TGA技术研究城市生活垃圾燃烧特性

采用TGA（热解重量分析法）技术,考察了山西省晋城市区生活垃圾不同组分的着火及燃烧特性,实验室出了原生垃圾中不同组分（包括废塑料类,废纸类,废弃织物类,植物类,厨余类和细粒类）垃圾的TG／DTG曲线,着火温度及其它燃烧特征参数,通过对TG／DTG曲线,着火温度及燃烧特征参数的分析,首次提出了一种在TGA技术中确定着火温度的新方法,给出上述不同垃圾组分的开始热分解温度,着火温度,燃尽温度以及平均燃烧速率等重要参数,并对各种垃圾的着火及燃烧特性进行了对比研究,为垃圾焚烧工业化应用提供了基础数据。     

垃圾催化燃烧的热重分析研究

采用热重分析,结合机理分析的方法,探讨了不同催化剂对垃圾焚烧过程中着火性能和燃尽性能的影响。结果表明,催化剂对垃圾着火性能的提高主要是催化剂促进了垃圾中挥发性有机物的释放,使着火点提前;催化剂对垃圾燃尽性能的提高,主要作用机理是催化剂充当氧的载体,促进氧转移。提出了表征着火性能和燃尽性能的两个物理参数,并根据两个参数对催化剂进行排序和比较。催化剂影响着火性能大小进行排序：K2CO3> MnO2 > Na2CO3> CuO > MgO > TiO2 > Al2O3 > Fe2O3 > BaCO3> CaO;催化剂影响垃圾燃尽性能大小排序：Na2CO3>MgO> MnO2> K2CO3> BaCO3> CaO> Al2O3> CuO> Fe2O3> TiO2。     

城市生活垃圾典型有机组分混合热解特性的研究

利用自行设计的较大物量(约10 g)的热重分析装置对城市生活垃圾典型有机组分（纸屑、木屑、织物、塑料、橡胶、厨余）的混合热解特性进行了实验研究，并用最小二乘法计算得到由若干平行反应组成的热解反应动力学模型，实验结果与模型计算结果吻合较好。在此基础上对城市生活垃圾典型有机组分混合热解中的交互影响和非线性规律进行了分析。结果表明，城市生活垃圾典型有机组分混合热解动力学模型由2个～4个平行反应组成；混合热解中有反应发生合并的现象；热效应和组分比例对混合物综合热解特性有显著影响。     

动力煤的燃烧特性研究

选择了挥发分从２０％至４０％的五种典型动力煤，结合常规分析和热失重技术得到了燃煤的燃烧热失重曲线、燃烧特征温度以及动力学参数。结果表明：不同的燃烧图意味着不同的燃烧特性；燃烧特征温度（Ｔ＿１＋Ｔ＿２）／２与煤的挥发分存在一定的线性关系；五种煤的燃烧反应活化能大小顺序如下：淮北煤＞青龙山煤＞枣庄煤＞淮南煤＞柴里煤；燃烧反应可用相同的动力学模型不同的相应参数表示，ｄｘ／ｄτ＝Ａ·ｅ￣（－Ｅ／ＲＴ）·（１－ｘ）。     

城市生活垃圾氯含量测定方法的研究

为了明确垃圾焚烧中氯的确切来源和种类，为垃圾焚烧炉的设计、运行提供参考和促进垃圾焚烧过程中二恶英类物质等二次污染物的生成机理和控制措施的研究，采用硝酸银容量法、硫氰酸汞分光光度法和离子色谱法等研究了城市生活垃圾各主要成分中氯元素的含量。实验结果表明，PVC类塑料和厨余中的灰尘部分含氯量相对较高，均在100mg/g以上；当含氯量大于100mg/g时，可以采用硝酸银容量法测定；含氯量为0.1mg/g-10mg/g时可以采用硫氰酸汞分光光度法和离子色谱法；当含氯量小于0.1mg/g时则只能采用离子色谱法；组分中含硫时只能用离子色谱法测定。     

污水污泥的燃烧特性

通过对几种污泥样品进行热重分析,研究了污泥的燃烧特性,根据燃烧实验所得的热失重曲线,对几种污泥的燃烧过程进行了分析,对实验数据进行处理,采用Ｐｈａｄｎｉｓ法微分法相结合的方法确定了燃烧反应机理并求出了反应动力学常数Ａ和Ｅ。在燃烧的不同阶段,总反应速度控制因素不同。     

