第18卷第2期燃燒科學(xué)與技術(shù)Vol.18 No.22012年4月Journal of Combustion Science and TechnologyApr. 2012印染污泥與木屑混燃特性及動(dòng)力學(xué)寧尋安，魏培濤，劉敬勇，張凝，周劍波，楊佐毅，李磊(廣東工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣州510006)摘要:采用綜合熱重分析法 ，在不同升溫速率及印染污泥與木屑不同比例混合條件下，對(duì)印染污泥、木屑及其混合物的燃燒特性進(jìn)行了研究.結(jié)果表明，印染污泥的熱重曲線存在4個(gè)明顯的失重峰，分別與水分的析出、兩個(gè)揮發(fā)分的析出以及固定碳的燃燒階段相對(duì)應(yīng)、混合試樣燃燒過程中，污泥和木屑基本保持各自的揮發(fā)分析出特性，其燃燒曲線位于污泥和木屑燃燒曲線之間，且混合試樣微熵?zé)嶂厍€的變化趨勢(shì)與組成比例較大的成分dTG曲線變化趨勢(shì)較為接近.污泥與木屑混合后其綜合燃燒特性指數(shù)SN有所增大，說明揮發(fā)分含量越高對(duì)應(yīng)的燃燒特性越好;采用積分法(Coats- Redfern方程)計(jì)算得到各階段燃燒反應(yīng)的機(jī)理方程及相應(yīng)的活化能參數(shù)，分析表明單- -印染污泥燃燒的活化能較低，活化能的大小與試樣的燃燒階段是相對(duì)應(yīng)的.關(guān)鍵詞:印染污泥;木屑;燃燒特性;動(dòng)力學(xué);活化能;熱重分析中圖分類號(hào): X705文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào): 1006-8740 (2012)02-0131-08Co-Combustion Characteristics and Kinetics ofTextile Dyeing Sludge and SawdustNING Xun-an，WEI Pei-tao, LIU Jing-yong, ZHANG Ning, ZHOU Jian-bo，YANG Zuo-yi, LILei(Faculty of Environmental Science and Engineering，Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006，China)Abstract: The combustion characteristics of textile dyeing sludge，sawdust and their mixtures with different propor-tions were studied by thermogravimetric analysis (TG-DTG) at different heating rates. The results indicated that thereexisted four obvious weightlessness peaks of the textile dyeing sludge combustion curves，which were correspondingto moisture exhalation，two volatiles of exhalation and fixed carbon combustion. During the blend combustion proc-ess，the textile dyeing sludge and the sawdust basically maintained their own volatile of exhalation characteristics.The combustion curve of the sludge-sawdust blends was located between the combustion curves of sludge and saw-dust. DTG curve of the blends was closer to that of the larger proportions. Comprehensive combustion characteristicindex SN of the sludge-sawdust blends was bigger than that of the sludge or the sawdust, which demonstrated thathigher volatility had better combustion characteristics. Both the combustion reaction equation during the differentcombustion periods and the corresponding kinetic parameter were calculated by the Coats- Redfern equation. The datashowed that the value of activation energy was related to the combustion process and the single textile dyeing sludgeburning had lower activation energy.Keywords: textile dyeing sludge; sawdust ; combustion characteristic; kinetics; activated energy; thermo-gravimetric analysis印染污泥是印染廢水處理的二次產(chǎn)物,由于印染屬元素,具有較大的生物毒性,對(duì)環(huán)境的污染性很污泥含有染料、漿料、助劑以及銅、鉻、鋅、砷等重金強(qiáng)凹與其他廢物的處理一樣,印染污泥的減量化、中國煤化工收稿日期: 2011-08-18.