城市生活垃圾热解特性的TGDSC分析

气体!温度超过 > B ?P 后，开始大量析出挥发分， 主要是各类饱和烃和不饱和烃以及 , 等气 M和, M > 体，此时的 G H 曲线有一个明显的失重阶段! 挥发 分在; ? ?P左右基本析出完全，残余的半焦在此温 度下也开始分解，产生部分焦油和气体!纸、塑料 和橡胶的热解过程则明显不同：在 > B ?!; B ?P 温 度区间挥发分大量析出；温度继续升高，组分中较 稳定的聚合物开始裂解，经历了另一个明显的失重 阶段!K L , 曲线则显示了各组分在整个热解过程 中的吸、放热过程，可以看出，布料、木屑等只有 一个吸热峰，纸、塑料等有两个失重阶段的组分相 应地有两个吸热峰! 而 K L , 曲线吸热峰的位置和 K G H 曲线中峰的位置相吻合，表明垃圾组分在大 量析 出 挥 发 分 和 聚 合 物 裂 解 的 过 程 要 吸 收 部 分 热量! 热解过程中挥发分的大量析出阶段是整个热解 过程中的一个重要阶段!对于本实验中的组分，此 阶段是热解过程中活化能 %( 最高的阶段，并且此 阶段的失重量都较大，厨余、布料、木屑、秸秆、 纸、塑料、橡胶此段的失重量分别占总失重量的 B # +、 " ; +、 = : +、 = ? +、 = = +、 = ; +、 = : +! 表>给出了城市生活垃圾典型组分热解的特征
引
言
城市生活垃圾的焚烧处理可实现垃圾的减量
圾挥发分含量高，热解过程对整个垃圾焚烧过程有 重要影响，国内外学者也对不同城市垃圾的热解特
［ ］ > ! ! 性做了相关研究 ’由于城市生活垃圾的组分多
化、无害化和资源化，目前国外正大力普及这项技 术，以获取其中的能量用于供热或发电’) * * *年 日本垃圾发电装机容量已达到 ) * * *JK，并计划 在) * > *年达到B * * *JK， ) * * )年前在每个百万人 口以上的大中型城市建) ! "座现代化垃圾发电厂， 装机容量不低于" * JK’目前我国也积极进行垃圾 焚烧技术和焚烧设备的研究和研制’ 北京市朝阳区 日处理量为> " * * :生活垃圾的绿色环保电站即将开
? 工，预计并网后年发电量可达> ・ ’ " E V > * R K 2 ’
且复杂，热解特性差别较大，因此本文重点针对 # 种典型的可燃垃圾组分进行了 O PCQ F 1 分析，目 的在于研究城市生活垃圾的热解特性，获得垃圾热 解的反应动力学参数’
> 热分析方法
K L K 实验仪器 热分析实验采用 法 国 F < O W AJ 公 司 的 X A N U （O F Y F热分析仪’ 该仪器可进行热重 C 差热 PC ） 和热重 差式扫描量热 （ ） 分析 Q O A C O PCQ F 1 ’
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关键词
城市生活垃圾
热重分析
差示扫描量热分析 文献标识码 A
热解特性
动力学参数
中图分类号 @# * !
