（动力机械及工程专业论文）生活垃圾燃烧特性的影响因素.pdf

； _ _ - 热重实验选取了土豆、塑料( p v c ) 、纸、木屑及四者混合物作为实验样品， 将其切成四种尺寸的正方形薄片进行燃烧特性的研究，并以煤的燃烧特性作为 对比，通过t g ( 热重曲线) 、d t g ( 热重微分曲线) 以及着火温度、燃尽温度、 失重量和d t g 峰值对燃烧特性进行分析，并且通过动力学分析得出表观活化能 对燃烧特性进行进一步分析。 流化床实验台实验选用土豆、萝b 以及二者等质量混合物，通过燃料尺寸、 形状、含水率、通风量以及加热温度四因素的改变对燃烧着火时间、燃尽时间、 炉膛温度变化、烟气0 2 、c o 、n o 、c x h y 含量以及飞灰含碳量进行分析。 本文通过热重实验发现实验选用的四个尺寸中，尺寸越小，燃烧要越容易 些，但燃烧量越小；通过流化床实验发现燃料尺寸、形状、含水率、通风量以 及加热温度对生活垃圾燃烧特性的影响由于流化床内燃烧较为复杂，燃烧规律 并不是单一越来越好或者越来越差；混合物的燃烧特性在热重分析中的表现可 以视为单一组分燃烧特性的叠加，而在流化床实验中却没有这特性。 关键词：生活垃圾；燃烧特性；影响因素； a b s t r a c t a b s t r a c t m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ( m s w ) i st h ei n e v i t a b l eo u t c o m eo fb e i n ga c t i v i t i e s m s w e x i s t sb e c a u s eo fh u m a n s of a rt h et r e a t e dr a t eo fm s wi sn o tm o r et h a n4 5 n l e m s wu n t r e a t e dw h i c hi sp i l e du ps p r e a dd i s e a s e s ，j e o p a r d i z e0 1 1 1 h e a l t h , c o n t a m i n a t e t h ee n v i r o n m e n t t h em s w t r e a t i n gi st h eh o t s p o to fs o c i e t ya l lt h et i m e c o m b u s t i o n i st h ev a l i dw a yt ot r e a tm s w t h e a d v a n t a g ei sr e d u c t i o n 、r e c l a m a t i o n 、h a z a r d f r e e 3 1 t h ec o m b u s t i o nh a ss o m e t h i n g 、析lf u e ls i z e s 、f u e ls h a p e s 、f u e lm o i s t u r e s 、b e d t e m p e r a t u r ea n da i rr a t e t h et h e s i sr e s e a r c h e so nt h em s wc o m b u s t i o nw i mt g a ( t h e r m o g r a v i m e t r y a n a l y s o r ) a n dt h ef l u i d i z e db e d p o t a t o e s ，p a p e r ，w o o d ，p v ca n dt h em i x t u r eo f t h e s ef u e l sa l ec h o s e ni nt h et g e x p e r i m e n t t h e s ef u e la r ec u ti n t of o u rs i z e s r e f e r r i n gt ot h ec o a lc o m b u s t i o n ，t h e m s wc o m b u s t i o ni sr e s e a r c h e di nt g ，d t g ，t h ei g n i t i o n ，b u r n o u t t e m p e r a t u r e ， t h e w e i g h tc h a n g e 、t h ed t gp e a ka n dt h ea p p a r e n ta c t i v a t i o ne n e r g y p o t a t o e s 、r a d i s ha n dt h em i x t u r eo ft h e s ef u e