毛竹与污泥资源化的燃烧特性研究

王 勋，常欣悦，刘 为，刘振东，覃贤文

（浦湘生物能源股份有限公司，长沙 410213）

毛竹是一种生长速度非常快的可再生资源，用毛竹制造的活性炭吸附性能良好，同时毛竹也有良好的燃烧特性。近年来，随着煤炭产业的日渐枯竭，毛竹也被大量地用于制作燃料，研究毛竹的燃烧特性用途具有重要的现实意义。污泥是污水处理厂在处理污水过程中产生的副产品，是一种固液混合废弃物。污泥的处理主要有投海法、卫生填埋法、焚烧发电法和土地利用法等。焚烧发电法可以很好地处理污泥，通过燃烧污泥，杀死病原体，处理更加彻底，还可以用燃烧产生的热量来发电。探究毛竹与污泥燃烧特性对废物综合利用具有重大的意义。

1 试验材料

将毛竹、污泥分别在105 ℃温度下干燥10 h，将两种材料剪碎，放入粉碎机中烘干，之后，用200目筛子筛选粉碎后的毛竹、污泥的粉末，取过筛后的 样品。

2 工业分析

按照《煤的工业分析方法》（GB/T 212—2008）， 经测定，毛竹与污泥的工业成分如表1 所示。

表1 毛竹与污泥的空气干燥基成分

材料经过干燥后测定工业成分，所以表1 数据中水分偏低，而其他成分偏高。但是，根据表1 工业分析结果，对比毛竹与污泥中灰分、挥发分、固定碳的含量可知，毛竹与污泥的固定碳含量都比较低，而毛竹的挥发分比较多，污泥的灰分比较多。

3 试验设计

将毛竹与污泥分别干燥处理，过200 目筛子，按照毛竹与污泥的质量比例（1 ∶0、1 ∶1、0 ∶1）分别准确称取10 mg 的样品，将其放入热重分析仪中，按照30 K/min 的升温速率进行试验，初始温度为303.15 K，终止温度为1 273.15 K。其间，样品暴露在空气中进行试验。

4 结果与分析

毛竹、污泥及其混合物经过热重燃烧后，得到时间、剩余质量和温度等一系列数据，通过HJHENVEN 软件的求导功能，得到热重分析（TG）曲线和微商热重分析（DTG）曲线，如图1、图2 所示。

由TG 曲线可知，在30 K/min 的升温速率下，毛竹、污泥以及其混合物都在350 K 左右失重。受挥发分在高温下析出的影响，其在550 ～650 K 的温度条件下达到最大的失重速率。毛竹约在900 K 时燃尽，在620 K 时出现最大失重速率；污泥则约在800 K 时停止燃烧，不可燃物质大约有70%，约在550 K 时出现最大失重速率。此外，污泥与毛竹都是经过烘干失水的物质，所以在DTG 曲线中都只表现出两个峰值，一个峰是失去挥发分所致（毛竹的DTG 曲线峰值比污泥的大，说明毛竹的最大燃烧速率比污泥高，燃烧较为剧烈），另一个峰为固定碳的峰值（毛竹与污泥DTG 曲线的峰的波动并不明显，可见固定碳含量都较少）。

材料的着火温度与燃尽温度根据文献中所述方法测定，综合图1 与图2 可知三种试验样品燃烧特点，如表2、表3 所示。而材料的最大燃烧速率即为DTG 曲线上的最大值。

图1 不同材料在升温速率为30 K/min 时的TG 曲线

图2 不同材料在升温速率为30 K/min 时的DTG 曲线

表2 不同样品的着火温度与燃尽温度

表3 最大燃烧速率与平均燃烧速率

从表2、表3 的数据分析可知，毛竹与毛竹污泥混合物的着火温度比较接近，污泥的着火温度相对这两者都低，而燃尽温度都差不多，原因可能是污泥的传热系数比毛竹的传热系数高。总体来说，这三种样品的燃烧温度区间相近。此外，毛竹的平均燃烧速率在这三者中最高，但最高燃烧速率比毛竹污泥混合物和纯污泥的都小，原因可能是毛竹的燃烧温度范围较大，在升温中一直剧烈反应，导致容器中供氧不足。对比不同生物质与烟煤的综合燃烧特性指数，如表4所示。

表4 不同生物质与烟煤的综合燃烧特性指数

表4 数据表明，相比污泥、其他生物质以及烟煤，毛竹的燃烧特性显得更为优良；相比烟煤，污泥的燃烧特性优良许多。所以，毛竹是一种具有优良燃料特性并且可以燃尽的材料。相比燃用烟煤，本试验采用的造纸厂污泥燃烧特性较好，但是污泥的灰分高，有70%不可燃尽，污泥不适合做电厂燃料（飞灰多），但是用作其他燃料还是具有一定价值，比如，将其用作缓慢燃烧的燃料，剩余的灰渣还可用作建筑 材料。

5 结语

工业分析和热重分析结果表明，毛竹的挥发分高达85.165%，且燃烧迅速，能在短时间内析出，其燃烧特性比有些生物质都好，可见毛竹具有优良的燃烧特性。污泥的燃烧特性和其他生物质比较相似，并且远优于烟煤，其更适合用作燃料。但是，污泥的灰分占比高达63%，并且有70%的物质不可燃，所以如果把污泥用作工业燃料，产生的飞灰量非常高。因此，污泥更适合作为缓慢燃烧的燃料。