三種可燃固體廢棄物及煤粉的熱重分析

Vol26 No. 3安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報第26卷第3期July 2009J of Anhui University of Technology200年7月文章編號:1671-7872(2009)030229-03三種可燃固體廢棄物及煤粉的熱重分析任山,龍世剛(安徽工業(yè)大學(xué)冶金與資源學(xué)院,安徽馬鞍山243002)摘要:采用熱重分析法對三種可燃固體廢棄物如廢輪胎廢木料廢織物及煤粉的燃燒失重特性進(jìn)行對比分析研究它們的失重規律著(zhù)火特性和燃盡特性。結果表明:三種可燃固體廢棄物的失重及燃燒特性與煤粉有較大的區別煤粉揮發(fā)物少燃燒失重主要受固定碳燃燒控制,可燃固體廢棄物揮發(fā)份較多燃燒失重主要受揮發(fā)份的燃燒控制;可燃固體廢棄物的渣量明顯低于煤粉渣量。這些可燃固體廢棄物噴入高爐中含氫量高有利于改善高爐冶煉的經(jīng)濟技術(shù)指標和減少CO2排放。關(guān)鍵詞:可燃固體廢棄物;煤粉;燃燒特性;熱重分析中圖分類(lèi)號:TF053文獻標識碼:Adai:10.3969jsn1671-7872200903007Investigation on Thermogravimetric Characteristic of SeveralCommom refuse derived fuel and coal powderREN Shan, LONG Shi-gang(School of Metallurgy and Resources, Anhui University of Technology, Ma'anshan 243002, China)Abstraction: Combustion characteristics of several common Refuse Derived Fuel (RDF), such as waste tyre, wastewood, waste texitle and coal powder were analysed and compared by means of thermogravimetric analysis. also thelaw of losing weight, characteristics of ignition and burnoutstudied. The results showed that there weredifferences between these RDFs and coal powder incteristics ofcomcombustion of coal powder, which contained less volatiles, was controllely by fixed carbon while thecombustion of RDFs, which contained more volatiles, was dominated chieflylatinization and combustion ofvolatiles The slag of RDFs is obviously lower than that of coal powder. The injection of these RDFs into blastfurnace can be in favor of improving the economic and technologic index of production, also it can reduce theemission of CO, because of the higher content of hydrogen.Key words: RDF coal powder;combustion chathermogravimetric analysis固體廢棄物處理已成為世界各國面臨的共同課題,如何有效地處理和利用固體廢棄物是科技工作者亟待解決的問(wèn)題。