l sa r ec h o s e ni nt h ef l u i d i z e db e d e x p e r i m e n t b yc h a n g i n g f u e ls i z e s 、f u e ls h a p e s 、f u e lm o i s t u r e s 、b e dt e m p e r a t u r e a n da i rr a t e ，t h ei g n i t i o nt i m e 、t h ec o m b u s t i o nt i m e 、t h eb e dt e m p e r a t u r ec h a n g e 、t h e c o n t e n to f0 2 ，c o ，n o ，c x h yi nt h ef l u eg a sa n dt h ec a r b o nc o n t e n ti nt h ef l ya s ha r e a n a l y s e d t h et h e s i sr e s e a r c h e so nt h ei n f l u e n c eo ft h ef u e ls i z e so nt h ec o m b u s t i o no f t h em s wb yt g a ，t h es m a l l e rt h es i z e ，t h em o r eq u i c k l yt h ef u e li g n i t e s ，b u tt h el e s s t h ew e i g h tl o s si s w h i l et h ei n f l u e n c eo fff u e ls i z e s 、f u e ls h a p e s 、f u e lm o i s t u r e s 、b e d t e m p e r a t u r ea n da i rr a t e o nc o m b u s t i o ni s c o m p l e xi n t h e f l u i d i z e db e d t h e c o m b u s t i o no fm i x t u r ei nt g ac a nb es e e na st h eo v e r l a yo ft h ec o m b u s t i o no ft h e s i n g l ec o m p o n e n t ，b u t i td o e sn o te x i s ti n t h ef l u i d i z e db e d k 呵w o r d s ：m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ；c o m b u s t i o n ；i n f l u e n c ef a c t o r s l l 目录 目录 第1 章引言1 1 1 研究背景一1 1 2 国内外研究现状。3 1 2 1 对于垃圾燃烧特性的文献调研3 1 2 2 研究采用的实验设备5 1 3 本课题研究的内容及意义7 第2 章实验设备介绍及调试8 2 1 实验设备j 8 2 1 1 热重分析仪8 2 1 2 流化床实验台介绍1 0 2 2 流化床实验台调试1 2 2 2 1 电炉调试o ? o o oooooooooooooooooooo ooooooooooo 0 1 2 2 2 2 石英砂的选择13 2 2 3 实验加热温度、通风量选择13 2 2 4 石英管测温点选择1 3 2 2 5 其他方面调试“l5 2 3 小结l5 第3 章燃料尺寸对垃圾燃烧特性影响的热重分析17 3 1 试验选材、设备及过程1 7 3 1 1 燃料的选取一1 7 3 1 2 试验设备“17 3 1 3 试验过程1 7 3 2 结果与分析18 3 2 1 试验结果18 3 2 2 分析与讨论”2 7 3 3 反应动力学分析31 3 4 小结3 3 第4 章流化床内垃圾燃烧特性影响因素的分析3 5 目录 4 1 实验燃料选取及实验方案3 5 4 1 1 实验燃料选取3 5 4 1 2 实验方案3 5 4 2 实验结果与分析3 7 4 2 1 着火时间分析3 7 4 2 2 燃烧时间分析3 8 4 2 3 不同因素下炉膛内温度变化分析3 9 4 2 4 烟气中气体含量变化分析5 9 4 2 5 飞灰含碳量分析7 7 4 3 小结7 8 第5 章结论与展望8 0 5 1 结论。：8 0 5 2 进一步工作的方向8 0 致谢一8 2 参考文献8 3 攻读学位期间的研究成果8 5 i v 第1 章引言 第1 章引言 1 1 研究背景 生活垃圾是人类生活的必然产物，有人的存在，就有垃圾的产生。