基金項(xiàng)目:廣東省教育部科技部企業(yè)科技特派員行動(dòng)計(jì)劃專項(xiàng)基金資助項(xiàng)目(2009B09060000MHCNMH G作者簡(jiǎn)介:寧尋安(1967- ), 男，博士，教授.通訊作者:寧尋安, ningxunan666@ 126.com.●132.燒科學(xué)與技+術(shù)第18卷第2期無害化、資源化是印染污泥處理的發(fā)展趨勢(shì).污泥的對(duì)象，采用綜合熱重分析儀對(duì)其燃燒特性進(jìn)行了研焚燒處理技術(shù)可以使污泥同時(shí)實(shí)現(xiàn)減容、穩(wěn)定化和無究,考察了升溫速率及其污泥與木屑不同的混合比例.害化并可以同時(shí)以熱源或氣源的形式回收污泥中部條件下的失重特征,并進(jìn)一步采用Coats-Redferm 方分能量,是- -種有效的污泥處理方法.程求解了污泥燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù),以期為印染污泥熱重分析是研究固體化學(xué)反應(yīng)特性的重要方法,生物質(zhì)燃料的制備、焚燒設(shè)備的運(yùn)行及燃燒工況的組它廣泛應(yīng)用于固體熱化學(xué)反應(yīng)特性的研究2.國內(nèi)外織提供指導(dǎo).很多學(xué)者采用熱重分析法對(duì)不同來源、不同混合比例污泥及其與煤混合燃燒行為進(jìn)行了研究Font 等3]分1材料與方法析比較了7種污泥的熱重曲線,指出具有不同理化性質(zhì)的污泥在燃燒過程中表現(xiàn)出很大的差異.Otero1.1 試樣等4分析了3種不同類型污泥的燃燒過程,并對(duì)它們所用污泥采自廣東東莞市麻涌鎮(zhèn)某印染廠的脫與煤混燒時(shí)燃燒特性參數(shù)的變化規(guī)律進(jìn)行了研水車間,將污泥自然干燥7d,研磨后過80目篩(孔究.溫俊明等可從污泥的熱重分析曲線出發(fā)，得到由徑0.18 mm) ;實(shí)驗(yàn)?zāi)拘紴閺V東某家具廠鋸末,木屑為3個(gè)獨(dú)立、連續(xù)的平行反應(yīng)組成的動(dòng)力學(xué)模型,并求空氣干燥基,研磨后過80目篩.混合樣為污泥、木屑得熱解動(dòng)力學(xué)參數(shù)和方程.廖艷芬等0)通過對(duì)城市污按照4種不同比例的混合而成,其中木屑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)水污泥的熱重、微分熱重和差示掃描量熱曲線的分析分別為20%、30%、40%和50%.對(duì)比,獲得污水污泥熱解和燃燒不同階段的特性.呂印染污泥中主要的重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用火焰清剛等”通過對(duì)一種煤和兩種城市污水污泥(S;和原子吸光譜法(FAAS)測(cè)定(Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用原子熒S)及其混合物進(jìn)行了熱解實(shí)驗(yàn)研究,揭示了煤和污光光度計(jì)測(cè)定)，原污泥中的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)見表1，泥在氮?dú)庵械臒峤馓匦约拔勰鄬?duì)煤熱解特性的影.從表中可以看出印染污泥中Cr、Zn和Cu的質(zhì)量分響.目前的研究主要集中于城市污水污泥及其與煤數(shù)比較高.污泥和木屑的元素分析和工業(yè)分析見表2混燃,對(duì)工業(yè)污泥與木屑混燃的研究較少,特別是對(duì)所示，可以看出印染污泥具有高揮發(fā)分、低固定碳和印染污泥中添加木屑等生物質(zhì)的燃燒特性的影響研較高熱值的特點(diǎn),而木屑具有低固定碳、高熱值和高究較少.鑒于此,本實(shí)驗(yàn)中以廣東東莞市麻涌鎮(zhèn)某印揮發(fā)分的特點(diǎn).染廠脫水車間經(jīng)過帶式壓濾機(jī)脫水后的污泥為研究表1印染污泥中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)/(mg . kg'樣品NiCrZnCuCdAsHg印染污泥5.7538.781 429.00652.7011.32133.23.4815.05表2各試樣的元素分析和工 業(yè)分析及發(fā)熱量元素分析%工業(yè)分析%發(fā)熱量Qnt.ad/樣品編號(hào)木屑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%WH.ad Wo,and WN.ndWs.udMsVaAnd| Fc.a(MJ●kg )024.20 6.08 25.35 3.222.76| 11.70 44.7136.047.5811.142027.73 6.12 26.93| 3.41 2.43| 10.96| 52. 15| 29.11| 7.8 112.168029.50 6.14| 27.72| 3.502.26| 10.59| 55.87 25.64| 7.9212.6731.266.1628.513.592.0910.22| 59.5922.17| 8.0413.185033.036.18 29.31| 3.691.939.85| 63.31| 18.71| 8.1513.700041.866.28 33.26 4.151.098.00 81.91 .1.37| 8.7216.25注:混合樣按照加權(quán)平均的方法計(jì); M為水分，V為揮發(fā)分，A為灰分，F(xiàn)為固定碳，ad 為空氣干燥基1.2 實(shí)驗(yàn)裝置驗(yàn)氣氛為空氣、氮?dú)?