей содержание CI должно быть ниже 0,5% или между 0,5% и 1,0%. В котлы можно загружать топливо с содержанием CI до 0,3% без ограничений. Было принято решение о максимуме содержания хлора равном 6%. На практике максимальное значение для твердого топлива из бытовых отходов находится в тех же пределах, что и для АТ3 3,65% (средний + 1,96 на станд. откл.). Максимум (около) 3% представляется более целесообразным для того, чтобы отличить твердое топливо из бытовых отходов от других видов топлива из отходов. Максимум для 1-го класса, указанный в решении рабочей группы, кажется слишком низким, чтобы быть практически применимым для надежной классификации, и позволяет классифицировать лишь некоторые виды твердого топлива из бытовых отходов. Максимум, равный 0,2%, гарантировал бы более стабильную классификацию. То же самое касается максимума класса 2, где было установлено максимальное значение 0,6%. С учетом максимальных значений для классификации (5.2.3) предлагаемые классы будут такими, как показано в таблице 15.

Таблица 15 - Предполагаемые классы по содержанию NCV и Cl

В таблице 16 приведен обзор классификации твердого топлива из бытовых отходов, описанной в приложении Е.

Таблица 16 - Классификация твердого топлива из бытовых отходов для NCV и CI

5.2.6 Границы классов для Нg

Технология основных пользователей твердого топлива из бытовых отходов была исследована относительно наличия тяжелых металлов во входящем и выходящем потоках. Для расчета максимально возможных концентраций могут быть использованы разработанные коэффициенты переноса. Основу для этих расчетов составили предельные значения европейской Директивы сжигания отходов. Максимальное значение ртути варьируется от 0,028 мг/МДж для FBC до 0,33 мг/МДж для цементных печей, что предполагает 100%-ную загрузку печи твердым топливом из бытовых отходов.

Тем не менее, эти максимумы могут быть препятствием для использования топлива, например, когда для цементных печей оно сделано из осадка сточных вод и фильтрованного жмыха.

На практике преобладает топливная смесь, но нет предельно допустимой концентрации по одному из компонентов. Максимальный предел для концентрации ртути в твердом топливе из бытовых отходов связан с максимально допустимым значением для смешанных отходов (от 5 мг/кг и до 10 мг/кг) и минимальным NCV, что дает на практике округленное значение 1 мг/МДж для 80-процентильного значения (см. также Приложение Е).

Для достаточно однородного твердого топлива из бытовых отходов среднее значение содержания ртути оказывается равным около 50% от 80-процентильного значения твердого топлива из бытовых отходов. Это явление было использовано в классификации.

Границы классов были выбраны с учетом свойств твердого топлива из бытовых отходов, с одной стороны, и потребностей пользователей, с другой стороны. Это привело к образованию 5 классов по Hg, указанных в таблице 17. Наивысший класс принят для твердого топлива из бытовых отходов, созданного на основе, например, сточных вод и фильтрованного жмыха (см. также Приложение Е).

Таблица 17 - Предполагаемые классы по ртути

Обзор классификации твердого топлива из бытовых отходов показан в таблице 18. Есть два метода, которые могут быть использованы для классификации. Когда доступны более 10 анализов, может быть применено так называемое правило 50%. В этом случае среднее и 80-процентильное значения анализов должны соответствовать 50% от границ класса. Если доступны более 40 анализов, может быть использован генератор случайных значений (см. Д.1.5), который случайным образом выбирает наборы из 10 анализов из всего набора данных. Если доля отобранных данных составляет 95% от класса, твердое топливо из бытовых отходов соответствует данному классу. Результаты, полученные с помощью генератора случайных чисел, стремятся к тем же или более низким классам, чем результаты, полученные с помощью правила 50%, которое должно приводить к заниженному приближению (отмечены курсивом с затенением). Существует только одно исключение AT 2, которое может быть из-за экстремальных колебаний в смеси, состоящей на входе фракций MSW и ила.

