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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会
基于可视化大尺寸快速升温热重分析装置的混合固废热解和燃烧特性的实验研究
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  • 作者

    吴三军李嘉晔李振山

  • 单位

    清华大学能源与动力工程系热科学及动力工程教育部重点实验室

  • 摘要
    随着全球城市化进程的推进,以垃圾焚烧为代表的城市固体废弃物无害化、资源化处理方式得到越来越多的关注。城市固体废弃物(MSW)的燃烧依次经历干燥、热解及挥发分燃烧、焦炭燃烧三个阶段,描述样品热解、燃烧动力学特性的主要参数包括样品质量、温度、尺寸和点火特性等。实际固废焚烧处理过程的主要特征包括升温速率高(400 K/min以上),样品尺寸大、组分复杂和样品体积收缩等。然而,常规的用于测量固废热解、燃烧的实验设备如TGA、macro TGA、沉降炉等存在升温速率或样品尺寸受限,难以同时获取样品的质量、温度和图像信息等缺陷。为此,本研究搭建了可视化快速升温大尺寸热重分析装置,测量了打印纸纸、PET塑料、松木和厨余垃圾及其混合样品在慢速升温(10 K/min,15 K/min,25 K/min)和快速升温(约500 K/min)工况下热解和燃烧的质量,温度和图像信息。结果表明,升温速率对混合样品的热解、燃烧动力学特性影响较大。慢速升温下,混合样品燃烧失重速率曲线呈现多峰特征且这些峰的出现时间与其四种组分的燃烧失重速率曲线峰值具有对应关系。快速升温下,混合样品各组分的热解区间区域趋于重叠,燃烧失重速率曲线的峰减少为一个。温度和图像信息表明,15 K/min慢速升温下,混合样品内部和表面的点火时间基本一致,点火时样品中心温度为191 ℃,燃烧发生在样品表面。快速升温下,升温开始后样品表面可以立即观察到挥发分燃烧火焰,随后燃烧逐步向样品内部扩展。随着燃烧的进行,样品尺寸持续收缩,直至燃尽。本研究基于可视化大尺寸快速升温热重装置实现了接近真实工况下混合固废样品热解、燃烧动力学特性的测试,获取了更为全面的动力学特性数据,为建立相关的混合固废燃烧模型提供了数据支持。
  • 关键词

    混合固体废弃物可视化快速升温热重分析热解和燃烧动力学

  • 文章目录
    0 引 言
    1 实验部分
    1.1 样品
    1.2 实验装置及步骤
    2 实验结果和分析
    2.1 升温速率的影响
    2.2 混合样品与各组分燃烧的关系
    2.3 热解与燃烧
    3 结 论
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