生活垃 圾又称为固体废弃物，它是指居民日常生活中或为日常生活提供服务的活动中 产生的固体废物以及法律行政法规规定视为生活垃圾的固体废弃物【旧。其主要 成分包括厨余物、废纸、废塑料、废金属、玻璃等。 垃圾泛滥首先在发达国家出现并引起重视，美国城市垃圾产生量在1 9 6 0 年 仅为8 8 1 2 万吨，而在1 9 9 6 年则增加到了2 0 9 6 6 万吨，欧洲目前每年约产生1 3 3 亿吨生活垃圾，1 9 7 5 年日本的城市生活垃圾总量为4 2 0 5 万吨，1 9 9 6 年为5 1 1 5 万吨，日本近些年由于加强了垃圾回收和处理，其城市生活垃圾的产量增长相 对较慢【引。 2 0 0 4 年我国垃圾的产生量已达到2 0 4 亿吨，占世界的四分之一，而且还在 以每年8 至1 0 的速度增长【4 】；在国内的一些大城市，如北京、上海，垃圾日 产量已超过1 2 0 0 0 吨，广东省垃圾日产量超过2 0 0 0 0 多吨，广州市垃圾日产量 达到5 3 0 0 吨i5 。 我国现有的垃圾处理场的数量和规模远远不能适应城市垃圾增长的需求，大 部分垃圾仍呈露天集中堆放状态，对环境即时和潜在的危害很大，问题日趋严重。 主要表现为：传染疾病，危害人体健康；恶化环境，危害环境质量，垃圾乱堆乱放， 二次污染，蚊蝇孳生；破坏资源，危害生态平衡，垃圾污染对水资源、地下资源、 环境资源和植物生长都有着十分重要的危害性；垃圾爆炸事故不断发生。由于 城市生活垃圾中有机质含量的提高和由露天分散堆放变为集中堆放，垃圾产生 沼气量增加，危害日益突出，造成重大损失【3 j 。 当前，国内外处理垃圾的方法主要有：填埋法、堆肥法、焚烧法。焚烧法 是一种高温处理技术，它是有机垃圾在高温、供氧充足的条件下氧化生成惰性 气态物c 0 2 、h 2 0 等，而无机不可燃物则形成稳定的固态残渣，是一种可同时 实现废物无害化、减量化、资源化的处理技术。在热化学处理技术中，焚烧法 应用最早，技术比较成熟，焚烧技术将垃圾中的化学能全部转化成热能，产物 形式包括气相产物烟气和固态产物灰渣。焚烧技术符合垃圾处理的“三化 ( 资 第1 章引言 源化、减量化和无害化) 原则，焚烧可使其重量减少7 5 ，体积减少9 0 左右， 焚烧产生的热量可以供热或发电，有效地回收能源，实现资源化。垃圾焚烧处 理的独特优点是处理量大，在一定规模下，焚烧余热可以用来供热或发电；占 地小，节约土地使用面积并且减轻土壤污染；消毒彻底，减轻或消除后续处理 过程；处理时间短，不受天气影响。一般而言，垃圾焚烧后灰渣的体积约为原垃 圾体积的5 1 0 ，将垃圾焚烧残渣填埋，可以大大减轻由于垃圾直接填埋产 生的渗滤水和臭气等二次污染，因此垃圾焚烧法越来越多地被人口密集的大城市 所采用。在发达国家，垃圾焚烧被广泛采用，表1 1 反映了几个发达国家焚烧占 垃圾处理的比重1 3 j 。 表1 1 几个发达国家焚烧占垃圾处理的比重 比利澳大 国家瑞士日本丹麦瑞典荷兰法国德国 美国 时利亚 比例 8 07 37 05 55 13 83 22 92 42 0 ( ) 迄今为止，我国城市生活垃圾处理率不到4 5 ，其他均未得到处理。而处 理的垃圾有以填埋居多，焚烧所占比率不到7 。城市垃圾问题已变得十分严峻。 城市垃圾合理处置是国民经济可持续发展战略中不可回避的课题之一。表1 2 为 我国部分城市生活垃圾组成及成分【3 1 。 表1 2 我国部分城市生活垃圾组成及成分 有机无机 纸类布类木竹塑料橡胶玻璃金属 含水 城市 物物 率 常州 4 4 4 03 4 6 03 5 63 1 51 8 07 9 53 5 01 0 4 4 8 4 7 杭州 5 8 1 92 4 0 03 6 82 2 31 2 06 6 21 0 l2 0 9o 9 85 3 6 0 福州 4 4 7 01 7 9 07 6 81 6 91 8 72 3 8 61 3 01 0 05 2 o o 广州6 0 1 71 7 1 25 4 0 3 4 01 0 68 9 93 3 70 4 95 0 1 2 深圳4 0 0 01 5 0 01 7 0 05 0 01 3 0 02 0 0 5 0 03 0 04 5 o o 北京 3 5 0 01 5 8 71 7 8 94 1 11 0 3 5 1 0 7 03 3 45 1 4 可见，我国城市垃圾有多成分和形态、高水分和挥发分、低热值和固定碳 的特点。这就是我国城市生活垃圾的现状【3 1 。 2 第1 章引言 1 2 国内外研究现状 1 2 1 对于垃圾燃烧特性的文献调研 垃圾燃烧的过程是干燥，热解，点燃，气化，燃烧( 挥发分和焦炭燃烧) ， 燃尽【3 1 。 燃烧特性的好坏可以通过燃料失重量、失重速率、燃烧速率，着火温度， 燃尽温度、飞灰含碳量、烟气成分等来表征。 利用热重法研究燃烧特性是常见的方法，通过t g 热重曲线、d t g ( 热重微 分曲线) 对失重量、失重速率进行分析，从而得到着火温度、燃尽温度、燃烧 速率等能够表征燃烧特性的参数。 