Таблица 18 - Основа классификации ТТБО по содержанию ртути

Окончание таблицы 18

Таблица 18 показывает, что примерно треть результатов классов, полученных генератором случайных анализов, выше, чем при среднем и 80-процентильном значениях полного набора данных (столбец набора данных). Использование только 10 анализов для Hg обуславливает строгую классификацию, поскольку производитель твердого топлива из бытовых отходов, который хочет быть уверенным в достижении границ классов, будет предельно "использовать" 50% от максимума класса (см. рисунок Д.5 приложения Д). Таблица 18 показывает также, что оба метода классификации приводят к заниженным результатам по сравнению с полным набором данных (50%-ное правилогенератор случайныхполный набор данных).

5.2.7 Границы классов для Cd

Для исследования отношений между входящими и исходящими потоками тяжелых металлов основные потребители твердого топлива из бытовых отходов используют процедуры аналогичные процедурам определения Hg. Разработанный коэффициент переноса может быть использован для расчета максимально возможных концентраций. Основу для этого расчета составляют предельные значения Директивы сжигания отходов. Максимум, основанный на 80-процентильных значениях кадмия + таллия, варьируется от 0,25 мг/МДж для WBB до 85 мг/МДж для FBC с оборудованием для очистки дымовых газов активированным углем при условии 100% загрузки твердым топливом из бытовых отходов. Вклад таллия незначителен и не учитывается, см. приложение К.

Рассчитанный максимум для цементных печей равен 6,9 мг/МДж. Этот максимум может являться препятствием для использования в цементных печах, например, топлив, произведенных из некоторых стоков шлама и фильтрата.

На практике преобладает смесь топлива, в которой нет максимально допустимой концентрации одного из компонентов. Кроме того, максимальный предел класса 5 для концентрации Cd аналогичен ртути в твердом топливе из бытовых отходов относительно максимально допустимого значения для смешанных отходов и минимального значения NCV на практике, которое дает приближенное нижнее значение в 30 мг/МДж для 80-процентильного значения (см. также приложение Е).

Средние значения оказываются равными около 50% от 80-процентильных значений для более гомогенизированных твердых топлив из бытовых отходов. Этот факт использован для классификации.

Границы классов были выбраны с учетом свойств твердого топлива из бытовых отходов, с одной стороны, и требований / технических возможностей пользователей, с другой стороны. Это приводит к 5 классам по Cd, что отражено в таблице 19. Наиболее высокий класс предназначен для твердого топлива из бытовых отходов, произведенного из стоков шлама и фильтрата (см. также приложение И).

Таблица 19 - Предлагаемые классы для Cd

Из практических соображений используемые для классификации значения должны основываться, как минимум, на 10 последовательных анализах (включая статистическую значимость). Это число данных минимально для статистической обработки и может быть собрано в разумные сроки.

В таблице 20 представлены результаты классификации, использующие генератор случайных результатов и правило 50%. Это правило оказывается применимым также для кадмия. По аналогии с ртутью рассчитанные классы выше или равны классам, основанным на среднем и 80-процентильном значениях полного набора данных.

Таблица 20 - Классификация твердого топлива из бытовых отходов, основанная на содержании Cd (обозначение: используется для конфиденциальности)

Окончание таблицы 20

5.3 Параметр окружающей среды

Для создания одного общего экологического параметра предложено было объединить классы для Hg и Cd (и TI). Однако добавленные значения оказались ниже, чем в классификации по Hg, или равными Cd практически во всех случаях, как показано в таблице 21. Есть только 2 исключения GE 6 и NL 1 (жирный шрифт). В обоих случаях твердое топливо из бытовых отходов было обозначено классом 2 по Cd и классом 1 по Hg. GE 6 имеет более высокий класс по Cd, чем другие древесные отходы для производства твердого топлива из бытовых отходов N1, SE 1 и SE 2. Причиной аномалии для NL 1 может быть использование базы данных в периоды отклонений и трудности при отборе проб необработанного материала (средний размер частиц 350 мм), который может быть вызван ненормально высокими результатами и повышенным количеством выбросов с высокой концентрацией кадмия. В приложении К высказывается предположение об исключении таллия из классификации из-за незначительной концентрации, которая обычно ниже или близка к пределу обнаружения.