升溫速率范圍0.1 ~ 30 K/min.采用德國耐馳公司生產(chǎn)綜合熱分析儀1.3實(shí)驗(yàn)條件(STA409PC)，可獲得試樣的熱重曲線(thermogravim-試樣自然干燥7d,經(jīng)過研磨、篩分,樣品粒徑小etry, TG)、微熵?zé)嶂厍€(differental thermogravim-再樣;升溫速率中國煤化工etry, DTG).主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下:熱天平精度1 ug;20 K/min;試(圍空氣,流量CNMHG最大試樣量1 000 mg;溫度范圍室溫至1 400 °C;實(shí)為50 mL/min.2012年4月寧尋安等:印染污泥與木屑混燃特性及動(dòng)力學(xué)●133●這是由于:①污泥中灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)36.04%, 其自2實(shí)驗(yàn)結(jié)果 與分析身固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低;②污泥燃燒的過程是從顆粒表面逐漸到內(nèi)部,最后才接觸到固定碳,并且由于揮2.1污泥的熱重 曲線分析發(fā)分析出燃燒又消耗掉了試樣周圍大量的氧氣,從而從單- -的印染污泥在不同升溫速率10 K/min.阻礙了固定碳同氧氣接觸的機(jī)率"。只有當(dāng)溫度相20 K/min、30 K/min下的TG和DTG曲線可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)高時(shí)，揮發(fā)分燃燒完之后,固定碳才開始燃燒,因印染污泥的燃燒過程存在4個(gè)失重峰.由于采用自此，在1062 K左右才出現(xiàn)固定碳的失重峰.這說明污然風(fēng)干后的污泥樣品,所以圖1(b) 顯示第1個(gè)失重泥在燃燒過程中,高揮發(fā)的析出和燃燒起主要作用.峰較小,此階段(324 ~ 437 K)失重主要是由于印染污木屑的TG和DTG曲線明顯不同于污泥,由圖泥中的自由水和化學(xué)結(jié)合水析出引起的,水分蒸發(fā)吸，1(b)可以發(fā)現(xiàn)在木屑的燃燒過程中存在3個(gè)明顯的收汽化潛熱，表現(xiàn)在DTG曲線上有一-個(gè)吸熱峰8);第失重峰,第1個(gè)失重峰出現(xiàn)在415K之前,失重量約2和3個(gè)明顯的失重峰(461~669K溫度段和690~占試樣初始質(zhì)量的7%左右, 這部分失重是由于試樣920 K溫度段)主要是由于印染污泥中揮發(fā)分的析出失水引起的.第2個(gè)失重峰在483K時(shí)開始，并在和燃燒引起的,在這一階段揮發(fā)分大量析出并發(fā)生劇650K左右很快結(jié)束,最大失重率溫度為605K,對(duì)烈燃燒相關(guān)文獻(xiàn)指出這一階段 析出物主要成分是比前人關(guān)于生物質(zhì)熱解反應(yīng)機(jī)理的研究結(jié)果,可以認(rèn)CO2和CO,也有少量的水蒸氣產(chǎn)生.第4個(gè)失重峰為,第2個(gè)失重峰主要是由于半纖維索和纖維索的熱(948~1 137 K)不是很明顯,應(yīng)該是污泥中少量固定解引起的21.在該實(shí)驗(yàn)條件下,半纖維素和纖維素的碳的燃燒過程,根據(jù)Conesa 等'對(duì)污泥中有機(jī)物的失重速率峰疊加成了一個(gè)峰,事實(shí)上對(duì)小顆粒生物質(zhì)存在狀態(tài)研究可推測(cè)在948~1 137 K溫度段燃燒的試樣來說，在較低升溫速率下分別由于半纖維素和纖有機(jī)物主要是不能生物降解的腐殖質(zhì)和細(xì)胞壁纖維維素?zé)峤饪赡軐?dǎo)致兩個(gè)分離的DTG 峰,較低溫度區(qū)素等材料.揮發(fā)分的析出過程中在兩個(gè)不同的溫度的峰對(duì)應(yīng)于半纖維素的熱解,而高溫度區(qū)的峰則是由段(461~669K溫度段和690~920K溫度段)有明顯纖維素?zé)峤庖鸬?3!.第3個(gè)失重峰出現(xiàn)在683 ~的失重峰,這應(yīng)該是污泥所含揮發(fā)分成分比較復(fù)雜，873K溫度段，纖維素的主要熱分解區(qū)在520~各成分化學(xué)鍵強(qiáng)弱不一造成的10.至于污泥中固定770K,熱解后碳量較少,熱解速率很快,而木質(zhì)素較碳的燃燒過程(948~1 137 K),失重峰不是很明顯,難熱解，熱解速率在670 K以后出現(xiàn)峰值4.在熱解溫度高于770K,半纖維素和纖維素的熱解基本結(jié)20束,此時(shí)以木質(zhì)素的熱解為主.由此可知第3個(gè)失重0峰主要是木質(zhì)素的熱解引起的,木質(zhì)素緩慢分解，并1, =30 K/min50.6.0 =20 K/m.1,0 =20 K/min在最后生成碳和灰分,此時(shí)的微分值變化緩慢.1,0=10K/m/min以空氣為載體,分別以10K/min 、20 K/min和30 K/min的升溫速率,升溫至1473K.由圖1和表3可以看出,升溫速率對(duì)印染污泥燃燒有明顯的影200 400 600 800 1000溫度/C響.