校园生活垃圾燃烧特性研究

赵瑞明，李岭领，曾宗宇，吴世逵，马玉刚

(广东石油化工学院 化学工程学院，广东 茂名 525000)

校园生活垃圾燃烧特性研究

赵瑞明，李岭领，曾宗宇，吴世逵，马玉刚

(广东石油化工学院 化学工程学院，广东 茂名 525000)

通过同步热分析仪(STA)研究校园生活垃圾的燃烧特性, 通过热重曲线、热重微分曲线(TG/DTG 曲线)分别确定各试样的起始温度、终止温度、最大失重温度及残余率等参数, 并对各种垃圾的燃烧特性进行了对比分析。为实现校园垃圾回收循环利用及综合处理提供良好理论依据。

校园垃圾；热分析；燃烧特性

城市生活垃圾又称为城市固体废弃物[1]，主要包括：家庭生活垃圾、学校及商场等公共场所垃圾、街道清扫垃圾等。其中，校园垃圾主要包括厨余垃圾、生活垃圾和绿化垃圾等，构成种类较为单一，实现分类回收、综合利用的潜力较大[2]。

由于垃圾焚烧可彻底消灭其中的细菌病毒，高温分解带恶臭的氨气和有机质废气，产生可燃气体回收能量，具有"减量化、资源化、无害化"的特点[3-5]，已经成为当前垃圾处理的重要方式。

本文主要针对广东石油化工学院校园生活垃圾典型组分试样的燃烧行为进行热分析研究, 对物质燃烧的机理进行分析，对比不同垃圾组分的燃烧特征参数，为实现垃圾回收循环利用及综合处理提供良好理论依据。

1 实验部分

1.1 实验仪器

同步热分析仪，STA 449 F3 Jupiter型，NETZSCH 公司。

1.2 实验样品制备

选取典型试样塑料(塑料盒)、竹筷、打印纸、橡胶(耳机线)进行分析；实验前每种样品处理成粒度小于0.5mm的颗粒。

1.3 实验条件

样品质量：10 mg左右； Al2O3坩埚，直径为3 mm；助燃空气流量为40mL·min-1( 25℃，0. 3MPa)，升温速率10 K·min-1，实验温度范围从室温至1000 ℃。

2 实验结果与讨论

通过同步热分析得到塑料、竹筷、废纸、网线皮各组分试样燃烧过程重量变化曲线(TG)、重量变化率曲线(DTG)与差式扫描量热曲线(DSC)如图1所示。

2.1 塑料盒热分析

由图1塑料盒热分析曲线分析得到，塑料盒TG 曲线分2个阶段，明显失重是从350 ℃左右急剧下降，随温度的升高，塑料样品挥发分热解加快，这是因为随着温度的上升，样品表面获得的热量就越多，挥发分释放速度越快析出量增大；从DTG曲线上看失重速率不断增大，并形成一个峰值，之后速率减小，温度在428 ℃时失重速率达到最大。而第2次分解则相对第一次不是很明显，从470℃左右开始失重，从DTG曲线上看失重速率变化不是特别明显，为样品焦炭燃烧阶段，发生在挥发分燃烧后期以及挥发分燃烧完成后的阶段。

塑料类物质为高分子化合物，由于其构成复杂，在空气中燃烧时会出现多个放热峰，DSC 曲线上两次明显放热峰与塑料的TG曲线两次燃烧分解有很好的对应。

图1 塑料盒热分析曲线

Fig.1 Thermal analysis curve of plastic casing

2.2 竹筷热分析

图2 竹筷热分析曲线Fig.2 Thermal analysis curve of bamboo chopsticks

竹筷材质主要为木制纤维素，由图2竹筷热重TG曲线可知，明显失重是从260℃左右开始并急剧下降，随着温度的升高，挥发分析出速率加快，燃烧速率加快，释放大量热量，与此温度阶段DSC曲线上出现较大放热峰相对应；从DTG曲线分析得知样品失重速率不断增大，并形成一个峰值温度约325℃左右，之后速率减小；而第2次失重是从340℃左右开始， DTG曲线失重速率开始减缓，说明此时挥发分进入燃尽阶段而固定碳进入燃烧阶段，DTG曲线形成一个在500℃时峰值，失重速率达到最大，之后速率减小。样品整个失重阶段，DSC曲线对应温度范围出现较大放热峰，也就是说样品燃烧失重始终伴随明显放热。