Таблица 21 - Обзор уровней классов по Hg - Cd с применением правила 50%

5.4 Методы классификации

На практике методы классификации должны быть доступны и учитывать ограничения по количеству анализов или времени (по сравнению с полным набором данных или длительным периодом производства), чтобы можно было определить класс твердого топлива из бытовых отходов.

В случае Hg (Cd) может использоваться генератор случайных результатов, который моделирует случайный выбор, т.е. выбор из 10 анализов и, как упоминалось выше, соответствующие инструменты в случае более чем 40 доступных испытаний. Для того, чтобы иметь достаточно надежный инструмент при доступности более 10, но менее 40 анализов, вводится правило 50%.

В случае NCV и CI требуется 10 анализов для расчета среднего значения.

5.5 Рекомендации

a) рекомендованная классификация по NCV и CI показана в таблице 15. Не возможно иметь замкнутые классы с минимальными и максимальными значениями всех параметров. Поэтому для классификации предлагаются минимальные (NCV) и максимальные (CI) значения;

b) экологический параметр может быть охарактеризован Hg на основе фактических данных о твердом топливе из бытовых отходов без учета значений, полученных по Cd и TI, потому что данные по Hg почти во всех случаях выше или равны номеру классификации по сравнению со значениями по Cd для тех же видов твердого топлива из бытовых отходов. TI не влияет на классификацию Cd+TI из-за относительно низкого значения TI;

c) рекомендуемый экологический параметр для классификации по Hg представлен в таблице 17;

d) при более чем 10 результатах измерений Hg (каждый в количестве, указанном в системе классификации) доступная классификация может быть определена путем сравнения этих результатов 50% пределов классов (среднее и 80-процентильное значение). Если доступны более 40 результатов измерений, классификация может быть определена путем сравнения этих результатов с пределами классов (среднее и 80-процентильное значения), использующих генератор случайных результатов и связанных с ними 10 результатов измерений. В обоих случаях должны использоваться все доступные результаты измерений в соответствии со стандартами статистических анализов;

e) соблюдение испытаний должно быть подтверждено выполнением 10 измерений. В случае NCV и CI используют среднее значение, а в случае Hg - медианное и 80-процентильное.

Приложение А
(справочное)

Основные технологии и распределение тяжелых металлов

Схемы потоков, включенные в основные технологии, указаны на рисунках А.1-А.7.

Распределение тяжелых металлов по исходящим потокам зависит от свойств процесса. Решающее влияние на концентрацию тяжелых металлов в необработанных газообразных продуктах горения оказывает температура сжигания. Концентрация тяжелых металлов в очищенных газообразных продуктах горения зависит от установленной системы очистки газов с использованием добавок, таких как активированный уголь, или без них.

Таблица А.1 - Температура сжигания, °С

Условия процесса в цементных и известковых печах приводят к почти полному поглощению тяжелых металлов продуктом (шлак). Исключение составляют летучие элементы Hg и TI, хотя по сравнению с другими технологиями перемещение в поток необработанных газообразных продуктов горения относительно небольшое.

Рисунок А.1 - Путь тяжелых металлов в цементных печах без предварительного нагревания (влажный процесс)

Рисунок А.2 - Путь тяжелых металлов в цементных печах с предварительным нагреванием (сухой процесс)

Рисунок А.3 - Путь тяжелых металлов в известеобжигательной печи с предварительным нагреванием (сухой процесс)

Рисунок А.4 - Путь тяжелых металлов в котлах с влажным дном

Рисунок А.5 - Путь тяжелых металлов в котлах с сухим дном (каменный и бурый уголь)

Рисунок А.6 - Путь тяжелых металлов при сжигании в кипящем слое

Рисунок А.7 - Путь тяжелых металлов при сжигании в кипящем слое (с активированным углем)

Приложение Б
(справочное)

Коэффициент переноса

Б.1 Использование коэффициента переноса

Анализ потоков материала (MFA) был разработан в качестве модели для входящих и исходящих потоков материала для четко определенных систем [4]. Коэффициенты переноса (TFs) были введены в 1999 г. [5]. Эти коэффициенты отражают долю входящих потоков в систему, которые заканчиваются в разных выходах. Коэффициенты переноса в возрастающей степени приняты для оценки механической обработки и термических процессов [6].

