第18卷第6期熱能動(dòng)力工Vol. 18 No 62003年11月JOURNAL OF ENGINEERING FOR THERMAL ENERGY AND POWERNov.,2003文章編號(hào):001-206(20006-0561-03城市污泥和煤混燃特性的熱重分析法研究顧利鋒陳曉平趙長(zhǎng)遂吳新〔東南大學(xué)潔凈煤發(fā)電與燃燒技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇南京210095)摘要利用熱重分析法對(duì)某城市污泥和某煤種及其兩者混2.2試驗(yàn)條件合物的著火溫度、活化能及綜合燃燒特性等參數(shù)進(jìn)行了研試樣粒度:<200目(0.074mm)按比例混合均究。試驗(yàn)結(jié)果表明混合試樣和煤相比其活化性能得到了提勻后取樣高著火溫度提前綜合燃燒性能下降。在混燃過(guò)程中煤和試驗(yàn)氛圍空氣流量85mL/min左右城市污泥基本上保持了各自的揮發(fā)分析岀特性煤的燃燒表試樣質(zhì)量xmg左右現(xiàn)得更為明顯。升溫速率:20℃/min,升溫至1000℃后恒溫5關(guān)鍵詞城市污泥煤混燃熱重分析法中圖分類號(hào)IK16文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A2.3試驗(yàn)內(nèi)容通過(guò)對(duì)TG曲線和DIG曲線的分析來(lái)研究某城前言市污泥和某煤種按不同比例摻混后著火溫度、活化能和綜合燃燒特性指數(shù)等參數(shù)的變化規(guī)律。各試樣城市污泥是城市廢水處理的終端產(chǎn)物。城市污的成分分析如表1所示。本文采用加權(quán)平均的方法泥即使經(jīng)過(guò)脫水處理后水分仍較多熱值較低若直來(lái)計(jì)算污泥和煤混合后的成分。接作為燃料不易穩(wěn)定燃燒而且燃燒產(chǎn)生的熱量較難滿足工業(yè)鍋爐供熱和發(fā)電的需要。因此考慮將城表1試樣成分分析市污泥脫水后和煤混合作為鍋爐燃料,為城市污泥試樣編號(hào)1號(hào)試樣2號(hào)試樣3號(hào)試樣4號(hào)試樣5號(hào)試樣混合比例煤污泥)1:02:11:11:2的最終處理尋求一條經(jīng)濟(jì)合理的途徑以便達(dá)到節(jié)業(yè)分析/%揮發(fā)分A29.5637.3041.1745.0352.77約能源、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和保護(hù)環(huán)境的目的。為定碳FC44.61329127.0621.209.50了對(duì)城市污泥和煤的混料的燃燒規(guī)律有一個(gè)基本的灰分A23.6525.1125.8426.6028.06元素分析碳C58.8447.1341.2735.4123.70了解我們利用熱重分析法對(duì)其進(jìn)行了初步的研究,氫3.534.104.394.675.24硫?yàn)槠浣窈蟮墓I(yè)應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。0.560.660.70.760.86氮N0.92.212.853.4910.3016.1119,0121,9027.712試驗(yàn)部分3試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1試驗(yàn)裝置3.1單一及混合試樣的動(dòng)力學(xué)分析試驗(yàn)采用法國(guó) Setaran公司TGA92型熱重-差忽略溫度對(duì)活化能的影響并假設(shè)反應(yīng)符合簡(jiǎn)熱分析儀可獲得試樣的熱重曲線、微商熱重曲線單動(dòng)力學(xué)方程即:差熱曲線和熱流曲線。