隨著升溫速率q的增大,dtG曲線向高溫區(qū)移(a) T(動(dòng)，峰值變大,燃燒區(qū)間變寬,燃燒失重速率變大,燃燒變得更加劇烈. (p為升溫速率; T; 為著火溫度;(do/dr) max為最大燃燒速率; (dald)man 為平均燃1,φ =20 K/min燒速率; Tmax 為最大燃燒速率; (da'dr) max為對(duì)應(yīng)的1.9 =30 Kimi峰值溫度; Tn為燃盡溫度; 0為燃盡時(shí)間; ATin 為半峰寬溫度; p為最大失重率對(duì)應(yīng)的時(shí)間; te 為著火0-T.p =20 K/min時(shí)間; 01n2 為半峰寬所對(duì)應(yīng)的時(shí)間).升溫速率q岫10 K/min提高到30 K/min,污泥的燃盡時(shí)間田由78.0 min降到28.1 min.最大燃燒速率(b) DTG(do'd) max從中國煤化工%min,達(dá)到最圖1印染污泥和木屑燃燒TG和DTG特征曲線大燃燒速率CNMHG8.0min和。134●燒科學(xué)與技術(shù)第18卷第2期表3各試樣的燃燒特 征參數(shù)樣品.(do/dr) ma/(do/d) men/編號(hào)q(K .min')T/K(% . min-)(%. min ')Tmev/KT/K o/min△Tin/K| 1/min1/min| S1n/min1(519.002.01584.31057| 78.052430.724.324.72(524.401.551072| 40.753017.314.13531.905.952.20605.01081| 28.151412.710.610.2542.006.351.7109.11 060| 40.155417.815.015.220547.507.481.80611.4.1049| 39.45917.91515.5550.408.751.91612.71030 38.756118.015.6552.509.461.94613.01007| 37.756015.42553.512.173.09609.8838 29.14915.315.113.7 min,燃盡時(shí)間減少了49.9 min.可見升溫速率樣有一些差異,并且隨著木屑添加量的增加,混合試越高，反應(yīng)越快,有機(jī)物分解也越快.但是污泥中的樣最大失重率與污泥相比有所升高,燃燒峰變寬,燃有機(jī)質(zhì)分解需要一定的時(shí)間,因此,當(dāng)升溫速率增加燒變得更均勻.這主要是由于混合燃料中木屑揮發(fā)時(shí),樣品內(nèi)部不能及時(shí)升溫?fù)]發(fā)和燃燒導(dǎo)致燃燒滯后分的大量析出和燃燒，一方面加速了失重過程(表現(xiàn).的現(xiàn)象,導(dǎo)致污泥整體熱滯后現(xiàn)象的加重,致使曲線為該溫度段最大失重率的增大),另一方面析出的揮向高溫一側(cè)移動(dòng),部分可燃質(zhì)需在更高的溫度下逸發(fā)分燃燒又迅速消耗了大量的氧氣,從而使DtG曲出.另外,從圖1(b)和表3可以看出，升溫速率q由線上在235~ 385 K溫度段上出現(xiàn)明顯的失重峰,這10 K/min提高到30 K/min,污泥著火點(diǎn)T;提高了與純木屑在該溫度段的性質(zhì)相似.這說明了混合試12.9K, Tmax增加了20.7 K,燃盡溫度增加了24K.雖樣中污泥所占的比重和揮發(fā)分的析出對(duì)混合試樣的然在升溫速率增大的情況下,著火溫度和燃盡溫度都著火燃燒有較大的影響.有所升高,但是隨著燃燒速率的增大,達(dá)到著火溫度2.2污泥燃燒特性分析的時(shí)間和燃盡時(shí)間都大大縮短,這對(duì)著火和燃盡有利.著火溫度是衡量燃料著火性能的主要指標(biāo)，著火比較單一及不同比例混合試樣TG、DTG曲線的溫度越低,表明燃料的著火性能越好.本文采用TG-形狀,從圖2(a)和圖2(b)可以發(fā)現(xiàn)混合試樣的燃燒DTG方法來確定著火溫度T,各試樣著火溫度如表曲線基本.上位于污泥和木屑燃燒曲線之間,且存在33所示.印染污泥的著火點(diǎn)在519.0~ 531.9K,低于個(gè)明顯的失重峰,曲線的形狀視各試樣的含量而稍有木屑的著火點(diǎn)553.5 K,但其混合試樣的著火點(diǎn)在差別.混合試樣的失重峰峰值對(duì)應(yīng)的溫度與單- -試542.0~ 552.5K.由表3可見,污泥的著火溫度與污10泥的揮發(fā)分含量密切相關(guān),由于印染污泥中的揮發(fā)分, 5, φ=20 K/min含量很高并且比較難燃盡的固定碳的含量比較少,因此污泥易著火燃燒,著火溫度相對(duì)較低.由于污泥中的揮發(fā)分能夠在較低溫度下迅速析出,使得混合試樣60F, 2,0=20 K/min3, p =20 K/min的著火性能得到較大改善.在試樣燃燒過程中,揮發(fā)分的析出直接影響試樣oL的著火溫度,因此，單純用著火溫度來衡量印染污泥200 400 600 800 1 000溫度/C的著火特性是不夠的.為此采用揮發(fā)分特性指數(shù)(a)TGDI)對(duì)試樣燃燒揮發(fā)分析出情況進(jìn)行描述.由表4可2. φ=20 K/min以看出,升溫速率q由10 K/min提高到30 K/min,污泥揮發(fā)分特性指數(shù)D從1.262x10-8/(K2●min)升到3.597x10-8/(K2.min);這說明隨著升溫速率o的提-5+ 3.0=20高，印染污泥的揮發(fā)分析出特性指數(shù)有上升的趨-7 4,φ=205, φ=20 K/min勢(shì).升溫速率φ為20K/min時(shí),混合試樣的揮發(fā)分特K/min性指數(shù)D要比純印染污泥高,但是要比純木屑的揮94400 600800 1000溫度/發(fā)性特性指數(shù)中國煤化士的揮發(fā)分特性(b) DTG是污泥和木屑H.CN M H二眼木屑中揮發(fā)圖2污泥和木屑混合試樣燃燒TG和DTG曲線分含量比印染巧泥局有天(φ為開溫速率; D為揮發(fā)2012年4月寧尋安等:印染污泥與木屑混燃特性及動(dòng)力學(xué)， 135分特性指數(shù); fi為初期燃盡率; f2為后期燃盡率;f為數(shù); C為可燃性指數(shù)6, C越大，試樣的燃燒著火穩(wěn)總?cè)急M率; C,為燃盡指數(shù); Sv為綜合燃燒特性指定性越好).