Рисунок Б.1 - Поток материала

"Коэффициент перемещения очищенных топливных газов" - доля входящего в процесс материала, который выбрасывается в воздух.

Б.2 Использование анализов потока материала

Впервые анализ потоков материала был введен в Северном Рейне-Вестфалии в качестве инструмента для оценки воздействия топлива из отходов, например твердого топлива из бытовых отходов, при совместном сжигании. Метод был введен указом в октябре 2010 г. [7]. Целью указа была оценка пригодности определенных процессов восстановления топлива из отходов с хорошо известным составом. Поэтому концентрации компонентов твердого топлива из бытовых отходов рассчитывают и сравнивают с нормами для мусоросжигательных заводов.

Обзор результатов практических показателей анализа потока материала по убыванию представлен в [8] и [10]. Результаты показывают, что промышленное совместное сжигание может быть значимой опцией для завода.

Б.3 Возможности и ограничения

Анализ потока материала предлагает возможность определения изменяющихся свойств. Следует отметить, что ртуть требует особого внимания в процессе совместного сжигания, связанном с воздушными выбросами из-за ее сильной летучести. Исследования показывают, что топливо, получаемое из отходов, должно характеризоваться своими средними значениями [9]. Соблюдение текущих значений (нормы выбросов) должно быть рассмотрено с использованием средних реальных коэффициентов переноса. Последние исследования показывают, что коэффициенты переноса могут существенно отличаться на заводах и для определенных свойств. Это означает, что технология "электростанций" не может быть адекватно описана одним коэффициентом перемещения для каждого свойства. Следовательно, коэффициенты перемещения были установлены для технических конфигураций, определенных сжиганием топлива и системой обработки газообразных отходов [10].

Приложение В
(справочное)

Выбор единиц измерения

В.1 NCV

Обычно на практике применяют единицы измерения МДж/кг (на рабочее состояние топлива), потому что эти единицы измерения используются в системе классификации.

В.2 CI

Обычными единицами измерения являются % (на рабочее или, немного реже, сухое состояние топлива). Произвольно % на сухое состояние топлива выбран в качестве единицы измерения для применения в системе классификации.

В.3 Hg и Cd

Обычно на практике применяют единицы измерения мг/кг на сухое состояние топлива. Однако, использование этой единицы в качестве единицы измерения для системы классификации без ссылки на NCV или замены материала сырья, как это неявно сделано в стандарте, нерационально. Существует 2 случая, которые рассматриваются в настоящем стандарте: твердое топливо из бытовых отходов как топливо и твердое топливо из бытовых отходов как смесь топлива и сырья.

В.4 Твердое топливо из бытовых отходов как топливо: мг/МДж

Сочетание единиц измерения, используемых для NCV и Hg, дает характерную концентрацию мг/МДж. Эта единица измерения позволяет легко сравнить содержание Hg в различных твердых топливах из бытовых отходов. В этом случае проблемы можно избежать за счет определенного ограничения по содержанию Hg, выраженному в мг/кг, чьи концентрации в топливных газах слишком высоки при низком NCV или слишком точные при высоком NCV. В таблице В.1 приведен пример, в котором указано влияние выбранной единицы измерения на итоговые выбросы.

Используя практическую информацию о коэффициенте переноса (см. приложение Б) и показателях WID, для некоторых технологий можно рассчитать максимальную концентрацию компонентов в твердом топливе из бытовых отходов по следующим уравнениям:

(B.1)

или

, (B.2)

где - концентрация компонента в твердом топливе из бытовых отходов, мг/кг (на рабочее состояние топлива), на практике в топливной смеси;

- удельная концентрация компонента в твердом топливе из бытовых отходов, мг/МДж (на рабочее состояние топлива);

- концентрация объекта в газообразных выбросах, мг/м; используют максимальный объем из WID;

- удельный объем газа, м/МДж (на рабочее состояние топлива);

- низшая теплота сгорания, МДж/кг (на рабочее состояние топлива);

- коэффициент переноса, зависящий от технологии, применяемой для сжигания и обработки газа, и производительности предприятия.

