不同升溫速率下餐巾紙的燃燒特性研究

趙鵬 鄭三強(qiáng) 陳碩 張慶金 譚廣雷

摘 要：利用熱重分析法，對(duì)不同升溫速率下紙類垃圾的燃燒特性進(jìn)行研究，得出各試樣的著火溫度、燃盡溫度及綜合燃燒特性指數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，燃燒溫度從室溫升至800攝氏度時(shí)，紙類垃圾燃燒過程可分為3個(gè)失重階段：水分析出階段、揮發(fā)分析出及燃燒階段和殘余部分燃燒階段；其中，揮發(fā)分析出及燃燒階段為主要質(zhì)量損失階段，升溫速率對(duì)紙類垃圾最大失重率以及燃燒特性指數(shù)等燃燒特性參數(shù)都有顯著影響。

關(guān)鍵詞：紙類垃圾；熱重分析；動(dòng)力學(xué)；升溫速率；失重階段

Abstract：using thermogravimetric analysis method， study on the combustion characteristics under different heating rate， paper waste， ignition temperature， burnout temperature index and comprehensive combustion characteristics of the sample. The experimental results show that the combustion temperature from room temperature to 800 degrees Celsius， paper waste combustion process can be divided into 3 stages： the stage of analysis of water loss， devolatilization and combustion stage and fixed carbon combustion stage； the heating rate of waste paper maximum weight loss rate and combustion characteristic index and combustion characteristic parameters are significant effect.

Key words：waste paper； thermogravimetric analysis； kinetics； heating rate

一、緒論

隨著城市的擴(kuò)大及人口數(shù)量的不斷的增多，城市日常生活中的垃圾也越來越多，大量的生活垃圾已經(jīng)開始影響到人類的生活、工作及環(huán)境。大中城市的固體生活垃圾已經(jīng)成為影響人們?nèi)粘Ｉ畹囊淮笾匾獑栴}[1]。我國已有60%多的大中城市被垃圾包圍，有近20%的城市將垃圾運(yùn)送至鄉(xiāng)村，最終使得城鄉(xiāng)結(jié)合帶區(qū)域生態(tài)環(huán)境惡化[2]。因此，尋求城市生活垃圾減量化，處理生活垃圾方法無害化，推進(jìn)生活垃圾資源化利用已成為城市發(fā)展中迫切需要解決的問題。目前，填埋法、堆肥法、生物化學(xué)法、熱解法和焚燒法等是我國采用的垃圾處理方法，但它們都存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)[3]。

目前，我國紙類垃圾通常采用定點(diǎn)投放、混合收集方式，由環(huán)衛(wèi)部門定期收集和清運(yùn)。雖然目前中國紙類垃圾處理率已提升到84.8%，但仍擁有大量可再利用資源卻沒有得到有效的回收利用。隨著人口的不斷增長和生活水平的日益提高，人們的消費(fèi)物品和消費(fèi)行為都發(fā)生了極大的變化。用完即扔、一次性消費(fèi)正在成為人們的消費(fèi)習(xí)慣，垃圾的產(chǎn)量越來越大，成分也越來越復(fù)雜。紙類垃圾焚燒處理技術(shù)在減量化與資源化方面比填埋技術(shù)更具有獨(dú)特優(yōu)勢，因而焚燒處理率近年來一直呈上升趨勢。本文對(duì)不同升溫速率下紙類垃圾的燃燒特性進(jìn)行研究，這對(duì)城市固體廢棄物的實(shí)踐操作提供較好的科學(xué)依據(jù)。

二、實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)樣品主要取自廢棄餐巾紙，將餐巾紙剪成片狀，放入天平中進(jìn)行初測，初測質(zhì)量為8mg-10mg，將實(shí)驗(yàn)儀器熱分析儀開啟，打開氮?dú)忾y，等待約10分鐘，待儀器穩(wěn)定后將實(shí)驗(yàn)材料放入熱重分析儀爐體內(nèi)，實(shí)驗(yàn)載氣為氮?dú)?，載氣流量設(shè)定為50mL/min實(shí)驗(yàn)升溫采用程序升溫的非等溫法。為了研究不同升溫速率對(duì)餐巾紙燃燒過程及燃燒動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響，實(shí)驗(yàn)選取5，10，15和20K/min4種升溫速率。實(shí)驗(yàn)升溫從室溫開始，終溫設(shè)定為800℃。

三、結(jié)果與討論

不同升溫速率下的餐巾紙的熱重曲線如圖1所示。由下圖可見，不同升溫速率下餐巾紙的燃燒過程基本相同，大致可分為3個(gè)溫度區(qū)間段：第一階段從室溫至-300℃時(shí)，該階段的質(zhì)量損失率為7%～8.5%，是由餐巾紙中的水分蒸發(fā)及少量揮發(fā)性氣氛析出引起；第二階段為300-400℃，樣品質(zhì)量損失率則呈現(xiàn)劇烈的下降現(xiàn)象，因?yàn)樵撾A段餐巾紙開始劇烈燃燒；從400～800℃，質(zhì)量損失比較緩慢，該階段的質(zhì)量損失主要是由焦炭燃燒引起，且不同升溫速綠下的質(zhì)量損失不同。

四、結(jié)論

（1）餐巾紙燃料燃燒過程主要分為脫水干燥階段、紙中揮發(fā)分析出與燃燒階段以及殘余部分燃燒階段。燃燒過程中主要質(zhì)量損失階段是揮發(fā)分析出與燃燒階段。

（2）在殘余部分燃燒階段，燃燒速率隨升溫速率的增加而增加。

參考文獻(xiàn)：

[1]方創(chuàng)琳.中國垃圾資源的綜合開發(fā)利用[J].自然資源學(xué)報(bào)，1996，11（4）：333-338.

[2]楊玉楠，熊運(yùn)實(shí).固體廢物的處理處置工程與管理[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[3]邊炳鑫，張鴻波.固體廢物預(yù)處理與分選技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

作者簡介：譚廣雷（1979—），男，吉林長春人，博士，副教授。