表4污泥的綜合燃燒特性參數(shù)樣品編號(hào)q(K.min')「D/(10 K-. min')f/%7%C/(10* . min-) SW/(10-°K-. min2) |C/(10-6 K2. min-)01.26229.51 68.51)825.920.5640.406202.56428.58| 69.40>848.752.2090.8303.59729.21 68.7971.464.2801.150226.82| 71.1847.612.4021.2133.95425.83| 72.0947.274.1891.4314.55123.97| 74.0145.865.1851.6874.95919.07| 78.940839.945.90215.43 82.4443.7914.645將試樣失重占總失重的98%時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度定義良好的綜合燃燒特性;分析認(rèn)為快速升溫可以使污泥為燃盡溫度Tn, 同時(shí)用燃盡指數(shù)C[7)來描述工業(yè)污提前進(jìn)入高溫段燃燒,使得污泥中較難燃燒組在較高泥的燃盡特性,可定義為溫度下得以充分燃燒,從而提高了試樣的燃燒效.C =(fXf)/T,(1)果.從表4中可以看出,隨著木屑添加量的增大混合式中:f為初期燃盡率，即TG曲線上著火點(diǎn)對(duì)應(yīng)的試樣的綜合燃燒特性指數(shù)SN單調(diào)增加,說明木屑的試樣失重量與試樣中可燃質(zhì)含量的比值;將試樣燃燒添加改善了印染污泥的燃燒性能;分析認(rèn)為在印染污失重從開始到燃燒98%可燃質(zhì)的時(shí)間定義為燃盡時(shí)泥中加入木屑,改善了污泥顆粒之間的結(jié)構(gòu),增加了間r。，T。時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的試樣失重量與試樣中可燃質(zhì)污泥顆粒空隙率,使得污泥顆粒間氧含量增加，從而含量的比值定義為總?cè)急M率f, 則后期燃盡率f2=f-提高了污泥的燃燒效果.fi.F反映了揮發(fā)分的相對(duì)含量,f越大工業(yè)污泥的.可燃性越佳;f2反映了工業(yè)污泥中碳的燃盡性能,fr3燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析越大工業(yè)污泥的燃盡性能越佳.燃盡特性指數(shù)綜合考慮了工業(yè)污泥的著火和燃不少學(xué)者對(duì)污泥的熱解提出了各種動(dòng)力學(xué)模型，燒穩(wěn)定性等因素對(duì)燃盡的影響. C, 越大,工業(yè)污泥的其中Coats-Redferm法8在研究大分子化合物分解動(dòng)燃盡性能越好.表4給出了印染污泥和混合試樣的力學(xué)方面應(yīng)用較為廣泛,本文采用該種方法對(duì)試樣熱燃燒特性指數(shù).從表中可以看出隨著木屑添加量的分解的第2、3、4階段進(jìn)行了非等溫化動(dòng)力學(xué)參數(shù)增大燃盡指數(shù)呈下降趨勢(shì),這和木屑中的纖維素和木.求解.忽略溫度對(duì)活化能的影響,根Coats -Redfern質(zhì)素含量有關(guān),纖維索和木質(zhì)索需要在較高溫度下才方程,即能熱解.隨著升溫速率的升高,污泥的燃盡特性指數(shù)當(dāng)n=1時(shí),In[- ln(1-a)Q)=In4Ra- RI)_ECb逐漸增大,由此可見快速升溫有利于污泥的燃盡,T2φEE'RT改善污泥的燃盡性能.當(dāng)n≠1時(shí),為全面評(píng)價(jià)試樣的燃燒情況,采用綜合燃燒特性.1-(1-ax)-"AR2RTE指數(shù)SN!"5]對(duì)實(shí)驗(yàn)中的單- -試樣 和混合試樣的燃燒情Inr2(1-n)(1-DE況進(jìn)行評(píng)價(jià),即s _ (do/dT)mx /(dw/dT)mem式中:n為反應(yīng)級(jí)數(shù); a為轉(zhuǎn)化率, %; R為氣體常數(shù),T'gT(2)8.314 J/(mol . K);E為表觀活化能, J/mol;A為頻率式中: (dwldt)max為最大燃燒速率，%/min ;因子, min'.令a=In[R(- 2R7)],對(duì)大多數(shù)E值,(dodt) mean為平均燃燒速率, %/min.φ綜合燃燒特性指數(shù)SN反映了污泥的著火和燃盡》1, 1-2R1,所以在反應(yīng)通常發(fā)生的溫度范特性, SN值越大,說明污泥的燃燒特性越好.通過計(jì)圍內(nèi)，a通常為常數(shù)，令Y=ln[--In(1 :2](n=1),算不同升溫速率下的污泥試樣綜合燃燒特性指數(shù)發(fā)中國煤化工現(xiàn):污泥試樣綜合燃燒特性指數(shù)隨升溫速率的提高單.1-(1-a調(diào)增加,這表明印染污泥試樣在較高升溫速率下具有Y = ln[-T2(1-YHCNMH G;則有Y=1T●136.燒科學(xué)與技術(shù)第18卷第2期a+ bX,作圖求出該直線的斜率,進(jìn)而可求得活化能E.