城市污水污泥掺烧的研究

假设试样由3部分物质(即易挥发分、难挥发分和固定碳)组成, 从污泥、咖啡渣及其混合物燃烧的宏观动力学角度,  把失重过程的各个阶段看成是独立、连续、平行的反应, 各部分物质在升温过程中单独进行反应(温俊明等, 2004).在整理实验数据时发现,  无论是单步反应还是多步反应, 在每步反应中, 第一阶段DTG峰值两侧的反应机理不同.以污泥在升温速率为10 ℃˙min-1时燃烧为例,  分别在不同的反应机理下将各个阶段峰前后的横纵坐标数据代入后进行数据拟合(n分别取0.5、1.0、1.5、2.0), 拟合结果见图 5,  比较不同反应机理的可决系数R2值的大小从而确定燃烧动力学方程和活化能E.

图 5污泥在升温速率为10 ℃˙min-1时挥发分第一失重峰的燃烧动力学拟合曲线

在燃烧动力学参数中, 活化能是一个非常重要的参数, 是指化学反应中, 反应物分子由初始稳定状态变为活化分子所需的最小能量,  它比着火温度更能从本质上描述试样的着火性能.按照上述方法可得, 试样在挥发分1峰前取反应级数n=0.5, 用 f(α)=(1-α)0.5来描述该阶段较为合理,  而其峰后以及挥发分和固定碳燃尽阶段的整个失重峰一般取n=2,  用f(α)=(1-α)2来描述其反应机理较为合适.各阶段拟合方程所得可决系数的平方值在0.965以上, 说明由此确定的反应级数较为合理.其中,  试样各个阶段拟合方程和所求动力学参数见表 5.由表 5可知, 试样的活化能随着燃烧进程的深入而增大, 在固定碳燃烧阶段,  污泥、咖啡渣及其混合试样的活化能均较高, 说明固定碳的燃烧需要较高的温度.

表 5 试样燃烧时的动力学参数

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