中国科学院的郭小汾【6 】等( 1 9 9 9 年) 采用热重法对六种垃圾组分进行了分 析，通过燃料失重量、失重速率( d t g 峰值) 、燃烧速率，着火温度，燃尽温 度、的燃烧特性进行了分析，并通过动力学计算表观活化能来解释燃烧特性内 在原因。 清华大学的闰涛等【刀( 2 0 0 2 年) 同样通过热重法对厨余、纸、织物、塑料 进行燃烧特性研究。 李爱民掣8 】( 2 0 0 4 ) 运用热重分析法对橡胶，塑料，果皮进行实验，通过着 火温度、失重及动力学计算来研究三种垃圾组分的燃烧特性以及一定比例混合 三种垃圾组分燃烧来研究实际燃烧的优化混合比例。 国外相关研究有l s e r u m 等1 9 1 ( 2 0 0 1 年) 对纸、硬纸板、多种塑料及其混 合物进行热解特性和动力分析，通过失重量、着火温度、放热量及d t g 的峰值 进行比较来分析实验物的燃烧特性。 热重得到燃烧特性有以下几点： ( 一)固体废弃物在燃烧过程中经常有两个放热峰，分别对应的是热解小 分子气体的燃烧过程和剩余物质碳化燃烧过程；而木块有三个放热峰； ( 二)燃烧过程明显分为2 个阶段，这2 个阶段的交界点一般是在3 0 0 左右出现，基本对应了第一着火点； ( - - - )固体废弃物进行燃烧时，其燃烧特性可以有各组分单独燃烧特性进 行叠加得到。 利用层燃炉进行燃烧实验，通过床温、烟气成分的分析对燃料燃烧特性进 行研究。 3 第l 章引言 廖红星【1 0 l 对实际炉排炉的稳定燃烧进行了分析，发现垃圾的干燥，燃烧停 留时间以及配风对燃烧影响很大。 哈尔滨工业大学的郭强1 1 1 】在其论文课题研究中对层燃炉上固体垃圾的燃烧 特性进行了实验研究，发现白菜燃烧，由于通风量不同，炉内温度产生变化且 烟气成分发生变化，c o 、n o 含量随着0 2 的减少先增加后减少。 由于层燃炉燃烧非本课题的研究手段，故只是参考其对燃烧特性研究的方 法，并不深入调研。 流化床燃烧实验，过内外相关研究有许多，既有实验方法也有数值模拟， 有定性分析燃烧特性也有推导拟合经验公式。通过烟气成分、着火温度、燃烧 时间、飞灰含碳量等分析，分析燃料燃烧特性的好坏。 姜凡等【1 2 】( 2 0 0 2 年) 利用小流化床实验台对木块、橡胶及其混合物进行了 实验，通过测量烟气中c 0 2 浓度，利用d g c d t = 0 5 3 6 c 2xq ( g s ) 得到碳的质 量消耗率，近似认为与垃圾消耗率相等，由警= a 警进一步得到塑d t = a ：等 ， 于( 口，口为一系数) ，积分求得口，又由于t = 时，口= l ，则a = a i c 。2 d t ， ； 最后得出华= ，利用一个修正_ l _ 华就可以算出燃烧速率，他指出混 t i t f l 一0 【a t j c c 0 2 d t 合物燃烧不是单组分垃圾的叠加。 郑恩辉等【1 3 1 对循环流化床内着火特性进行了研究，提到一着火指数 f 1 = ( 乙一瓦) 0 ，一t 舶) c s 式中：瓦为投煤前流化床在热平衡状态下的床温( ) ；t ，为床温开始回升时 所对应的时间( s ) ；t 。为床温升至最高点时所对应的时间( s ) ；乙为t 。时所对应的 床温( ) 。最后得出结论着火指数随尺寸增大而减小，随投料前稳定床温升高而 增大，着火指数越大表示燃烧越容易。 华中科技大学的申莉等【1 卅( 2 0 0 2 ) 分析c f b b 燃烧特性时提到可通过飞灰含 碳量来表征燃烧特性，含碳量越低说明燃烧率越高。但对于小粒径物料，要是 风速过大，使得床温降低，且颗粒在床内停留时间减少，从而飞狄含碳量易高。 尤孝方1 1 5 1 等( 2 0 0 3 年) 对不同塑料垃圾在流化床的燃烧的进行了分析，通 过对不同床温下的烟气成分进行比较总结出燃烧特性。 氧含量的多少，炉膛温度的高低以及燃料尺寸、形状均对着火、燃烧时间 第1 章引言 等产生影响，即对燃烧特性的好坏起作用。 k t d i e z 等1 1 6 j ( 1 9 9 8 年) 对温度和氧浓度影响燃烧进行研究。点火延迟随 氧浓度和炉温的升高而缩短，温度越低，氧浓度影响越大；燃烧时间随氧浓度 的增加和燃料浓度的下降而减少，但对温度不太敏感。 尺寸对燃烧的影响，从文献中发现各家说法不一，像g o r t 1 功和r 6 n n b a c k 1 8 】 认为在1 0 - 3 0 m m ，尺寸越大燃烧速率越快；但p e t e r s 1 9 】则认为在5 - - 2 5 m m 之 间，1 5 m m 最快，而f r i b e r g 掣2 0 】认为尺寸越大，着火速率越慢。 江爱朋1 2 1 ( 2 0 0 2 年) 对纸板、木头和塑料在流化床内燃烧进行分析，总结 出燃烧与燃料直径、形状因子、加热温度的规律，并根据实验数据拟和出挥发 分、焦碳燃烧时间与各因素的关系公式。 