城市生活垃圾低温热解产气特性的实验研究

用直径200 mm的外热式固定床反应器,以城市生活垃圾中9种典型成分的混合物为实验物料,在300 ℃～700 ℃对其进行了低温热解的实验研究。结果表明,在其他条件相同的情况下,随着热解温度的提高,热解反应所需时间缩短;热解气的总产率、最大瞬时产率均增加;热解气的各成分随温度的升高呈现出不同的变化趋势;热解气的热值在600 ℃达到最大值,为15.13 MJ/m3,可满足民用燃气的要求。     

氧气浓度对劣质煤掺混生活污泥燃烧特性的影响

采用热重分析方法研究了劣质煤掺混生活污泥在氧气浓度20％、30％、50％、70％、90％条件下的燃烧特性和动力学特性.随着氧气浓度的增加,失重率曲线DTG向低温区移动.对着火温度、失重率峰值以及对应温度、燃尽温度、混合物燃烧综合特性指数进行了对比分析,并对固定碳燃烧阶段的表观活化能进行了计算,结果表明,提高氧气浓度能显著改善燃烧条件,表观活化能随着氧气浓度的提高而增大,随掺混比的增加而减小.定义燃烧促进因子C.E.F.(Combustion Enhancement Factor)表征燃料内外部燃烧促进条件,在固定碳燃烧段,燃烧促进因子随氧气浓度增加迅速增大,表明增大氧气浓度对燃烧具有良好促进作用.燃烧促进因子C.E.F.与表观活化能之间具有动力学补偿效应.     

煤及其拔头半焦的燃烧反应特性研究

采用热天平研究了贵州褐煤、三江原煤及其拔头半焦的燃烧行为,考察了粒径和升温速率对样品着火点和燃烧稳定性的影响。减小样品的粒径可显著降低样品的着火点,改善样品的燃烧性能,在粒径100～120目和升温速率25℃/min下,样品的燃烧稳定性最好。根据Coats-Redfern方法求解燃烧反应动力学参数。燃烧反应动力学分析表明,三种样品的热天平燃烧反应均为一级反应,并得到了实验样品的燃烧反应动力学参数,表观活化能E和指前因子A。贵州褐煤的活化能为100.0～163.6 kJ/mol,三江原煤的活化能为73.4～161.2 kJ/mol,三江煤焦的活化能为68.3～178.1 kJ/mol。     

应用TGA-FTIR研究不同来源污泥的燃烧和热解特性

在空气气氛下，利用热重分析方法研究了三种不同来源的污泥燃烧特性。探讨水处理工艺和污泥处理工艺对污泥中有机物的分布影响和燃烧特性影响。研究发现，污水厌氧工艺和污泥厌氧工艺均导致结构复杂、燃烧温度高的有机物生成。在氮气气氛下利用热重红外联用技术，对比研究了同种污泥的热解和燃烧特性，污泥热解主要发生有机物裂解成小分子和小分子的挥发，氧气的存在加速了污泥的裂解。污泥热解温度200℃～500℃，主要气体H2O、CO2、CO以及甲烷等烃类，CO2在高温750℃还存在一个析出峰，由于无机碳酸盐的分解。     

垃圾焚烧飞灰理化特性研究

应用能谱分析、灰熔点炉、XRD、压汞仪等仪器手段对国内外8种垃圾焚烧飞灰的成分、熔点、晶相结构、颗粒特性等物理化学性质进行了系统研究。研究表明,飞灰成分因为受原料、炉型、取样位置等因素影响而差异很大。由于飞灰的成分差异导致垃圾焚烧飞灰比煤灰更易于熔融,对熔融处理有利,这主要归因于飞灰中SiO2含量以及SiO2/Al2O3差异,熔点与SiO2含量存在正比关系；添加CaO实现助熔是有条件的,不同飞灰由于焚烧条件和飞灰成分不同导致晶相组成有一定差异；飞灰内部孔径主要分布于0.3 μm～1.5 μm范围内,飞灰的比表面积为20.5 m2/g。     

垃圾焚烧氯对重金属迁移特性的影响

在管式反应炉上，通过加入有机氯（PVC）和无机氯（NaCl）研究了垃圾焚烧时氯对重金属迁移特性的影响。结果表明，在低温下，氯对重金属的挥发几乎没有影响，只有在较高的反应温度下氯才会对重金属的挥发特性产生影响，且垃圾焚烧过程中氯的存在使重金属更易向飞灰或烟气中迁移，垃圾中有机氯对重金属迁移特性的影响要大于无机氯。氯的存在会显著改变分布在飞灰和烟气或底渣和飞灰之间的重金属的分布特性。     

