垃圾衍生燃料的相关燃烧性能研究

周泳　黄建阳

摘 要：采用热重技术对垃圾衍生燃料（RDF）及其中含有的几种典型组分进行了实验研究，探讨了它们的燃烧特性并计算出了对应的动力学参数。研究结果表明RDF的燃烧可分为四个阶段。为了进一步探索RDF的燃烧过程，该文研究了RDF中含有的几种典型组分在燃烧过程中的交互作用，燃烧实验表明RDF中的生物质与生物质混合燃烧不存在交互作用，生物质与非生物质混合燃烧存在交互作用，同时它们之间的交互作用提高了反应活性。

关键词：垃圾衍生物 燃烧 动力学

中图分类号：X799 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（a）-0034-02

城市生活垃圾问题已经成为了一个全球性的问题，随着近年来经济的飞速发展，城市生活垃圾问题也变的日益严重。目前处理城市方法主要包括填埋法、堆肥法和焚烧法。由于垃圾焚烧技术在资源化和减量化方面优于填埋法和堆肥法，因此垃圾焚烧近年来越来越受到关注。然而将城市生活垃圾直接拿来焚烧，资源利用率不高且对焚烧设备的要求较高，因此垃圾燃烧前需对其进行处理。垃圾衍生燃料是城市生活垃圾经过分选、除铁、高压成型等流程制得的一种燃料，简称RDF。垃圾衍生燃料技术是一种解决城市生活垃圾污染问题的有效途径。

近年来，许多学者对RDF的裂解特性做出了大量的研究，其中最有代表性的是Garcia，大量的研究表明RDF的裂解过程可以分为两个部分：纤维成分的裂解和塑料类物质的裂解。随后也对城市生活垃圾与煤混合裂解特性进行了系统的研究，结果表明它们之间混合裂解不存在明显的交互作用。因此专门针对中国垃圾特点燃烧性能分析对提高城市垃圾转化为RDF具有重要的意义。该文通过热重分析仪针对RDF的燃烧特性、RDF的典型组分混合燃烧时的交互作用进行了研究，实验证明垃圾转化为RDF从热力学和燃烧学意义上说是可以实现的，为RDF研究的深入开展奠定了一定的基础，并为其它RDF研究者拓宽了研究思路。

1 实验部分

1.1 样品准备

RDF来自于武钢北湖公司，由于我国城市生活垃圾组分复杂，因此只选取木屑、厨余、织物和塑料作为城市生活垃圾典型组分。上述试样的工业分析如表1所示。将上述试样磨碎至直径小于1mm并烘干。

1.2 实验仪器

采用美国TA公司的Discovery热重分析仪。在研究煤、RDF、生物质等燃料裂解和燃烧时热重分析仪是一种应用较广泛的仪器。该实验采用热重分析仪对试样进行燃烧实验，得到试样的燃烧特性曲线，通过燃烧特性曲线分析得到着火点、燃尽温度、最大燃烧速度等相关参数。

1.3 实验条件

工业分析参照煤的工业分析国家标准进行（GB/T 212-2008）。

该实验研究将样品放在铂金坩埚中进行，每次样品用量5mg左右，升温速率为20 ℃/min，从室温升至900 ℃，空气气氛，流量为25 ml/min。

2 结果与讨论

2.1 RDF及典型组分燃烧过程分析

RDF及典型组分的TG曲线及DTG曲线分别如图1a、1b，由图1a可以看出所有的试样在100～150 ℃均有一个较小的失重，这主要是水分的挥发。

由图1b的DTG曲线可以看出在150 ℃之后木屑、织物和厨余这三种生物质在200～400 ℃、400～600 ℃分别出现失重分，说明水分挥发后，在200～400 ℃出现了挥发分的燃烧，随着温度的进一步升高在400～600 ℃固定碳发生了燃烧。由此可见RDF中生物质的燃烧可以分为三个阶段：水分的挥发、挥发分的燃烧及固定碳的燃烧。与生物质不同，塑料的DTG曲线中出了水分的挥发还有3个失重峰，分别在200～400 ℃、400～550 ℃，、550～713 ℃，这主要是因为塑料中固定碳的燃烧是分两步进行的。由图1b中RDF的DTG曲线可以看出RDF的燃烧主要分为四个阶段：在100～150 ℃之间水分挥发；在200～400 ℃之间挥发分燃烧；在400～600 ℃之间固定碳燃烧；在600～710 ℃之间固定碳进一步燃烧。

2.2 燃烧特征参数分析

着火点（Ti）、燃尽温度（Tf）、最大燃烧速度（DTGmax）及最大燃烧速度对应的温度（Tm）是判断燃料性能的主要特征参数.其特征参数的判断方法如图2所示。

表2中列出了RDF及典型组分的特征参数。由表2可以看出RDF的着火点在205 ℃左右，燃尽温度在707 ℃左右，最大燃烧速度在0.24左右，最大燃烧速度对应的温度大约在279 ℃。RDF的燃尽温度与塑料的燃尽温度相近，说明RDF燃尽温度较高是塑料中较难燃烧的固定碳造成的。由表1可以看出RDF中含有大量的灰分，因此RDF的最大燃烧速度较低。前人的研究表明燃料中挥发分含量越高着火点越低。由表1可以看出RDF中挥发分含量较低，但是由表2看出RDF的着火温度比典型组分都要低，说明RDF中的组分在混合燃烧时发生了交互作用，导致着火温度降低。因此该实验对RDF的典型组分混合燃烧特性做了进一步的研究。

3 结语

采用热重分析分别对垃圾衍生燃料（RDF）及其中含有的几种典型组分：木屑、织物、厨余、塑料进行了燃烧实验研究，总结如下。

（1）RDF燃烧可以分为四个阶段：水分挥发、挥发分燃烧、固定碳燃烧及固定碳进一步燃烧；

（2）RDF中生物质组分与生物质组分混合燃烧不存在明显的交互作用，RDF中生物质组分与非生物质组分混合燃烧存在明显的交互作用；

（3）RDF中生物质组分与非生物质组分混合燃烧可以提高反应活性；

（4）RDF及其所含典型组分在不同温度段燃烧时均可近似为一级反应。

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