傳統的填埋方法由于占用土地、成本較高已逐漸被焚燒法代替叫焚燒法可達到減容、減量的目的,但焚燒過(guò)程中產(chǎn)生有毒氣體如二嗯嘆( Dioxin)污染環(huán)境。高爐是一種特定的反應器,爐內燃燒條件和氣氛不易生成上述有毒氣體,而且能量利用率高于普通焚燒法,所以研究高爐噴吹固體廢棄物具有現實(shí)意義岡熱重法是用于研究固體化學(xué)反應特性的重要方法門(mén)本研究中,用熱重法對固體廢棄物及寶鋼高爐噴吹用煤粉的燃燒特性進(jìn)行分析比較。1實(shí)驗材料及方法11實(shí)驗材料廢輪胎膠粒是由杭州寶力物資回收利用公司提供粒徑為fYHt聲*平常見(jiàn)廢衣物中的棉中國煤化工收稿日期:2008-09蕊金項目:上海寶山鋼鐵集團公司資助項目(R08ECEH200)CNMHG作者簡(jiǎn)介:任山(1983-),男,安徼淮北人,碩士生230安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報2009和滌綸為樣品剪切至粒徑06mm左右;廢木材選取木材加工廠(chǎng)的混合木屑烘干、磨碎粒徑06mm左右煤粉選用寶鋼3高爐噴吹用的煤粉,粒度在0.1mm左右。12實(shí)驗方法分析儀為日本島津DTG-60型綜合熱分析儀,實(shí)驗條件:升溫范圍303~1073K速度為20Kmin,環(huán)境為空氣,空氣流速為30mUmn。取樣量15mg左右。110DTG2實(shí)驗結果與分析討論21熱失重基本特征分析28廢輪胎燃燒TG-DTG-DTA曲線(xiàn)如圖1。圖1中TGTG為試樣質(zhì)量分數隨溫度的變化(%),DTG為試樣質(zhì)200量分數隨溫度變化的微分值(%K+),DTA為試樣隨DTA溫度變化的熱量變化(下同)。由圖1可見(jiàn),廢輪胎在6520K左右明顯失重890K左右失重速度放緩,TG曲7009001100線(xiàn)不是典型的平滑失重曲線(xiàn)。因為除了吸附水析出造T/K成的失重外,隨著(zhù)溫度升高,還存在3個(gè)比較明顯的失圖1廢輪胎燃燒TG- DTG-DTA曲線(xiàn)重過(guò)程:即揮發(fā)份釋放、燃燒和固定碳燃燒。整個(gè)熱解區間內可以大致分為3個(gè)階段:緩慢裂解-急速裂解-緩慢裂解至結束廢輪胎中可燃碳氫化合物在550K左右時(shí)裂解析出,DTG曲線(xiàn)有比較明顯的失重速率變化區域。這是因為廢輪胎含有大量的揮發(fā)份,其熱失重過(guò)程主要集中在揮發(fā)份的析出和燃燒階段。DTG曲線(xiàn)峰非常陡,表明廢輪胎揮發(fā)份的析出燃燒非常迅速,其燃燒特性與自身性質(zhì)有很大關(guān)系。圖2,3為廢織物燃燒TG- DTG-DTA曲線(xiàn)。由圖2,3可見(jiàn),廢織物中棉纖維和滌綸纖維的燃燒失重TG曲線(xiàn)相似,它們在500-810K下降迅速,810K之后TG曲線(xiàn)對應數值都接近于零,表明它們的燃燒過(guò)程迅速,都是由揮發(fā)份的燃燒控制整個(gè)燃燒過(guò)程,并且兩者的灰份含量極低。比較二者DTG曲線(xiàn)棉纖維達到失重速率最大值對應溫度為650K滌綸為740K左右,可見(jiàn),棉纖維比滌綸纖維更易裂解,產(chǎn)生的揮發(fā)份燃燒使失重速率最大時(shí)對應的溫度提前。比較二者DTA曲線(xiàn)棉纖維的燃燒放熱溫度區間為600800K,滌綸纖維對應放熱區間為750-850K,棉纖維提前燃燒放熱,這和二者DTG曲線(xiàn)變化所得的結論類(lèi)似。1000-280DTADTA20040060080010003005007009001100TT/K圖2廢棉纖維燃燒 TG-DTG-DTA曲線(xiàn)圖3廢滌綸燃燒 TG-DTG-DTA曲線(xiàn)廢木料燃燒TG- DTG-DTA曲線(xiàn)如圖4。由圖4可見(jiàn),廢木料在室溫-370K,TG,DTG,DTA曲線(xiàn)均向斜率為負值的方向延伸,在此溫度區間吸熱脫水有小的吸熱峰及失重峰。370-530K,DTG值在零左右,TG值較穩定,DTA也很小說(shuō)明廢木材質(zhì)量變化較緩這是由于廢木材在該溫度區間僅有少量小分子有機物裂解,故失重不明顯。