2.3 打印纸热分析

由图3分析可知，打印纸TG曲线分为3个阶段，250 ℃左右纸失重速率突然加快，由于纸中纤维类组分较高，其着火温度低，物料中的挥发分开始析出燃烧，随着温度的升高，析出量增大, 从DTG曲线上看失重速率不断增大并到348℃形成一个峰值，失重率达到最大；从370℃开始第2段失重，从DTG曲线上看失重速率增大，并在470℃时形成一个峰值，之后速率减小，此阶段约485℃结束。前两个阶段样品明显失重，样品残余率仅为22%，与DSC曲线两个较大放热峰对应，主要是挥发分和固定碳持续燃烧过程。之后进入第三段失重，480℃到695℃范围为焦炭燃烧阶段，发生在挥发分燃烧后期以及挥发分燃烧完成后的阶段。

图3 打印纸热分析曲线

Fig.3 Thermal analysis curve of typing paper

2.4 耳机线热分析

图4 耳机线热分析曲线Fig.4 Thermal analysis curve of headphone cable

耳机线外包皮为橡胶材质。橡胶的燃烧失重过程主要有两个阶段，分别是挥发分燃烧阶段和固定碳燃烧阶段。由图4耳机线热分析曲线可知，逐渐升温至470℃时，挥发分的析出及燃烧过程较为激烈，燃烧速率非常快，此时样品质量残留率约20%，残留物主要为固定碳和灰分；之后失重速率逐渐减缓，直到690℃为固定碳燃烧，最后生成灰渣。由于橡胶的固定碳含量较高，从TG曲线可看出固定碳构成明显的燃烧过程。

2.5 各组分燃烧特性

从各组分样品的热重分析曲线，可以直观得到关于样品的一些典型燃烧特性参数，如样品燃烧起始温度、终止温度、最大失重温度和样品残余率等，见表1所示。

表1 样品的热重分析参数

从各试样的燃烧特征参数可以看出，大部分垃圾试样的燃烧失重主要集中在250～480℃的较小范围内。垃圾燃烧失重过程可以明显分为两个阶段，即挥发份析出燃烧和固定可燃成分的燃烧。从各样品组分的TG曲线质量变化分析可知，垃圾的整个燃烧过程中，最主要是挥发分的燃烧；从各样品组分的DSC曲线热量变化分析可知释放的热量占据垃圾发热量的绝大部分，对垃圾的燃烧特性具有决定性的影响作用。

3 结论

校园垃圾具有产量多和价值高的特点，是一种潜在的资源。分析和研究校园垃圾中主要成分的燃烧特性，可为校园垃圾综合处理提供参考依据[6]，校园垃圾资源化处理不仅可以减少垃圾对校园环境和师生健康造成的危害，而且能够实现资源的回收利用，具有极大的实践意义。

[1] 聂永丰.三废处理工程技术手册·固体废物卷[M].北京:化学工业出版社,2000.

[2] 杨 慧，吴晓霞，黄 芳，等.校园垃圾中主要可燃组分的热解及燃烧特性研究[J].南京晓庄学院学报,2011,3:50-54.

[3] 玉群英, 刘子凤.城市固废处理研究进展[J].山东化工, 2010, 39(7):57-59.

[4] 秘子昂．生活垃圾焚烧处理烟气NOx脱除技术[J]．广东化工，2013，40(17)：147-148.

[5] 牛 颖，吴传鑫．餐厨垃圾处理技术的研究进展[J]．山东化工，2016，45( 21) : 64-65．

[6] 陈 涛，纵宇浩，黄 力，等．生活垃圾焚烧多污染物净化处理技术[J]．山东化工，2016，45( 19) : 144-145，148．

(本文文献格式：赵瑞明，李岭领，吴世逵，等.校园生活垃圾燃烧特性研究[J].山东化工，2017，46(14)：182-185.)

Experimental Study on Combustion Characteristic of Campus Garbage

ZhaoRuiming，LiLingling，ZengZongyu,WuShikui，MaYugang

(School of Chemical Engineering，Guangdong University of Petrochemical Technology, Maoming 525000, China)

Combustion characteristic of campus garbage were analyzed through STA, thermal analysis parameters like the initial temperature, final temperature and residual ratio were obtained from the TG and DTG curve，Combustion characteristic of the campus garbage was also contrastive analysis. Thus, a good theoretical basis for the implementation of campus garbage cyclic utilization and comprehensive treatment was provided.

campus garbage；thermal analysis；combustion characteristic

2017-05-06

广东省橡塑材料制备与加工工程技术研究开发中心开放基金(650808、650803)；广东石油化工学院人才引进项目(2016rc03)和青年创新人才培育项目(2016qn23)；2017年广东石油化工学院大学生创新创业校级培训计划(2017PYA011)

赵瑞明(1989— )，女，山东菏泽人，硕士，主要从事仪器分析与管理，通讯作者: 吴世逵(1965—)，广东人，教授，主要从事劣质油加工研究和教学管理。

X799.3

A

1008-021X(2017)14-0182-04