Уравнение (В.2) использовали для расчета максимально возможных значений Hg в твердом топливе из бытовых отходов.

Использование коэффициента переноса и значений удельного объема газа подвергаются критике. Естественно, удельный объем газа зависит от содержания кислорода и соотношения в твердом топливе из бытовых отходов. Удельный объем, используемый в разделе 2, основан на опыте работы с твердым топливом из бытовых отходов, полученным из MSW или отобранных источников коммерческих отходов. Удельный объем как функция состава топлива для электростанций варьируется от 0,584 м/МДж для угля (расчет основан на и 11% ) до 0,577 м/МДж для биомассы (расчет основан на и 11% ), что означает 0,389 м/МДж для угля и 0,384 м/МДж для биомассы при 6% . Значение, используемое для цементных заводов, основывается на опыте цементных заводов. Это значение в большей степени зависит от , получающегося при прокаливании сырья.

Эти результаты позволили выяснить, что предполагаемое упрощение значений удельного объема газа целесообразно.

Изменения коэффициента переноса отражены в [10]. Данные по Hg получены на основании информации заводов WBB, DBB и бурого угля, результатом этих ссылок является суммарная таблица Б.1 в приложении Б.

В.5 Твердое топливо из бытовых отходов частично как сырье: мг/МДж и мг/кг

Для сырья, содержащего твердое топливо из бытовых отходов с высокой зольностью, приемлема скидка. Существует возможность сохранения тех же единиц измерения для установления пределов, основывающихся на наименьших значениях низшей теплоты сгорания, используемых на практике, и максимально допустимого содержания ртути в операциях смешивания. Это означает, что единицами измерения, используемыми в классах, остаются мг/МДж с максимумом для данного класса, с наиболее высокими значениями, опирающимися на максимально допустимое значение для смешивания.

Таблица В.1 - Результат классификации топлива по загрязнению, выраженному в различных единицах измерения

Приложение Г
(справочное)

Максимально возможные концентрации тяжелых металлов в твердом топливе из бытовых отходов

Г.1 Введение

Изначально было определено 3 характеристики по тяжелым металлам: Hg, Cd+TI и смесь других тяжелых металлов. Предполагалось, что максимально возможная концентрация тяжелых металлов в твердом топливе из бытовых отходов может быть использована как свидетельство его пригодности для технологии. См. таблицу Ж.5 приложения Ж. Основа расчетов описана в приложении В. Позже было принято решение сфокусироваться на Hg в качестве главной экологической характеристики топлива по тяжелым металлам. Однако информация о других тяжелых металлах также приведена в таблицах Г.1-Г.6 и настоящем приложении.

Г.2 Производство цемента

В цементном производстве выбросами считается преимущественно Hg. Другие тяжелые металлы почти полностью включены в шлак. Коэффициент переноса основывается на практических данных бельгийских и немецких заводов [2], [10].

Таблица Г.1 - Максимально возможные концентрации в твердом топливе из бытовых отходов, влажный процесс в цементной печи

Таблица Г.2 - Максимально возможные концентрации в твердом топливе из бытовых отходов, сухой процесс в цементной печи

Г.3 Угольные электростанции

Коэффициенты переноса для некоторых технологий различаются. Значения основаны на исследованиях, проведенных в Германии [10]. Немецкий опыт ограничен заводами с системами сухой золы [11]. Значения соответствуют Hg для Германии по той же технологии. Для Cd и Sb существуют различия. Для Германии TF в 4 (Cd) и 6 (Sb) раз ниже.