b s b o c k m o n 、m l p a n t o y a 等【2 2 】( 2 0 0 5 年) 对燃烧速度及传播的影响因素 时提到粒径的影响，是粒径越小，传播速度越快。 c a l o w e 等口叫( 2 0 0 5 年) 研究不同大小颗粒床料发现，小颗粒床，温度， 压力传播速度比大颗粒床快。 土耳其的a g t m g o r 2 4 1 ( 2 0 0 8 年) 通过建立2 d 模型，计算燃烧效率得出粒径越 大，燃烧效率越高。他的解释是由于大粒径颗粒停留时间长，故燃烧率高。 1 2 2 研究采用的实验设备 采用流化床实验台进行实验是本课题的主要实验台，流化床锅炉，它是一 种燃用固态化石燃料来产生蒸汽热水的装置。炉膛运行在一种特殊的流体动力 特性下，细颗粒( 3 0 5 0 0 p m ) 被以超过平均粒径颗粒终端速度的气速输送通过 炉膛，同时又有足够的颗粒反混以保证炉膛的温度分布均匀。 应用流化床燃烧技术处理生活垃圾具有三个优点【2 5 】 ( 一) 垃圾种类适应性强，由于循环流化床内部大量颗粒参与循环，因此床内温 度场比较均匀。由于流化床密相区拥有大量的高温物料，床层的热容量大，因此 能提供垃圾干燥、热解和开始燃烧所需的大量热量，从而保持燃烧稳定； ( 二) 焚烧效率高，由于床内传热传质过程较强，使得垃圾与灼热的床料充分 接触，提高了垃圾的热解速率，同时，由于相互之间的不断碰撞、磨损，使垃 圾中未燃烧的部分不断暴露出来，有利于提高燃烧反应率； ( 三) 烟气排放性能好，由于循环流化床采用低温( 8 5 0 9 5 0 ) 、分级燃烧， 限制了热力型和燃料型氮氧化物的形成，在循环流化床中加入适当的吸附剂( 如 5 第1 章引言 石灰石) ，可以大大降低s 0 2 和h c i 的排放，在稀相区喷入尿素或氨水可进行炉 内脱氮，保证n o x 、s 0 2 和h c l 的排放符合环保要求。 众多流化床实验使用的小型流化床实验台各有各的特点。 李清海【2 6 1 研究层燃流化复合垃圾焚烧炉燃烧与排放时使用图1 1 所示实验 厶 口o 图1 1 循环流化床实验台 该实验台的特点是具有循环流化功能，一次风采用电加热，为了提供炉膛 足够的热量，掺入煤气。 姜凡等【1 2 1 ( 2 0 0 2 年) 利用小流化床实验台( 见图4 2 ) 对木块、橡胶及其混 合物进行了实验。 ；： 图1 2 有缓冲段流化床实验台 该实验台将炉膛分成加热段、反应段和缓冲段，缓冲段截面比较大，起到 减速作用，使得燃料在炉膛充分停留，并且可以控制温度，稳定流量，但不足 6 第1 章引言 之处是加热温度太低，只有5 0 0 。 尤孝方等( 2 0 0 3 年) 对不同塑料垃圾在流化床实验台( 图4 3 ) 进行燃烧 实验。 8 l 一空气压缩嚣；2 调节阀门；3 一漉量计；4 一布风板；5 一电加热嚣 本体；6 一给辩日；7 石英管反应器；8 控侧面板 图1 3 电加热式流化床实验台 其为鼓泡流化床实验台，炉膛要达到实验温度靠外部的电加热器实验，实 验台简单，但床内流动性差。 1 3 本课题研究的内容及意义 ( 一) 取土豆、塑料、废纸、木进行热重实验，分析不同尺寸下的单一垃圾 组分以及等比例混合垃圾不同尺寸下热重曲线的异同。 ( - - ) 取土豆、萝卜作为厨余的典型代表，在鼓泡流化床实验台进行燃烧实 验，分析尺寸、形状、含水率、通入空气量、燃烧温度几个因素对垃圾燃烧特 性的影响。 通过对着火温度及时间，燃烧终温及燃烧时间、失重量、飞灰含碳量、烟 气中0 2 、n o x 、c o 及c x h y 含量的比较了解各因素对燃烧特性的影响情况，从 而更好地利用处理好生活垃圾。 7 第2 章实验设备介绍及调试 第2 章实验设备介绍及调试 2 1 实验设备 2 1 1 热重分析仪 热重分析采用t a 公司q 5 0 0 热重分析仪( 见图2 1 ) 。 露渤 图2 1 热重分析仪t a q 5 0 0 实照 p s ：l 炉体2 样品自动进样器3 吹扫气系统 其主要部分有炉体：其中包括一具有温度补偿，灵敏度达0 1 l x g 的热天平和 电阻丝加热，温度可达1 0 0 0 的电加热系统； 样品自动进样器：包括样品盘归领、加载样品盘、样品称重、炉体移动、 卸载样品盘和炉体冷却等过程； 吹扫气系统：精确控制穿过热天平气体和吹扫及样品逸出气体合并后从系 统侧壁出口流出。 