-13.200 e從污泥及其混合物燃燒的宏觀動(dòng)力學(xué)角度,把失-13.205-Y= -623.97X- 12.356r*=0.999重過程的3個(gè)階段與3個(gè)相互獨(dú)立的、連續(xù)的、平行-13.210|反應(yīng)相對(duì)應(yīng)，假設(shè)混合試樣等由3部分物質(zhì)(即揮發(fā)一-13.215-分1、揮發(fā)分2和固定碳)組成,各部分物質(zhì)在升溫-13.225+過程中單獨(dú)進(jìn)行反應(yīng)[5].在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)發(fā)現(xiàn),無-13.230--13.2論是單步還是多步反應(yīng),每步反應(yīng)中DTG峰值兩側(cè)0.001 350.001 370.00 390.001 41的反應(yīng)機(jī)理-一般不相同.將試樣DTG曲線中燃燒速(a)峰前率較大的揮發(fā)分1、揮發(fā)分2及固定碳失重峰值前后-11.40采用不同的燃燒機(jī)理模型來描述.以試樣1 (升溫速Y=-7289X- 23309-11.50 tR' =0.9992率10 K/min)燃燒為例，分別在不同的反應(yīng)機(jī)理下將-11.55 t峰前、峰后橫、縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)代人，并進(jìn)行線性擬合(n入-11.60 t分別取0.5、1、1.5和2),得出峰前取反應(yīng)級(jí)數(shù)n=-11.650.5,峰后n=2時(shí),系數(shù)R2最大,進(jìn)而確定反應(yīng)曲線-11.75方程和活化能E,其圖解見圖3,其中峰前:-1.00250.001 29γ=n[1-(1-a)2] (n=0.5)(b)峰后T2 x0.5圖3印染污泥在升溫 速率為10 K/min時(shí)揮發(fā)分第2失重峰峰后:前后動(dòng)力學(xué)參數(shù)圖解y= In[-(-a)]](n=2)述試樣的著火性能[201.印染污泥的燃燒分為兩個(gè)階由上述方法可得,單一印染污泥和木屑的揮發(fā)分段,以400°C左右為界分為低溫段和高溫段.低溫段1峰前、峰后取反應(yīng)系數(shù)n=2,其他組分在峰前取反主要為揮發(fā)分的析出和燃燒階段,且揮發(fā)分比較容易應(yīng)系數(shù)n=0.5,峰后n=2, 分別用f(a)=(1- )0.5.燃燒,因此所需的活化能也較低;高溫段為固定碳的和f(c)=(1- a)2來描述各自段的燃燒反應(yīng)機(jī)理較燃燒，因?yàn)楣潭ㄌ疾灰兹紵?所需的活化能比較為合理[19),各階段擬合方程的可決系數(shù)在0.9716~高.從表5中可以看出隨著混合試樣中印染污泥比0.9998,線性比較好,說明最終確定的各個(gè)試樣的反例的增大,混合試樣燃燒所需活化能逐漸減小，這與應(yīng)級(jí)數(shù)比較合理.印染污泥容易著火燃燒的特性剛好符合.從圖1(b)活化能在燃燒動(dòng)力學(xué)中-一個(gè)非常重要的參數(shù),它和圖2(b) 中可以看出,印染污泥和木屑及其混合試代表反應(yīng)物的分子由初始穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榛罨肿铀鶚釉趽]發(fā)分峰2前的燃燒時(shí)間很短,失重量較小，活需要吸收的能量,活化能比著火溫度更能從本質(zhì)上描化能可忽略不計(jì).表5試樣燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)樣品升溫速率/燃燒階段對(duì)應(yīng)溫度區(qū)間/C|反應(yīng)級(jí)數(shù) n擬合方程可決系數(shù)R| E/(kJ . mol")(K●min-)揮發(fā)分1峰前194.0~311.3Y= -1 874.6X-9.835 10.996 5I 5.59揮發(fā)分1峰后311.3 ~ 410.02Y= -29999X- 7.827 10.999124.940揮發(fā)分2峰后.435.7 ~ 652.0Y= -5 588.1 X- 4.2469.0.999 346.46固定碳3峰前652.0~ 758.8.5Y= 1227.5X- 14.5550.999410.2固定碳3峰后758.8 ~ 821.0Y= - 10 563X- 0.031 987.8181.1 ~ 325.6Y= -1 449.9X- 10.6980.982312.05325.6 ~ 429.6Y= - 2899.8X-8.163 10.998 924.1120揮發(fā)分2峰后482.5 ~ 660.1Y= - 7289 X- 2.330960.60660.1 ~ 780.40.5Y=1 331.3X- 14.7040.999611.07780.4 ~ 859.0Y= -5010.2X- 5.869 30.995441.65200.4 ~ 332.0Y=-1211.8X-11.3730.990 610.07332.0 ~ 436.818.0430498.4 ~ 688.4Y= -7768中國煤化工64.5688.4~ 791.8 .Y=1 740.MHCNMH G_14.472012年4月.寧尋安等:印染污泥與木屑混燃特性.及動(dòng)力學(xué)137續(xù)表5樣品升溫速率/燃燒階段對(duì)應(yīng)溫度區(qū)間/C|反應(yīng)級(jí)數(shù) n擬合方程可決系數(shù)R2 E/(kJ . mol")編號(hào)(K . min")固定碳3峰后791.8~ 873.020.996 479.14揮發(fā)分1峰前183.3~ 336.1).5Y= -2242.2X- 9.82390.99598.642(揮發(fā)分1峰后336.1 ~443.4Y= -3992.8X-6.43750.987 133.20揮發(fā)分2峰后463.4 ~ 685.0Y= - 6047.2X- 3.893250.28193.6~ 338.40.5Y= -2 708.1 X-9.07750.997 722. 