Таблица Г.3 - Максимально возможные концентрации в твердом топливе из бытовых отходов, DBB каменный уголь

Таблица Г.4 - Максимально возможные концентрации в твердом топливе из бытовых отходов, WBB каменный уголь

Таблица Г.5 - Максимально возможные концентрации в твердом топливе из бытовых отходов, DBB бурый уголь

Г.4 FBC

Таблица Г.6 - Максимально возможные концентрации в твердом топливе из бытовых отходов, FBC

Значения коэффициента передачи основаны на исследованиях, проведенных в Германии

Приложение Д
(справочное)

Анализ и оценка данных по Hg и Cd в твердом топливе из бытовых отходов

Д.1 Общий анализ и оценка измеренных значений Hg и Cd в твердом топливе из бытовых отходов

Д.1.1 Общие сведения

Результаты межлабораторных испытаний показывают, что даже при установленных протоколах отбора, подготовки и анализа проб встречаются аналитические результаты имеют разброс в существенном диапазоне. Причины заключаются, например, в том, что анализируемый объект не распределяется равномерно по всем компонентам в твердом топливе из бытовых отходов. Мелкие частицы, например металлов и ПВХ, могут обуславливать высокие значения аналитических результатов. Тогда результат не дает представления о качестве твердого топлива из бытовых отходов, которое было отобрано. Следовательно, отдельные аналитические результаты не могут быть использованы при оценке абсолютного максимального значения. Это означает, что для этой цели могут применяться только наборы данных.

Однако использование больших наборов данных не применимо для решения этой проблемы. Необходимо применять соответствующий метод в рамках обеспечения качества и сертификации твердого топлива из бытовых отходов с учетом ограниченных ресурсов и времени для сбора данных.

Д.1.2 Распределение аналитических показателей

Основная часть твердого топлива из бытовых отходов при характеристике по содержанию тяжелых металлов, как правило, находится в нижнем диапазоне и имеет одностороннее распределение в верхнем диапазоне. Обычно распределение аналитических данных имеет правый разброс для свойств отходов, что показано на рисунке Д.1 для Hg, предел обнаружения представляет самые низкие значения. С другой стороны, для максимального значения предела нет.

Рисунок Д.1 - Распределение данных по Hg фракции твердых бытовых отходов с высокой теплотой сгорания

Распределение данных по Hg от фракций твердых бытовых отходов с высокой теплотой сгорания показано на рисунках Д.1 и Д.2. Измененные данные (логарифм) приблизительно показывают нормальное распределение. Рисунок Д.3 показывает пример распределения Cd.

Рисунок Д.2 - Распределение измененных данных по ртути фракции твердых бытовых отходов с высокой теплотой сгорания

Рисунок Д.3 - Распределение данных по Cd топлива SE 4

Исходные значения завышенного диапазона концентрации обычно появляются в обычном спектре логарифмического распределения для измеренных значений. Следовательно, они не могут быть вычеркнуты из набора данных. Эти значения не являются выбросами, так как они представляют собой часть логарифмического распределения, см. также рисунок Д.2. Эти распределения определены неравномерным распределением анализируемого по всем компонентам объекта твердого топлива из бытовых отходов. Нормальное распределение можно ожидать во многих точках, если анализируемые свойства распределены почти равномерно по всем частицам в твердом топливе из бытовых отходов (рисунок Д.4, твердое топливо из бытовых отходов NL 4 показывает почти нормальное распределение).

Примечание - Однако распределение данных, показанное на рисунке Д.4, логарифмически нормальное в соответствии со статистическими вычислениями, проведенными INFA c помощью KSA теста.

Рисунок Д.4 - Распределение данных по Hg топлива NL 4

Д.1.3 Определение средней концентрации по аналитическим данным для твердого топлива из бытовых отходов

Средние значения по отходам могут быть определены при помощи измерений локальных участков. При измерении локальных участков нормального распределения арифметическое среднее не подходит для определения среднего значения из-за асимметричного правого отклонения распределения, которое встречается в распределении концентраций тяжелых металлов в твердом топливе из бытовых отходов. Тогда среднее значение будет значительно зависеть от крайних правых значений. В этом случае геометрическое среднее было бы более уместным.