主要技術(shù)數(shù)據(jù)如下熱天平精度⑩.1緦g最大試樣量200mg溫度精中國(guó)煤化工度:±2℃溫度范圍室溫~1600℃試驗(yàn)氣氛空式中CNMH常數(shù)i一反應(yīng)級(jí)數(shù)氣、惰性氣體升溫速率0.01~99.99℃/mina-轉(zhuǎn)化率定義如下收稿日期003-02-28;修訂日期2003-04基金項(xiàng)目江蘇省建設(shè)廳基金資助項(xiàng)目JS20)江蘇省科技廳基金資助項(xiàng)目(BS2001029)作者簡(jiǎn)介瘋科數(shù)據(jù)-)男江蘇海門人東南大學(xué)碩士研究生562熱能動(dòng)力工程2003年Wa= Wo- w(2)3.2.2燃盡溫度的確定本文將試樣失重占總失重99%時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度式中W和W分別為試樣的初始質(zhì)量和反應(yīng)結(jié)束定義為燃盡溫度t。時(shí)的質(zhì)量,W是時(shí)間τ時(shí)試樣的質(zhì)量。由3.2.3綜合燃燒特性指數(shù)的確定Arrhenius阿累尼烏斯)公式得為了全面評(píng)價(jià)試樣的燃燒情況我們采用文獻(xiàn)ks de rt3)[3]中描述煤的綜合燃燒特性指數(shù)S來(lái)對(duì)我們?cè)囼?yàn)式中:—頻率因子;E—活化能R—理想氣體常中的單一試樣和混合試樣的燃燒情況進(jìn)行描述數(shù);7一試樣溫度。dw/dt m( dw/dt定義升溫速率(9)p dr(4)式中S一綜合燃燒特性指數(shù)〔d/d)為最大燃燒速度%/min(dw/dz)為平均燃燒速度%/minT聯(lián)立式(1)~式4),可以得到為著火溫度K江r為燃盡溫度K綜合燃燒特性指數(shù)dt p(1-ay〔5)全面反映了試樣的著火和燃盡性能S的值越大說(shuō)明試移項(xiàng)積分得樣的綜合燃燒性能越好。各試樣燃燒特性參數(shù)如表3所示。各試樣燃燒(1-aydT(6)特性曲線見(jiàn)圖試取n=1參考文獻(xiàn)1]積分并整理上式后得到:3.3燃燒特性分析=[(1-2F比較表3中的數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)隨著在煤中摻入E污泥比重的增大,試樣的著火溫度由390℃提前到280℃燃盡溫度也相應(yīng)地由740℃提前到704℃。令1-2TE由于大部分E的數(shù)由表1中的數(shù)據(jù)我們看到污泥中的揮發(fā)分含量很值較大對(duì)一般范圍的反應(yīng)溫區(qū)而言a的值幾乎都高達(dá)到527%而比較難燃的固定碳的比重相當(dāng)是常數(shù)令b=R=7y=-(1小為9.50%因此污泥極易燃燒燃盡溫度相對(duì)也E較低。煤和城市污泥相混后:由于污泥中的揮發(fā)分則有:能夠在較低的溫度下迅速析出使得試樣的著火性Y= a+ bX能得到了較大的改善。在燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)中活化由上式作圖求出該直線的斜率,即可方便地求出能是一個(gè)十分重要的參數(shù),它代表反應(yīng)物的分子由化能E和頻率因子A各試樣的動(dòng)力學(xué)參數(shù)如表2所初始穩(wěn)定狀態(tài)變?yōu)榛罨肿铀栉盏哪芰俊；罨?。由?可知我們將單一試樣和混合試樣的整個(gè)能比著火溫度更能從本質(zhì)上描述試樣的著火性能燃燒過(guò)程當(dāng)作一級(jí)反應(yīng)來(lái)描述是比較合理的。比較表2中的數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)1號(hào)試樣煤)活化3.2燃燒特性參數(shù)的確定能為%6.1kJ/mol而2號(hào)試樣2l煤/污泥)活化3.2.1著火溫度的確定能即減少為56.0kJ/mol這說(shuō)明在煤中加入少量的本文采用TG-DG法21來(lái)確定試樣的著火溫污泥就可使其活化性能得到較大的提高。隨著試樣度中污泥比重的增大,著火溫度提前活化性能提高,兩者的變化趨勢(shì)是一致的。