ห้องสมุดไป่ตู้
文章编号 * （ ） B " ? C > > ! # ) * * ) * # C * # ! D C * E
! "#$ % &% ! ’ $ () *+ ( , ) ( % . %& / 0 , 0 & ! 1 , . % ! . & % ) 2 3’ * . & . + 0 -% ) . $ 40 % ! 1 %
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< 热解动力学及反应模型
5 " ! 动力学方法 根据 G H，K G H 曲线可获得垃圾热解的动力学 参数!认为垃圾在热重天平中热解反应速率常数遵
N #的条件下 ・ （根据 ! 的不同 参数!在 !Q # ?O . * 0 ［ ］ " 热解特征参数会有所变化 ） ，热解起始温度秸秆
! " 5 实验条件 选取 的 垃 圾 组 分 在 F 气氛下进行了 G H > （2 （$ 6 1 % . % ( J * . 1 2 % L , * A A 1 % 1 0 2 * ( 4) 9 ( 0 0 * 0 I &）和 K I ） 分析!反应容器为 5 坩埚；载气为 9 ( 4 % * . 1 2 % 4 M & > < N #；升 纯度@ ，其流量为 < ・ @ ! @ @ @ +的 F B. 4 . * 0 >
最低，纸最高，分别为> < =P和< ? ;P；挥发分析 出的持续时间厨余最短，橡胶最长，分别为 <. * 0 和# #. * 0 !而挥发分全部析出的温度基本在 > B ? ! ; ? ?P之内!同时表>也给出由 K L , 曲线求得的热 解反应焓!
> 垃圾热解特性
# " ! 热解 $ 678 9 : 曲线 不同 组 分 垃 圾 的 热 解 实 验 中， 热 解 终 温 为 # ? ? ?P!本文中定义试样的失重率" 为
，7 ，( ，( . 5 6 / 0 * "7 8 9 : 0 * "< = 9 > 6 : 0 )5 6 ? : @ 8 A : : B. *4 9 6 ? : ; ;? ; ;
（! ，8 " # $ %C& 3 . ) $ % $ " $ * 1 , * ) )6 . % . * * 1 % . ’ % . * ) *9 , ( : * ; , % * . , * )，= * % % . * * * ? * ’ % . (） ’ ( ) *+ * ( , $ % ./ ( 0 1 ( $ 1 45 7 7，8 2 4< > 7> 2，
第! "卷
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第 #期 年 ) * * ) #月
垃圾焚烧可分为热解和燃烧两个阶段，由于垃
) * * > C * B C > E收到初稿， ) * * > C > ) C ) *收到修改稿’ 联系人：林伟刚’第一作者：李季，男， ) ?岁，博士’
・. ,・
化
工
学
报
> ? ? >年 "月
! " # 实验物料 城市生活垃圾中的可燃组分主要可分为纸、厨 余、纤维、木竹、塑料、橡胶类!本文针对这几类 垃圾选取了纸、厨余、布料、木屑、秸秆、塑料、 橡胶这"种典型的垃圾组分进行热分析实验! 表 # 给出了各种垃圾组分的工业分析数据!
： , 9 G 9 6 M 9 BB ? E 9 ) * * > C * B C > E ’ ：X ：I & A F F 9 D A : B 6 : ? = E 8 A F 7 ZK 3 5 / . ’1C> ? 6 O & 5 ."2 % 4 3 ’ = = = N ; 5 3 ’ / 6 ’ 6 . H
N #；试 样 主 要 为 粉 末 状 为# ・. 温速 率 （!） ?O * 0
（ ，其中纸和布料为薄片状 （最大 ? ! > : ! ? ! ; B. .） 直径不超过#. ；试样的质量为 @ ， .） ! B ! # # ! ?. I
［ ］ = 保证反应过程中试样的温度均匀 ；试样在实验
前放入# ? BP的恒温炉中干燥#6 !