Однако нормальные логарифмические распределения не всегда изучаются. Следовательно, центральное значение зависит от типа распределения и медианы. Кроме того, часто необходимо определить среднее, основанное на ограниченном наборе данных (например, 10). Для определения средней концентрации компонента предпочтительна медиана из-за ее надежности и независимости расположенных справа значений. Медиана и среднее арифметическое почти равны при нормальном распределении.

Так как медиана больше подходит для описания характеристического уровня твердого топлива из бытовых отходов, следует использовать ее для расчетов выбросов соответствующих навесок. Для сравнения среднего, медианы и геометрического среднего значений см. таблицы Д.4 и Д.7.

Д.1.4 Определение максимальной концентрации по аналитическим данным твердого топлива из бытовых отходов

Обычно содержание компонента в твердом топливе из бытовых отходов характеризуется не только средним, но и верхним значением. Из замечаний, касающихся распределения, можно сделать вывод о том, что абсолютный максимум представлен случайным значением. Однако целесообразно иметь второй статистический показатель для характеристики максимального значения в твердом топливе из бытовых отходов, который указывает диапазон для верхних концентраций. Верхний уровень концентрации должен быть указан вместе с 80-процентильным значением распределения. Это значение представляет значение, которое указывает тип распределения. В таблице Д.1 суммированы оценки различных статистических методов.

Таблица Д.1 - Оценка различных статистических методов по отношению к твердому топливу из бытовых отходов

Д.1.5 Минимум и максимум медианы

На практике набор данных, используемых для расчета медианы, ограничен, например 10, из-за ограничения ресурсов и времени. Эти ограничения влияют на соблюдение границ классов.

На рисунке Д.5 представлен диапазон доверительного интервала медианы, основанного на интервале от 10 до 158 значений для ртути в твердом топливе из бытовых отходов. График получен с помощью генератора случайных чисел. При случайном выборе серии аналитических данных от 10 до 158 были отобраны 200 раз. Затем рассчитали медиану при доверительном интервале 95%. Минимальное и максимальное значения для медианы отражены на рисунке Д.5.

Рисунок Д.5 - Минимальное и максимальное значения для медианы с доверительным интервалом 95% для ртути при различных размерах одного набора данных для твердого топлива из бытовых отходов

Д.2 Специфичные анализы и оценка представленных данных по твердому топливу из бытовых отходов

Д.2.1 Ртуть

Для документирования распределения ртути в твердом топливе из бытовых отходов были собраны 29 отчетов от 5 государств - членов Европейского союза и Норвегии. Таблицы Д.2 и Д.3 представляют граничные условия данных по твердому топливу из бытовых отходов и тип распределения.

Таблица Д.2 - Обзор граничных состояний твердого топлива из бытовых отходов - данные по Hg

Таблица Д.3 - Обзор граничных состояний и распределения ртути по данным твердого топлива из бытовых отходов

Особое внимание было уделено такому твердому топливу из бытовых отходов, которое существенно для производства и непосредственного использования. Для каждого твердого топлива из бытовых отходов были получены от 10 до 707 аналитических данных, в результате чего общее число анализов достигло 2459.

Входящие материалы для твердого топлива из бытовых отходов существенно отличаются и варьируются от произведенного твердого топлива из бытовых отходов, основанного на отобранных отходах производства, до различных типов фракций с высокой теплотой сгорания.

Из-за отсутствия единых методов отбора проб твердого топлива из бытовых отходов методы его анализа существенно различаются.

Аналитическое определение пределов также существенно различается из-за применения различных аналитических технологий и требований пользователей твердого топлива из бытовых отходов. Они варьируются от 0,01 мг/кг до 1,0 мг/кг (на сухое состояние топлива).

Однако, несмотря на эти различия в состояниях исходных материалов (отбор и подготовка проб, аналитические методы), общие свойства в распределении ртути могут быть получены для различного твердого топлива из бытовых отходов.