其操作规程( 操作界面见图2 2 ) 为 1 开气瓶总阀，将出口压力调在o 1 m p a ； 2 开仪器电源开关，等待触摸屏上出现“t a ”图标； 3 开计算机，双击“t ai n s t r u m e n te x p l o r e 图标，在出现的窗口中双击“q s 0 0 8 第2 章实验设备介绍及调试 4 5 6 8 9 图标； 点“s u m m a r y 标签，输入“s a m p l en a m c ”，选择保存路径并输入文件名； 点“p r o c e d u r e 标签，点击“e d i t o r 输入温度程序； 点“n o t e 标签，输入气体流量，一般可使用默认值，e g a 炉b a l a n c e 为 lo m l m i n ，s a m p l e 为9 0m l m i n ；普通炉b a l a n c e 为4 0m l m i n ，s a m p l e 为 6 0m l m i n ； 在仪器的样品平台上放上干净的空盘，在触摸屏上按“t a r e 键( 1 行2 列) 和“a p p l y 键，此时触摸屏上出现“e r r o r 信息，等待t a r e 结束，此过程需 2 分钟；t a r e 结束后仪器自动将炉子降下来，并卸下样品盘； 装样品后将样品盘放在平台上，注意放正； 点击触摸屏上的“装盘 键( 2 行1 列) 和“a p p l y 键，仪器自动挂盘，然后 升上炉子，开始稳定天平，此时计算机界面中“w e i g h t 项前面出现“群”标志， 待此标志消失后，说明天平已经稳定，可以点“开始 键开始样品测试；。 1 0 测试结束后，等待温度降到2 0 0 以下后，按触摸屏上的“退盘”键( 2 行2 列) 和“a p p l y 键，炉子自动降下来，并卸下样品盘； o 1 1 按触摸屏上的“冷却 键( 3 行2 列) 和“a p p l y ”键，启动空压机冷却 炉子。炉子冷却到室温后，再点“a p p l y 键，停空压机。 熙麓牌燮黑黑隳懒鼍_ _ _ 嘲零 彩o 固豳囝篓豆黟豳_ 鑫固彩 寸? t 曩叠i 磊渊；云i 琵s i i 罚五：磊罚蔷i 商意哮j ! 搋施磁貔燃 黝p “哆墨自自。 曼唠您，。，一。 m e h 0 4t-时0-m s 口，ht 椭0 0 0 m r a r m t _0 m n t 帅附岍抬2 6 t w e 咖1 4 9 柚5 嘲 v e , i h 硝o e 吐 1 0 0 、 b d a c e p 岬f b h0 , l a m s - _ 忡f h - 0 0 0 , , l r a m s d p o ht 哪b o o t h e a l _ p a w m 0 4 u k 自o n p “0 0 ： m “u b t d h 出0 0 0 t 1 m i ，j0 0 0 c m m _ d w e m n 嘶n0 m m d m m , e w w0 m q _ d 舯w 州 h - 由叫，咖_ o 期 主h 地罂嘲鱼5 ，州如# - 岫 苎 1 f 、r 舯0 1 n c 呻t 0 1 略q o t 2 l i n _ t 叫妇0 0 f 期 3f r 捌0 1 0 0 0 c - m t o 伽t劈 ”1文- l m m 四个粒径，将这2 0 个样品分别在 热重分析仪中进行燃烧试验，然后将边长2 7 0 m m 土豆与边长2 m m 的纸屑、木 屑、塑料混合，边长3 5 0 m m 土豆与边长3 m m 的纸屑、木屑、塑料混合，将边 长4 2 6 m m 土豆与边长4 m m 的纸屑、木屑、塑料混合，将边长4 9 4 m m 土豆与 边长5 m m 的纸屑、木屑、塑料混合，分别放入热重分析仪中进行燃烧试验，得 到t g ( t h e r m o g r a v i m e t r y 热重) 、d t g ( d e r i v a t i v et h e m o g r a v i m e t r y 热重微分) 曲线， 然后对实验结果进行分析。 1 7 第3 章燃料尺寸对垃圾燃烧特性影响的热重分析 3 2 结果与分析 3 2 1 试验结果 3 2 1 1 土豆实验 实验得到图3 1 所示t g 、d t g 曲线，从图3 1 可以看出，土豆燃烧可分为四 个阶段：干燥阶段、挥发分析出和燃烧阶段、焦炭燃烧阶段及燃尽阶段 2 9 】。干 燥阶段，温度较低，失重量较少，从t g 曲线上看曲线比较平稳；挥发份燃烧阶 段，物料中的挥发分开始析出燃烧，随着温度的升高，析出量增大，从t g 曲线 上看曲线从2 6 0 左右急剧下降，从d t g 曲线上看失重速率不断增大，并形成 一个峰值，结束在4 0 0 左右；焦炭燃烧阶段，发生在挥发分燃烧后期以及挥发 分燃烧完成后的阶段，从t g 曲线上看，曲线急剧下降，从d t g 曲线上看失重 速率增大，并有一个峰值，之后速率减小，其温度范围为4 0 0 5 0 0 左右；燃尽 阶段，t g 曲线又趋于平稳，其温度范围为5 0 0 以后。 1 8 9o 0、，6 心爱 线 温 油 双 他 的 d 一旦 垣 们 土 020 第3 章燃料尺寸对垃圾燃烧特性影响的热重分析 10 02 0 03 0 0 4 0 05 0 06 0 0 7 0 08 0 09 0 0 激攘，c 一 土豆的d t g 曲线。 