52338.4-437.5Y= -3 709.8X- 6.89230.981 430.84481.7 ~ 642.6Y= -7509.7X-2.007 50.997 362.4194.4 ~ 339.7Y= - 3268.9X- 8.202 20.999 127.18339.7 ~ 436.2Y= -5 565.1X-3.9540.974 146.2482.8 ~ 612.0Y= -7473.1X- 2.045 60.998 862.13192.6 ~ 340.0Y= - 3974.5X- 7.099 10.999 833.04340.0~ 437.0 .Y= -6249.1 X- 2.905 10.971651.96477.7 ~ 608.0.Y= -7229.3X-2.377260.10181.9~ 336.8Y= -7445.7X-0.877861.90336.8 ~ 390.0Y= - 15395X+ 8.1642127.99500.1 ~ 618.1Y= -1 432.4X- 10.9920.988 911.914結(jié)論paper on current technologies for decolourisation oftextile wastewatersPerspectives for anaerobic(1)印染污泥燃燒過程存在4個(gè)明顯的失重區(qū)biotechnology[J]. Bioresourches Technology， 2007 ,域,其中第2、3個(gè)失重峰為揮發(fā)分析出和燃燒階段,98(12): 2369-2385.第4個(gè)對(duì)應(yīng)固定碳燃燒階段;木屑存在3個(gè)明顯的失[2]舒朝暉， 田季林，趙永樁，等.煤及其低溫灰的熱重重區(qū)域,第2個(gè)失重峰對(duì)應(yīng)半纖維素和纖維素的分解實(shí)驗(yàn)研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007, 27(14) :階段,第3個(gè)失重峰對(duì)應(yīng)木質(zhì)素的熱解.46- -50.(2)混合試樣中各組分含量相差較大時(shí),則著火Shu Zhaohui, Tian Jilin, Zhao Yongchun, et al. Ther-點(diǎn)明顯地向含量大的組分著火點(diǎn)偏移;隨著升溫速率mogravimetric experiment study on pulverized coal andits low temperature ash[J]. Proceedings of the Chinese的提高,印染污泥的燃盡指數(shù)C有上升的趨勢(shì);隨著Society for Electrical Engineering, 2007, 27(14): 46-混合試樣中木屑比例的增加,綜合燃燒特性指數(shù)SN50 (in Chinese) .和可燃性指數(shù)C有所上升,而燃盡指數(shù)C有所下降.[ 3] Font R, Fullana A, ConesaJ A, et al. Analysis of the(3)混合試樣DTG曲線的變化趨勢(shì)與組成比例.pyrolysis and combustion of different sewage sludge by較大的成分DTG曲線變化趨勢(shì)更為接近,燃燒過程TG[J]. Journal of Analytical and Applied Pyro/ysis,中比例大的組分燃燒表現(xiàn)得更為明顯.隨著升溫速2001 (58/59): 924-927.率的提高，試樣內(nèi)部不能及時(shí)升溫?fù)]發(fā)和燃燒,DTG[4] Otero M, DiezC, CalvoLF, et al. Analysis of the co-曲線向高溫一- 側(cè)移動(dòng)產(chǎn)生燃燒滯后的現(xiàn)象，但對(duì)總?cè)糲ombustion of sewage sludge and coal by TG-MS[J].盡率影響不大.Biomass and Bioenergy, 2002， 22(4): 319-329.(4)印染污泥及其混合試樣中揮發(fā)分的析出和[5]溫俊明， 池勇， 劉淵源，等.城市污水污泥的燃燒固定碳的燃燒在失重峰峰前用f(x) = (1- o)05、峰動(dòng)力學(xué)特性研究[J].電站系統(tǒng)工程，2004， 20(5):后用f(x)=(1-a)2來描述各自段的燃燒反應(yīng)機(jī)理較為合適.第1階段揮發(fā)分析出燃燒峰前、峰后,印Wen Junming, Chi Yong，Liu Yuanyuan, et al. Study染污泥的活化能隨升溫速率的提高而降低，在印染污on kinetics of municipal sewage sludge combustion[J].泥固定碳燃燒階段活化能較高.活化能值的大小與Power System Engineering, 2004, 20(5): 5-7(in Chi-污泥的燃燒階段相對(duì)應(yīng).nese)參考文獻(xiàn):中國煤化工力學(xué)特性分析[](3): 296-301.Liao YanMHCNMHGn behavior and[ 1] Dos Santos A B, Cervantes F J, Van LierJ B. Review.138●燒科學(xué)與技術(shù)第18卷第2期kinetic characteristics of a city sewage sludge[J]. 