生活污泥与煤混烧的热重试验研究

1 /2 3 /4 2 /5 1 /2 1 /3 2 /3 1 /3
指前因子 A / L·min － 1 68 1 458 112 565 188 1 531 133 600 63 13 920 281 78 6 989 098 268 60 641 946 18 603 533 666
相关系数 R 0． 980 42 0． 980 2 0． 985 5 0． 987 59 0． 984 3 0． 982 46 0． 983 15 0． 982 39 0． 976 43 0． 986 98 0． 990 47 0． 975 19
［7 ］
， 研究了 泥 煤 不 同 掺 混比 例 对 试 样 着 火、 燃尽
图1
污泥和煤不同比例掺混 TG 图
特性的影响。
收稿日期: 2009 － 07 － 29 ; 作者简介: 楼 修订日期: 2010 － 05 － 07
基金项目: 广东省科技开发基金资助项目( 2008B080701004 ) 波( 1965 － ) ， 男， 浙江义乌人， 华南理工大学副教授， 博士．
［8 ］
图4
污泥混煤的燃尽温度曲线
图5
污泥混煤燃尽特性曲线
。
根据 TG 和 DTG 曲线绘制着火温度和燃尽温度 曲线如图 3 和 图 4 所示。 纯 污 泥 的 挥 发 分 含 量 高， 着火温度在 317 ℃ ， 随着掺煤比例的提高， 着火温度 提 高， 直到接近 400 ℃ 。由图 4 可知， 随着掺煤比例 增加， 燃尽温度表现出先升高后降低再升高的规律， 这是挥发分和发热 量 同 时 变 化 的 共 同 影响 结 果， 掺 混比例在 50% 左右燃尽 温度 最低， 约 670 ℃ 。 按 式 ( 1 ) 计算燃尽特性指数 绘 得 混 煤 燃 尽 特 性 曲线 如图 5 所示， 在本试验的污泥和 煤 成分 及 颗粒粒 度 下， 掺 煤比例在 40% 左右， 燃尽 程 度 最 高， 而 偏 离 此 范围， 燃尽程度下降。可 见 污 泥 掺 煤 燃烧， 其燃尽特性存 在一个最佳的比例范围。
第 26 卷第 1 期 2011 年 1 月
热
能
动
力
工
程
JOURNAL OF ENGINEERING FOR THERMAL ENERGY AND POWER
Vol． 26 ， No． 1 2011 Jan． ，
文章编号: 1001 － 2060 ( 2011 ) 01 － 0114 － 03
生活污泥 与 煤混烧的 热重 试 验研究
表1
V ar 35． 31 12． 81
试样样品的工业分析
FC ar 5． 42 45． 4 A ar 56． 61 30． 93
( % ( wt) )
低位发热量 / kJ·kg － 1 8 515 23 334
引
言
焚 烧 是 大 批 量 处 理 污 泥 的 较 佳 方 式， 但 污 泥水
分大 ， 需与煤等 辅 助 燃 料混 合 才 能 实 现。 污 泥 与 煤 成分的区别决定了污泥与煤混燃的特性与单纯煤燃 烧不一样。国内外很多学者采用热重分析法对不同 Rico M F 等 类型污泥与煤混烧进行了研究。Gómez人针对 17 种污泥进行了热重分析试验， 根据裂解 和 燃烧曲线的不同， 将污泥分成 3 类
127． 45 29． 62
30% 污泥 + 70% 煤
420 ～ 640 315 ～ 435
－ 2 /3
－ 1)
－1
170 103． 93
100% 煤
( 1 － α) ( ( 1 － α)
－ 2 /3
2 /5
435 ～ 690
－ 1)
－ 6 /5
176． 48
4
化学动力学研究
热重分析仪中气体和固体之间的反应速率可以
100% 污泥
300 ～ 510 510 ～ 640 150 ～ 390
70～ 640 150 ～ 395
50% 污泥 + 50% 煤
395 ～ 640 150 ～ 420
( － ln( 1 － α) ) ( 1 － α) ( ( 1 － α)
2 /5
第1 期
楼
波， 等: 生活污泥与煤混烧的热重实验研究
· 115·
图2
污泥和煤不同比例掺混 DTG 图
图3
污泥混煤的着火温度曲线
3
试验结果分析
由图 1 和 图 2 的 TG 和 DTG 曲线 可 以 看 到， 失