固态废弃物和煤混合燃烧过程中有机氯化物形成机理的研究

对几种煤和城市固体废弃物（MSW）如PVC和纤维素中的主要可燃成分进行了实验研究,热重－质谱－红外（TGA／MS／FTIR）分析以原料和其混合物为对象,收集得到的燃烧特征图显示出不同的热力学行为。结果表明共燃中快速加热比慢速加热形成有机化合物的可能性要大,管式炉中的实验表明在MSW燃烧过程中Cl2是生成有机氯化物的重要媒介,提出的形成机理包括Deacon反应,用纯有机化合物进行的实验证实此反应为一可能的途径。燃烧过程中SO2对Cl2生成的作用也被检查,结果表明SO2的加入可以降低Cl2的生成量,从而大大减少有机氯化物的生成。     

垃圾在流化床中焚烧NO排放特性研究

在Ф150 mm流化床上，研究了六类典型组分垃圾NO转化率与床温和过量空气系数(excess air简称EA)的关系。研究发现，纸渣与木块NO转化率最高，橡胶与塑料最低;织物、纸张、厨余、木块、塑料NO均具有中温生成特性，一般在800 ℃～850 ℃时即接近最大值，之后温度升高对NO的生成影响不大;橡胶与无烟煤由于含N化合物结构稳定，其NO转化率随床温升高而增大;由于挥发分析出的相互影响，较低的火焰温度，混合垃圾NO转化率一般低于单组分垃圾的线性叠加;少量水分不会对垃圾NO转化率造成很大影响，相反还会促进NO的转化，但过量水分会抑制NO的生成。     

垃圾焚烧炉飞灰中二噁英的分布特性

采用高分辨色谱/低分辨质谱联机分析了不同炉型垃圾焚烧炉布袋除尘器飞灰中的二噁英分布特性。结果表明，燃料组成及飞灰中氯含量对飞灰中二噁英的浓度均有影响。飞灰中氯含量与灰中的二噁英含量成正比关系。尽管飞灰中含有大量重金属，但与飞灰中二噁英的含量并不存在显著的关系。流化床炉与炉排炉布袋除尘器飞灰中二噁英同系物分布特性不同。飞灰中二噁英的主要同系物是1,2,3,4,6,7,8-HpCDD(heptachlorinated dibenzo-p-dioxin)，1,2,3,4,6,7,8-HpCDF(heptachlorinated dibenzofuran)和OCDD(octachlorinated dibenzo-p-dioxin)，PCDFs(polychlorinated dibenzofurans)，TEQ (toxic equivalence quantity)高于PCDDs含量。初步研究表明，炉排炉飞灰中二噁英总量及毒性当量（TEQ）大于流化床炉飞灰。     

垃圾中可燃物的燃烧动力学研究

采用热重法对六种垃圾中的可燃物的燃烧过程进行了研究,探讨了垃圾中可燃物燃烧过程的燃烧特性,并由它们的微分热重曲线计算出它们的一级反应动力学参数。各可燃物的燃烧特性可归纳为纤维类与聚合类,可燃物的活化能与着火点温度相对应,活化能与指前因子直接存在补偿效应。     

城市生活垃圾焚烧体系化学热力学平衡分析

采用化学热力学平衡分析方法，分析城市生活垃圾焚烧体系污染物的排放特性。主要计算了聚氯乙烯（PVC）及典型城市垃圾焚烧过程氯元素的化学平衡组成及其浓度，同时研究了脱氯剂对PVC及垃圾中氯转化的影响。计算结果表明，PVC热态反应的主要产物是HCl气体，在加入脱氯剂后温度低于600℃时，脱氯剂对HCl的脱除作用很明显；城市生活垃圾热解和燃烧过程中在温度超过600 ℃，垃圾中的有机氯和无机氯都将转化为HCl气体，而此时脱氯剂失去效果。由计算结果得到控制HCl生成，消除二口恶英污染物的生成反应工艺条件。     

煤颗粒燃烧的孔隙特性研究

以实验为基础,系统研究了典型煤种燃烧时的颗粒孔隙过程。采用低温吸附法和电子显微图像计算机法测量了煤燃烧过程中的颗粒孔隙,获得了颗粒孔径分布和孔形分布等孔隙特性,建立了煤颗粒燃烧的微孔效应和亚微孔效应理论。