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Three-phase foam was directly fabricated by oleophobic hollowmicrospheres. Outstanding improvement in the stability and anti-burning of three-phase foam on oil was achievedthrough the oleophobic modification. The improvement was ascribed to the formation of stable skeletal structure in theexistence of oleophobic hollow microspheres. Thermal radiation to the underlayer was efficiently blocked by the pro-tective layer on the surface of oil. The oleophobic hollow microspheres showed promising application in extinguishingoil tank fire.Keywords: oleophobic hollow microsphere; three-phase foam; contact angle; stability; anti-burning property空心微珠疏油改性及其在抗燒蛋白泡沫中的應(yīng)用.陳偉紅，杜文鋒，安曉強(qiáng)，唐寶華，吳菲菲(中國人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院消防工程系，廊坊065000)摘要:用含氟硅烷偶聯(lián) 劑對(duì)空心微珠進(jìn)行了疏油改性處理，通過接觸角變化評(píng)價(jià)其疏油改性效果.結(jié)果表明，疏油改性處理后，空心微珠與煤油的接觸角可達(dá)118°. 向蛋白泡沫滅火劑中添加疏油改性空心微珠之后，三相泡沫內(nèi)部可形成穩(wěn)定的骨架結(jié)構(gòu)，有效屏蔽了熱輻射向內(nèi)層的傳遞，顯著增強(qiáng)了泡沫在油面的穩(wěn)定和抗燒性能，該方法有望用于油品火災(zāi)的撲救.關(guān)鍵詞:疏油空心微珠;三相泡沫;接觸角;穩(wěn)定性能;抗燒性能中圖分類號(hào): TQ314;TQ124.3文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào): 1006-8740(2012)02-0139-05Protein foam is widely used as fire extinguishingfoam to improve the stability of protein foam [3-41.agent to efficiently extinguish liquid pool fires, and inThough enhanced stability has been achieved becausepractical application, the most complicated problem isof the formation of spatial skeletal structure, three-its poor thermal stability, which means that seriousphase foam shows unsatisfying thermal stability andfoam rupture frequently happens under the radiantanti-burning property on the surface of oil 50. This is .heating effect, leading to the fire out-of-control" 2. Tthe result of the intrinsically lipophile characteristic ofsolve this problem, solid extinguishing agent for oilhollow microspheres. The soakage effect and acceler-fires has been proposed, but its large physical volumeated rupture greatly depress the anti-burning propertyresults in the inconvenience in application. Recently,of thee-phase foam n. Thus, the surface modificationhollow glass microspheres with low density aboutof microspheres is strongly expected, in order to ob-0.1- -0.3 g/cm’have been proposed as three phasetain oleophobic nerformance.中國煤化工收稿日期: 2011-09-27.基金項(xiàng)目:公安部應(yīng)用科技創(chuàng)新計(jì)劃資助項(xiàng)目(00LJWJXY11);中國人民武裝警察部隊(duì)MHCNMH G作者簡(jiǎn)介:陳偉紅(1974- ), 男，博士,副教授.通訊作者:陳偉紅, weihong802 1@yahoo.com.cn.