Обычно для ртути обнаруживается несимметричное правое распределение. Несимметричное распределение является наиболее существенным при увеличении количества данных. Снижение аналитического предела обнаружения до 0,2 мг/кг также приводит к более значительному перекосу распределения (см. рисунки Д.6 и Д.7).

Рисунок Д.6 - Распределение данных по Hg топлива GE 1

Рисунок Д.7 - Распределение данных по Hg топлива GE 2

Таблица Д.4 показывает статистические результаты для представленного твердого топлива из бытовых отходов.

Таблица Д.4 - Обзор статистических результатов представленных типов твердого топлива из бытовых отходов для Hg

Д.2.2 Кадмий

Для документирования данных о распределении Cd в твердом топливе из бытовых отходов были собраны 26 отчетов от 5 стран - членов Европейского союза и Норвегии. В таблицах Д.5 и Д.6 представлены граничные условия данных по твердому топливу из бытовых отходов и типу их распределения.

Таблица Д.5 - Обзор граничных состояний твердого топлива из бытовых отходов - данные по Cd

Таблица Д.6 - Обзор граничных состояний и распределения кадмия по данным твердого топлива из бытовых отходов

Особое внимание уделено тому твердому топливу из бытовых отходов, которое имеет существенное значение для дальнейшего производства и непосредственного использования. Для каждого твердого топлива из бытовых отходов были получены от 10 до 178 аналитических данных, в результате чего общее количество анализов составило 1248.

Входящие материалы для такого топлива значительно отличаются и варьируются от твердого топлива из бытовых отходов, произведенного на основе отобранных промышленных отходов, до различных типов фракций с высокой теплотой сгорания.

Из-за отсутствия единых методов отбора проб для твердого топлива из бытовых отходов методы существенно отличаются.

Аналитические пределы обнаружения также значительно отличаются из-за различных применяемых аналитических методик и требований пользователей твердого топлива из бытовых отходов. Они варьируются от 0,01 мг/кг (на сухое состояние вещества) до 3,0 мг/кг (на рабочее состояние вещества)

Однако, несмотря на эти отличия в состояниях входящих материалов (отбор и подготовка проб, аналитические методы), общие свойства в распределении кадмия могут быть получены для различного твердого топлива из бытовых отходов.

Обычно для кадмия встречается несимметричное правое распределение. Несимметричное распределение является наиболее существенным при увеличении количества данных. Снижение аналитического предела обнаружения до 0,2 мг/кг также приводит к более значительному перекосу распределения (см. рисунки Д.6 и Д.7).

В таблице Д.7 дан обзор статистических результатов для представленных типов твердого топлива из бытовых отходов.

Таблица Д.7- Обзор статистических результатов, представленных типов твердого топлива из бытовых отходов для Cd

Приложение Е
(справочное)

Обзор вторичного топлива и качества твердого топлива из бытовых отходов

Е.1 Источник твердого топлива из бытовых отходов

Твердое топливо из бытовых отходов производят из неопасных отходов упомянутых категорий, указанных, например, в списке BGS [13]. Однако шины, сухой муниципальный шлам и другие неопасные отходы также используют в производстве твердого топлива из бытовых отходов.

Е.2 Обзор качества твердого топлива из бытовых отходов

Таблицы, основанные на информации из нескольких стран - членов Европейского союза, дают общее представление о составе вторичного топлива [2], [12], [14]. Сравнение данных затрудняется применением различных методов отбора и подготовки проб и анализа. Особенно сильное влияние на конечный результат могут оказывать отбор и подготовка проб. Исходя из практических соображений число анализов условно можно использовать в качестве показателя достоверности данных. Это значит, что данные о твердом топливе из бытовых отходов основаны как минимум на 10 анализах, результаты которых показаны в скобках. Эти данные не рассматриваются в обзоре, представленном в таблицах 7-10 пункта 3.

Таблица Е.1 - Обзор качества твердого топлива из бытовых отходов (источник- MSW)

Таблица Е.2 - Обзор качества твердого топлива из бытовых отходов (промышленные значения, отобранные по источникам)