图3 i 土豆的t g , d t g 曲线 3 2 1 2 纸屑的热重实验 实验得到图3 2 所示t g 、d t g 曲线，从图3 2 可以看出，纸屑燃烧可分为 四个阶段【2 9 】：干燥阶段、挥发分析出和燃烧阶段、焦炭燃烧阶段及燃尽阶段。 干燥阶段，温度较低，失重量较少，从t g 曲线上看曲线比较平稳；挥发份燃烧 阶段，物料中的挥发分开始析出燃烧，随着温度的升高，析出量增大，从t g 曲 线上看曲线从2 7 0 左右急剧下降，从d t g 曲线上看失重速率不断增大，并形 成一个峰值，在其右侧有一肩状峰，由于纸屑中含有木质成分，木质中含有半 纤维素，半纤维素含量高，其分解导致减重速率维持在一大体稳定，故形成一 肩状峰，此阶段结束在5 5 0 左右；焦炭燃烧阶段，发生在挥发分燃烧后期以及 挥发分燃烧完成后的阶段，从t g 曲线上看，曲线急剧下降，从d t g 曲线上看 失重速率增大，并有一个峰值，之后速率减小，其温度范围为5 5 0 6 4 0 。c 左右； 燃尽阶段，t g 曲线又趋于平稳，其温度范围为6 4 0 以后。 1 9 第3 章燃料尺寸对垃圾燃烧特性影响的热重分析 莲 器 乐 6 蒿 墨 t e m p e r a t u r e ( 。c ) 纸屑的t g 曲线 r e m o e r a t u r er 。c 1 纸屑的d t g 曲线 一ci-u，零一oac町co_co丽薹ijm|a 第3 章燃料尺寸对垃圾燃烧特性影响的热重分析 l e m a e r a t u r e ( 。c ) 纸屑的峰值附近区域d t g 曲线放大图 图3 2 纸屑的t g 、d t g 曲线 3 2 1 3 木屑的热重实验 实验得到图3 3 所示t g 、d t g 曲线，从图3 3 可以看出，木屑燃烧可分为 三个阶段【2 9 】：干燥阶段、挥发分析出、燃烧和焦炭燃烧阶段及燃尽阶段。干燥 阶段，温度较低，失重量较少，从t g 曲线上看曲线比较平稳；挥发分析出、燃 烧和焦炭燃烧阶段，物料中的挥发分开始析出燃烧，随着温度的升高，析出量 增大，从t g 曲线上看曲线从2 4 0 左右急剧下降，从d t g 曲线上看失重速率 不断增大，并形成一个峰值，在其右侧有一肩状峰，由于木屑中含有木质成分， 木质中含有半纤维素，半纤维素含量高，其分解导致减重速率维持在一大体稳 定，故形成一肩状峰，此温度在3 0 0 * ( 2 左右，这和s k o d r a sg , g r a m m e l i s 等人【4 】 对木质类生物质的研究结果相符，由于此阶段结束在4 5 0 左右，由于挥发分含 量高，导致反应速率一直保持在一高水平上，温度上升也快，延续到焦炭燃烧 阶段，使得挥发分燃烧和焦炭燃烧阶段合二为一，这与杜海清、王晶等人例对 木质类生物质的实验结果是一样的；燃尽阶段，t g 曲线又趋于平稳，其温度范 围为4 5 0 以后。 2 1 第3 章燃料尺寸对垃圾燃烧特性影响的热重分析 t e m p e r a t u r e ( 。c ) 木屑t g 曲线 t e m p e r a t u r e ( o c ) 木屑d t g 曲线 图3 3 木屑的t g 、d t g 曲线 一c一乓冰一moc叮co_c功一迎cmwo 第3 章燃料尺寸对垃圾燃烧特性影响的热重分析 3 2 1 4 塑料的热重实验 实验得到图3 4 所示t g 、d t g 曲线，从图3 4 可以看出，塑料燃烧可分为 四个阶段【2 9 】：干燥阶段、挥发分析出和燃烧阶段、焦炭燃烧阶段及燃尽阶段。 干燥阶段，温度较低，失重量较少，从t g 曲线上看曲线比较平稳；挥发份燃烧 阶段，物料中的挥发分开始析出燃烧，随着温度的升高，析出量增大，从t g 曲 线上看曲线从2 6 0 左右急剧下降，从d t g 曲线上看失重速率不断增大，并形 成一个峰值，结束在3 1 0 左右；焦炭燃烧阶段，发生在挥发分燃烧后期以及挥 发分燃烧完成后的阶段，从t g 曲线上看，曲线急剧下降，从d t g 曲线上看失 重速率增大，并有一个峰值，之后速率减小，其温度范围为3 1 0 5 0 0 左右，从 d t g 曲线可以看到，挥发分燃烧产生的峰值和焦炭燃烧产生的峰值随着塑料尺 寸的增加，而越来越近，边长为5 m m 的塑料其两峰合为一个峰，只是由于随着 尺寸的增加，其燃烧延迟，使得挥发分未燃烧完全固定碳因为温度足够高而燃 烧起来，从而使得d t g 两峰越来越近，最后合为一峰；燃尽阶段，t g 曲线又 趋于平稳，其温度范围为5 0 0 以后。 