热天平上城市固体废弃物热解及燃烧特性研究

论文摘要

城市垃圾焚烧由于能够较大幅度的减少原始垃圾的体积和质量,并能够有效利用垃圾内热量,成为填埋方法外一项非常有效的垃圾处理方法。为了深入研究城市固体垃圾成分对垃圾燃烧过程所造成的影响,本文利用热天平与傅立叶红外光谱仪联用（TG-FTIR）联用的试验方法,研究模拟垃圾样品的热解和燃烧特性。采用热天平,在不同的升温速率下,分别对模拟垃圾样品的各可燃组分（蔬菜、纸壳）的热解特性和按照一维实验台上混合比例（5:3）制成混合垃圾样品的热解特性分别进行了研究。由TG曲线和DTG曲线得到的热解特性参数可知,随着升温速率的增加,初始热解温度逐渐增大;最大失重速率逐渐增大,其对应的温度也增加;样品的最终总失重率逐渐增大。蔬菜与纸壳按5:3制成混合垃圾的热解结果表明,两者热解无协同效应,各组分热解是独立进行的,对混合垃圾热解的贡献基本可以由质量含量来表示。通过改变试验气氛,研究模拟城市固体废弃物各组分及混合垃圾在热天平上的燃烧特性。氧量对样品的燃烧过程影响较大,氧量升高对蔬菜样品的挥发份析出没有明显影响,但对纸壳样品的挥发分析出有促进作用。样品在热天平上的着火温度受氧量影响不大,进入焦炭燃烧阶段后,受扩散因素影响,氧量的升高对焦炭燃烧有促进作用。由傅立叶变换红外光谱仪检测得到的热解析出气体谱图,通过与标准谱图对比检索,确定热解产气的主要组分为CO2、CO、CH4。建立了一套定量分析方法,定量分析了几种主要气体（CO2、CO、CH4）的变化过程,结果表明,在低温段,几种气体的析出过程相同,即随着温度的增加,析出量逐渐增大,然后有减小的趋势;而在高温段,CO2的析出逐渐减少,而CO和CH4相对来说析出量较大。根据模拟城市固体废弃物各组分及混合垃圾的试验结果,采用Li Chung-HSiung法,确定了适用于试验样品热解与燃烧过程的机理函数为F1。采用Coats-Redfern法求解了模拟城市固体废弃物各组分及混合垃圾的热解与燃烧动力学参数（活化能和指前因子）,结果表明,随着升温速率的增大,活化能也随着增大,频率因子则随着减小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 城市固体废弃物利用研究现状
• 1.2 热分析技术研究现状
• 1.2.1 热分析技术概述
• 1.2.2 热分析技术应用与研究现状
• 1.3 课题来源及主要内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 实验装置及方法介绍
• 2.1 实验装置介绍
• 2.2 实验方法介绍
• 2.2.1 热重（TG）试验方法
• 2.2.2 热重—红外联用（TG―FTIR）试验方法
• 2.3 试验样品制备及工况安排
• 2.4 本章小结
• 第3章 模拟垃圾样品热解特性研究
• 3.1 模拟垃圾样品各组分热解过程分析
• 3.2 升温速率对模拟垃圾样品组分热解过程的影响
• 3.3 混合垃圾物料热解过程的分析
• 3.4 模拟垃圾样品热解产气FTIR 分析
• 3.4.1 模拟垃圾样品热解DTG 曲线与热解气体吸光度曲线对比分析
• 3.4.2 模拟垃圾样品热解产气定性分析
• 3.4.3 模拟垃圾样品热解产气机理分析
• 3.4.4 模拟垃圾样品热解产气定量分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 模拟垃圾样品燃烧特性研究
• 4.1 模拟垃圾样品各组分燃烧过程分析
• 4.2 模拟垃圾样品各组分燃烧模式分析
• 4.3 升温速率对模拟垃圾样品组分燃烧过程的影响
• 4.4 氧量对模拟垃圾样品组分燃烧过程的影响
• 4.5 模拟垃圾样品组分燃烧过程的DTA 曲线分析
• 4.6 混合物料燃烧特性分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 模拟垃圾样品热解与燃烧动力学参数计算
• 5.1 热解动力学参数计算
• 5.1.1 热解动力学模型
• 5.1.2 机理函数的选择
• 5.1.3 热解动力学参数计算
• 5.1.4 动力学参数的补偿效应
• 5.2 燃烧动力学参数计算
• 5.2.1 燃烧动力学模型
• 5.2.2 燃烧动力学参数计算
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