表2試樣燃燒動(dòng)力中國(guó)煤化工式樣編號(hào)擬合方相關(guān)系數(shù)CNMH活化能/ml號(hào)試樣0.993002號(hào)試樣Y=-4.41093-6740.08812X0.990852077.256.03號(hào)試樣Y=-4.43719-6646.34129X0.979824號(hào)試樣0.96169Y=-7.76766-3590.46928X0.96770第6期顧利鋒等城市污泥和煤混燃特性旳熱重分析法研究563表3試樣燃燒特性參數(shù)表泥含量較小或者和煤的含量相當(dāng)時(shí)次峰并不明顯試樣編號(hào)t/℃/℃(dm((dm(1m5×10p只有當(dāng)污泥的含量較大時(shí)次峰表現(xiàn)得才較為突出1號(hào)試樣3907409.974在發(fā)生燃燒反應(yīng)的溫度區(qū)間內(nèi)混合試樣DrG曲線3.982號(hào)試樣3707307.462的變化趨勢(shì)和煤的DTG曲線變化趨勢(shì)更為接近這3號(hào)試樣3507257.3752.933些表明在混合試樣的燃燒過(guò)程中煤的燃燒表現(xiàn)得更4號(hào)試樣3007184.7562.7590.403為明顯5號(hào)試樣2807045.3281號(hào)試樣從表3中的數(shù)據(jù)還發(fā)現(xiàn)隨著試樣中污泥比重·-2號(hào)試樣4-3號(hào)試樣的增大,試樣的綜合燃燒特性指數(shù)由0.892×10-4號(hào)試樣◆-5號(hào)試樣min-2K-3減小為0.399×10- II min-2K-3,表明其綜合燃燒性能逐漸下降。分析表1中的數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)盡管污泥中揮發(fā)分的含量很大但是所占份額最多的是氧元素占整個(gè)揮發(fā)分含量的52.5%。氧雖米然能助燃但是它在試樣中的含量比之大氣中氧含量是微不足道的。城市污泥中的氮元素含量(476%池要比煤中的含量(0.94%)很多但是氮既0100200300400500600700800不可燃燒又無(wú)助燃作用而且在燃燒反應(yīng)中會(huì)生成溫度/℃有害氣體NOx。氫和硫是可燃元素其中硫的發(fā)熱量較低而氫的發(fā)熱量最高。但是不管是在煤中還是在城市污泥中兩者的含量都很小且相差不大。碳圖1試樣燃燒特性曲線元素在煤和城市污泥中的比重都是最大的,且碳的4結(jié)論發(fā)熱量很高在燃燒中起主導(dǎo)作用。通過(guò)比較表1中的數(shù)據(jù)我們發(fā)現(xiàn)煤中碳元素的含量為58.84%針對(duì)我們所選的某城市污泥和某煤種對(duì)其單而城市污泥中碳元素含量為23.70%前者將近為獨(dú)及按不同比例混合后進(jìn)行的熱重試驗(yàn)表明迕煤后者的2.5倍。從表3中的數(shù)據(jù)還發(fā)現(xiàn)煤的最大中摻入城市污泥后,混合試樣和煤相比其活化性能燃燒速度和平均燃燒速度分別為9.974%min和得到提高著火溫度提前但是綜合燃燒性能卻是下3.982%/mi分別大于城市污泥旳5.328%/mi和降旳。在混合試樣的燃燒過(guò)程中煤和污泥基本上2.235%/min可見(jiàn)煤燃燒起來(lái)要比城市污泥劇烈得保持了眢自的揮發(fā)分析岀特性煤的燃燒表現(xiàn)得更多。當(dāng)煤和城市污泥混合后盡管著火溫度和燃盡溫為明顯。度有所提前但是燃燒的劇烈程度明顯下降其綜合燃燒性能下降。參考文獻(xiàn)由圖1我們發(fā)現(xiàn)混合試樣DTG曲線上的最大[1]陳鏡泓李傳儒熱分析及其應(yīng)用M北京科學(xué)出版社1985燃燒峰對(duì)應(yīng)溫度在500℃左右和煤的DG曲線燃[2]聶其紅孫紹增褐煤混煤燃燒特性的熱重分析法研冠J燃燒峰所對(duì)應(yīng)的溫度基本一致D曲線上還可以[31陳建原煤粉著火過(guò)程與著火模型的研究D1武沒(méi)華中理工看到在此之前有一個(gè)次峰所對(duì)應(yīng)的溫度在320℃左右和污泥DrG曲線燃燒峰所對(duì)應(yīng)的溫度基本H中國(guó)煤化工致這表明混合試樣燃燒時(shí)試樣中的煤和污泥基本CNMHG(輝編輯)上保持了各自的揮發(fā)分析出特性。當(dāng)混合試樣中污