化
工
学
报
） + % , . / &% 0 1 2 3 4 5 6 / &7 . 8 , 9 : . 8 < . 5 . 3 3 5 . 2 5 . / ; / = = （1
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研究简报
城市生活垃圾热解特性的 ! "#$ % & 分析
李 季 张 铮 杨学民 姚建中 林伟刚
$ % & ’ ( ! ) * + , . % / ( % 0 % ’ 2 2 + 3 ( , ( * . ( 0 / % ’ 1 4 （ ， ） 2 % . ’ ( 2$ % ( ) * )+ &’ 4
, . 0 1 0 2 ) / ( 1 % / / A $ 2 1 8 2 * 4 1 C $ ) 2 % ( C D 3 , % E ’ ’ 1 % 3 4 ( 2 * 4 1 : ; ! < = : > ! ; " @ = ! B # : " ! ; B : > ! ; B : < ! " < = = ! < ; 5 ) 6 # > ! " ? # " ! ; @ ? ! ; ; ? ! > " B ! ; = < ! B ? ? ! " ; 7 * 8 1 $ 9 ( % ’ 0 > ! @ ; ? ! ? ; < ! ? B # > ! > : # > ! ? @ # > ! " " < > ! @ >
（中国科学院过程工程研究所多相反应开放研究实验室，北京 > ） * * * ? *
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（J ） — — — ，0 ，: ，I ， 0 C D E F ? G E F 3 G 3 .: 5 6 / &6 % 4 % . 3 . : 95 .4 , . 5 6 5 / &9 % & 5 8I / 9 : 3 9 F K 9 / 3 % % 8 3 L : 5 & 3 % % 8 ; H H H H H & / 9 : 5 6/ . 8, M M 3 -I 3 36 2 % 9 3 ./ 9: 2 3: 2 3 4 % / G 5 4 3 : 5 6/ . / & 9 5 99 / 4 & 3 95 .: 2 5 9H / 3 -: %9 : , 8 2 3 9 : / I， H = ; H H ;: （O ， % & 9 5 9 6 2 / / 6 : 3 5 9 : 5 6 9 ’ N 2 3 : 2 3 4 % / G 5 4 3 : . 88 5 0 0 3 3 . : 5 / & 9 6 / . . 5 . / & % 5 4 3 : PCQ F 1） / . / & 9 5 9 H ; ; ;: = ;/ =6 ; ; ’ % & 9 5 9 6 2 / / 6 : 3 5 9 : 5 6 9 % 0J F K 9 6 % 4 % . 3 . : 9 / . 8H % & 9 5 9 3 . 8 % : 2 3 4 / & 3 . : 2 / & 3 3% M : / 5 . 3 8 ’O 2 3R 5 . 3 : 5 6 H ; ; H ; ; H ;I / / 4 3 : 3 9 % 0 % & 9 5 9I 3 38 3 : 3 4 5 . 3 8I 5 : 2: 2 3Q % & 34 3 : 2 % 8/ . 8/4 , & : 5 C 9 : / 3 0 5 9 :% 8 3 -H % & 9 5 94 % 8 3 & H H ; ; ; = ; ; I / 9H % % 9 3 8 ’O 2 3 9 5 4 , & / : 3 8 3 9 , & : 9 M : 2 5 94 % 8 3 & 9 2 % I 3 8 % % 8 / 3 3 4 3 . :I 5 : 2 : 2 3O P3 L 3 5 4 3 . : / & 8 / : / ’O 2 3 H ; = = H ， % & 9 5 9 6 2 / / 6 : 3 5 9 : 5 6 9 % G 5 8 3 9 5 . 5 0 5 6 / . : / / 4 3 : 3 9 : %/. 3 I6 % . 6 3 : % 0 6 5 6 , & / : 5 . 0 & , 5 8 5 S 3 8M 3 8 5 . 6 5 . 3 / : % H ; ; H = H H = I 2 5 6 26 / . 9 5 4 , & : / . 3 % , 9 & 3 9 : / 5 . : 2 32 5 2 C : 3 4 3 / : , 3T 1 & 6 % % 9 5 % ./ . 83 4 5 9 9 5 % .% 0 8 5 % L 5 . 9 ’ ; = H ， ， ， ，R % & 9 5 9 6 2 / / 6 : 3 5 9 : 5 6 9 H 9 J A F B D J F K 9 : 2 3 4 % / G 5 4 3 : 8 5 0 0 3 3 . : 5 / & 9 6 / . . 5 . / & % 5 4 3 : 5 . 3 : 5 6H / U H ; ; = ; =6 ; I / 4 3 : 3 9