霉 i p 6 丢 墨 塑料t g 曲线 2 3 第3 章燃料尺寸对垃圾燃烧特性影响的热重分析 善 邑 & 鬲 6 丢 垩 ， 占 塑料d t g 曲线 图3 4 塑料的t g 、d t g 曲线 3 2 1 5 土豆、纸屑、木屑和塑料混合热重实验 实验得到图3 5 所示t g 、d t g 曲线，从图3 5 可以看出，混合燃烧可分为 四个阶段【2 9 1 ：干燥阶段、挥发分析出和燃烧阶段、焦炭燃烧阶段及燃尽阶段。 干燥阶段，温度较低，失重量较少，从t g 曲线上看曲线比较平稳；挥发份燃烧 阶段，物料中的挥发分开始析出燃烧，随着温度的升高，析出量增大，从t g 曲 线上看曲线从2 5 0 左右急剧下降，从d t g 曲线上看失重速率不断增大，并形 成一个峰值，结束在4 0 0 。c 左右；焦炭燃烧阶段，发生在挥发分燃烧后期以及挥 发分燃烧完成后的阶段，从t g 曲线上看，曲线急剧下降，从d t g 曲线上看失 重速率增大，并有一个峰值，之后速率减小，其温度范围为4 0 0 5 0 0 左右；燃 尽阶段，t g 曲线又趋于平稳，其温度范围为5 0 0 以后。 2 4 04 0 0 6 0 0 t e m p e 献u 陀( 。c ) 混合t o 曲线 t e m p e r a t u r e ( 。c ) 混合d t g 曲线 图3 5 混合物的t g 、d t g 曲线 一cp上j、紧一m功c晒co_co一m5cmq 第3 章燃料尺寸对垃圾燃烧特性影响的热重分析 3 2 1 6 煤的热重实验 实验得到图3 6 所示t g 、d t g 曲线，从图3 6 可以看出，煤燃烧可分为三 个阶段【2 9 1 ：干燥阶段、挥发分析出燃烧、焦炭燃烧阶段及燃尽阶段。干燥阶段， 温度较低，失重量较少，从t g 曲线上看曲线比较平稳；挥发份燃烧阶段，物料 中的挥发分开始析出燃烧，随着温度的升高，析出量增大，从t g 曲线上看曲线 从3 6 0 左右急剧下降，煤与垃圾成分不同之处在于其着火温度更高，挥发分含 量相对垃圾少，焦炭含量多，故从d t g 曲线上看失重速率不断增大，在4 0 0 左右形成一个峰值，此温度区域正好为焦炭燃烧区间，可见此峰值为挥发分与 焦炭燃烧产生的，此阶段结束在6 1 0 左右；燃尽阶段，t g 曲线又趋于平稳， 其温度范围为6 1 0 以后。 嚣 i p 至 2 萤 多 煤的t g 曲线 三 乓 邑 吕 毛 o t - 丢 兰 主 吕 8 6 4 2 0 04 0 00 t e m p e r a t u r e ( 。c ) 煤的d t g 曲线 图3 6 煤的t g 、d t g 曲线 3 2 2 分析与讨论 3 2 2 1 尺寸对着火特性，燃尽特性的影响 利用t g 、d t g 曲线确定了着火温度：其方法为：在一张t g 、d t g 曲线图 上，过d t g 峰值作垂线，与t g 有个交点，过该交点作切线与失重始点的切线 相交，交点即是着火温度。燃尽温度的确定：t g 曲线上质量开始不变处的点 对应的温度为燃尽温度。 图3 7 为各种物料不同尺寸的着火温度、燃尽温度随尺寸变化曲线，从图中 可见，着火温度土豆、塑料和混合物随着尺寸的增大而升高，而纸屑、木屑、 煤着火温度随着尺寸增大先上升后降低，木屑、纸屑在3 - - - 4 m m 之间达到最大值， 煤则在0 1 8 0 6 m m 之间达到最大值。这是因为尺寸小的物料其比表面积增大， 使得燃烧反应的面积增大，且表面热阻减小，因而升温速率快，反应速率也随 之加快，从而在更低的温度下也能着火，然后纸屑、木屑与煤曲线之所以会上 升后有下降，即在一定尺寸时出现极值点，由于当比表面积小到一定程度时， 起决定作用的是反应容器里的压强，尺寸越大压强越大反应速率增大，从而导 2 7 第3 章燃料尺寸对垃圾燃烧特性影响的热重分析 致着火温度略低于极值点。 燃尽温度随着尺寸的变化不同物料情况不一样。纸屑和煤燃尽温度趋势随 着尺寸的增大而升高。燃尽温度之所以随着尺寸增大而升高，是因为尺寸越大， 反应的比表面积减小，0 2 扩散到燃料内部的速率随之降低，反应速率降低( 这 从图3 2 可以看出) ，使得反应持续更长时间。而土豆、木屑、塑料以及混合物 的大体趋势是随着尺寸的增大，燃尽温度先上升，到达一峰值后下降，也就是 存在一极值点，土豆的极值点出现在3 5 m m 之间，木屑的极值点出现在2 - - 4 m m 之间，塑料和混合物的极值点出现在3 4 m m 之间。这是由于反应速率随着尺寸 越大反应速率越小，但当尺寸大到一定值，压强起导向作用，尺寸越大，压强 越大，燃烧速率越大( 从d t g 曲线可以看出) 。 2 6 5 ， 2 6 4 u 2 6 3j | ；2 6 2j 囊2 6 lj 孓 2 6 0j 2 5 9 j 22 533 544 555 5 尺寸：1 1 1 1 1 1 土豆着火温度、燃尽温度随尺寸变化曲线 4 6 0 4 弼u 4 5 6 嫡 4 s 4 褒 4 5 2 餐 4 5 0 4 4 8 22 533 54t55 尺寸? 槲n 木屑着火温度、燃尽温度随尺寸变化曲线 -