重较为明显区域为 200 ～ 700 ℃ ， 掺 煤 比 例 小 时， 温 度在 200 ～ 400 ℃ 区 域 的 失 重 率 大， 掺 煤 比 例 大 时， 温度在 400 ～ 700 ℃ 区 域 失 重 率 大。 污 泥 单 独燃烧 时低温段的 DTG 峰较宽， 高 温 段 的 DTG 峰 较 窄， 可 DTG 主要 表 现 见燃烧集中在低 温 段。 掺 煤 燃烧 时， 为两 个 峰， 掺 煤 比 例 较 小 ( ＜ 30% ) 时， 污泥焚烧析 出的挥发分含量高且成分复杂， 低 温 段 DTG 峰 的 跨 度大， 各挥发分的析出相互叠加交叉在一起， 其峰值 大; 而 当 掺 煤 比 例 较 大 ( ＞ 70% ) 时， 由 于 混 合试 样 的挥发分含量低， 低 温 段 DTG 峰 窄 且 峰 值 低， 高温 段固定碳燃烧 的 DTG 峰 宽 且值 较 大。 在 固定 碳 的 燃烧阶段， 最大失重率对应的温度比较相近， 随掺煤 比例的增大， 试样中的固定碳含量增大， 最大失重率 迅速增加。 3． 1 燃烧特征值点的确定 用 TG － DTG 法即 切 线 法 来 确 定 掺 混 试 样 的 着 火温度， 以烧 掉 98% 可燃 质时 的温度 点为 燃 尽 点， 定义该温度为燃尽温度 3． 2 燃尽特性指数 10］的 方法 确 定 燃 尽 特 性 指 数， 按文献［ 将 TG 曲线上着火点对应的试样失重量与煤中可燃质含量 的比值定义为 初始 燃 尽 率 f1 ， 将 试 样燃烧 失 重 从 开 始到燃烧 98% 可燃质的时 间 定 义 为 燃 尽 时 间 τ0 ， τ0 时刻所对应的试样失重量与试样中可燃质含量的比 值定义为总燃尽率 f， 则后期燃尽率 f2 = f － f1 。 定 义 煤样的燃尽特性指数为: C b = ( f1 ·f2 ) / τ0 尽性能越佳。 ( 1) C b 反映了试样 的 燃 尽 特 性， C b 越 大， 试样的燃
( 1 ) 通过污泥 与 煤 不 同 掺 混比 例 试验 发现， 失 重较为明显区域 为 200 ～ 700 ℃ ， 掺煤比例较小( ＜ 30% ) 时， 低温段 DTG 峰的跨度大， 而当掺 煤 比 例 较 DTG 峰 宽 且 值 大， 大( ＞ 70% ) 时， 与煤燃烧特性 ( 2) 接近。 ( 2 ) 随着污泥掺煤比例的提高， 着火温度提高。 通过研究燃尽温度和 燃 尽 特 性 指 数 发现， 燃尽最佳 的掺混比例约 40% 。 ( 3 ) 通过化学 动力 学 研究发现， 随 着 污 泥 量减 少和掺煤的比例增加， 活化能增加， 反应速率减慢。 参考文献:
· 116·
热
表2
能
动
力
工
程
2011 年
污泥掺混煤燃烧动力学参数
活化能 E / kJ·mol － 1 30 51 85 31． 41 52． 02 87． 15 27． 44
－1
试样
温度区间 T / ℃ 150 ～ 300
机理方程 f( α) ( 1 － α) ( 1 － α) ( 1 － α) ( 1 － α) ( 1 － α) ( 1 － α) ( 1 － α)
［1 ］
2
试验结果
70% 、 50% 、 30% 和 0% 的 对污泥含量为 100% 、
污泥 混 煤 掺烧 进 行 热 重 分 析试验， 得 到 TG 和 DTG 曲线如图 1 和图 2 所示。
。Otero M 等人
5% 和 10% 比 例 的 污 泥 进 行 热 重 实 对煤掺混 2% 、 验， 发现在污 泥 比 例 低 于 10% 时， 对 煤 燃烧 的 影响 较小
试样 M ar 2． 66 10． 86 污泥 煤
重—差热分析仪 进 行 热 重 分 析。 试验 气 氛: 氧 气 流 量为 17 ml / min， 氮气流量为 43 ml / min; 保护气氮气 流量为 20 ml / min; 升温速率 30 ℃ / min; 干燥煤和污 泥总质量为 10 mg。 1． 2 燃料成分 污泥与煤的工业分析如表 1 所示。
楼 波， 王小聪
( 华南理工大学 电力学院 广东省 绿色能源技术重点实验室， 广东 广州 510640 )
摘
要: 选取广州某污水处理厂污泥进行不同比例混 煤 掺 烧
1
1． 1
热重分析
试验设备及条件 采用 德 国 Netzsch 公 司 产 的 STA 409PC 型 热
的热重分析试验， 研究发现: 失重 较为 明显 区域 在 200 ～ 700 ℃ 范围。掺煤比例较小 ( ＜ 30% ) 时， 低温 段 DTG 峰 的 跨度 DTG 峰宽 且值 大， 大; 当掺煤比例 较 大 ( ＞ 70% ) 时， 与煤燃 烧特性接近。随着污泥掺煤比例的提高， 着火温 度 提 高。 通 过分析燃尽温度和燃尽特性指数， 得出本试验条件下 燃 尽 的 最佳的掺混比 例 范围 为 40% 左右。 化学动 力 学研究 发现， 随着污泥比例的降低和 煤 比 例 的 增加， 活 化 能 增加， 反应速 率减慢。 关 键 词: 污泥; 掺煤混烧; 热重实验; 着火温度; 燃 尽 特 性 指数 中图分类号: X703 ; TK16 文献标识码: A
［2 ］
。 Folgueras M B 针 对 煤 混 烧 污 泥 热 重 实验 。国 内 学 者 也对 煤 与 污 泥 混 烧 的 特 性 进