530-650K,TG,DTG,DTA曲線(xiàn)均劇烈變化。因為在530K左右,廢木材開(kāi)始大量裂解大分子有機化合物,廢木材質(zhì)量減少較多殘留下來(lái)的物質(zhì)主要是木炭。655-800K殘留木炭開(kāi)始燃燒釋放出大量的反應熱對應的TG,D.DmA曲線(xiàn)亦變化明顯。800K以V山中國煤化工慢燃燒失重曲線(xiàn)變化不明顯,失重量逐漸達到最大值,廢木材幾乎燃燒完全。CNMHG寶鋼煤粉燃燒TG-DG-DTA曲線(xiàn)如圖5。由圖5可見(jiàn),保仕呈l-4UK,U,UU,DTA曲線(xiàn)均向斜率為負值的方向延伸。煤粉在此溫度區吸熱脫水,有小的吸熱峰及失重峰。430740K范圍內煤粉的質(zhì)量變第3期任山等:三種可燃固體廢棄物及煤粉的熱重分析231化緩慢,此階段主要是揮發(fā)份在燃燒而煤粉中揮發(fā)份含量較低,至740K時(shí)失重曲線(xiàn)變化仍不明顯。740K以后,煤粉質(zhì)量急劇減少,煤粉中的碳開(kāi)始燃燒,放出大量的熱。DTA急劇上升,在850K時(shí)達到最高峰1030K煤粉燃燒失重速率達最大值。由圖5還可看出,1073K時(shí)煤粉殘余質(zhì)量為45%左右,煤粉并沒(méi)有完全燃盡。DTG游DTADTG100-160-20J-20030050070090011003005007009001100圖4廢木料燃燒TG- DTG-DTA曲線(xiàn)圖5寶鋼煤粉燃燒 TG-DTG-DTA曲線(xiàn)22燃燒特性參數表1可燃固體廢棄物及寶鋼煤粉燃燒特征參數由圖1-5可得可燃固體廢棄物及煤粉的燃燒特性dte/dn)( %/K T/k T/k T/kTh參數,如表1。廢輪胎825624105836.92著(zhù)火點(diǎn)與著(zhù)火前的溫度升高有關(guān)。根據文獻4本廢棉纖維2473廢滌綸302.51研究借鑒TGDG法來(lái)確定著(zhù)火點(diǎn)。在DG曲線(xiàn)上,廢木料18l1532785過(guò)峰值A點(diǎn)做垂線(xiàn)與TG曲線(xiàn)相交于B點(diǎn),過(guò)B點(diǎn)作寶鋼煤粉357030741>1073<46.52TG曲線(xiàn)的切線(xiàn)該切線(xiàn)與TG曲線(xiàn)上開(kāi)始失重前水平注:了為DG曲線(xiàn)(ldn_對應的溫度:了為試樣著(zhù)火點(diǎn)線(xiàn)的延長(cháng)線(xiàn)相交于C點(diǎn),過(guò)C點(diǎn)作橫坐標的垂線(xiàn)與橫T為試樣燃盡時(shí)對應的溫度;u=為燃盡時(shí)殘余物所占比坐標交于D點(diǎn),則D點(diǎn)即定義為著(zhù)火點(diǎn)。見(jiàn)圖6。0063結論(1)三種可燃固體廢棄物的燃燒失重過(guò)程與煤粉有著(zhù)較大的不同。煤粉在741K才有明顯的燃燒失重現象,這幾種常見(jiàn)可燃固體廢棄物在相對較低的溫度(532-667K)就能著(zhù)火,這主要是由于揮發(fā)份的析出和036燃燒。D50(2)三種可燃固體廢棄物燃盡時(shí)殘余物所占比例0200400600800較煤粉低。(3)三種可燃固體廢棄物主要由碳氫化合物構成,圖6著(zhù)火點(diǎn)定義示意圖是很好的燃料和還原劑,噴入高爐有利于改善高爐冶煉的經(jīng)濟技術(shù)指標。參考文獻:[哪郭小粉楊雪蓮陳勇謝克昌垃圾中可燃物的燃燒動(dòng)力學(xué)研燃料化學(xué)學(xué)報1997162-672龍世剛曹楓孟慶民等.高爐噴吹廢塑料的研究小鋼鐵2005409):3-15B3馮新華龍世剛汪志全等.4種廢塑料的燃燒動(dòng)力學(xué)研究門(mén)安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版2005223218-214李相國馬保國徐立等廢輪胎膠粉與煤混燒的熱重分析中國電機yHa中國煤化工CNMHG任編輯何莉)