三种可燃固体废弃物及煤粉的热重分析

Vol26 No. 3安徽工业大学学报第26卷第3期July 2009J of Anhui University of Technology200年7月文章编号:1671-7872(2009)030229-03三种可燃固体废弃物及煤粉的热重分析任山,龙世刚(安徽工业大学冶金与资源学院,安徽马鞍山243002)摘要:采用热重分析法对三种可燃固体废弃物如废轮胎废木料废织物及煤粉的燃烧失重特性进行对比分析研究它们的失重规律着火特性和燃尽特性。结果表明:三种可燃固体废弃物的失重及燃烧特性与煤粉有较大的区别煤粉挥发物少燃烧失重主要受固定碳燃烧控制,可燃固体废弃物挥发份较多燃烧失重主要受挥发份的燃烧控制;可燃固体废弃物的渣量明显低于煤粉渣量。这些可燃固体废弃物喷入高炉中含氢量高有利于改善高炉冶炼的经济技术指标和减少CO2排放。关键词:可燃固体废弃物;煤粉;燃烧特性;热重分析中图分类号:TF053文獻标识码: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固体废弃物处理已成为世界各国面临的共同课题,如何有效地处理和利用固体废弃物是科技工作者亟待解决的问题。传统的填埋方法由于占用土地、成本较高已逐渐被焚烧法代替叫焚烧法可达到减容、减量的目的,但焚烧过程中产生有毒气体如二嗯嘆( Dioxin)污染环境。高炉是一种特定的反应器,炉内燃烧条件和气氛不易生成上述有毒气体,而且能量利用率高于普通焚烧法,所以研究高炉喷吹固体废弃物具有现实意义冈热重法是用于研究固体化学反应特性的重要方法門本研究中,用热重法对固体废弃物及宝钢高炉喷吹用煤粉的燃烧特性进行分析比较。1实验材料及方法11实验材料废轮胎胶粒是由杭州宝力物资回收利用公司提供粒径为fYHt声*平常见废衣物中的棉中国煤化工收稿日期:2008-09蕊金项目:上海宝山钢铁集团公司资助项目(R08ECEH200)CNMHG作者简介:任山(1983-),男,安徼淮北人,硕士生230安徽工业大学学报2009和涤纶为样品剪切至粒径06mm左右;废木材选取木材加工厂的混合木屑烘干、磨碎粒径06mm左右煤粉选用宝钢3高炉喷吹用的煤粉,粒度在0.1mm左右。12实验方法分析仪为日本岛津DTG-60型综合热分析仪,实验条件:升温范围303~1073K速度为20Kmin,环境为空气,空气流速为30mUmn。取样量15mg左右。110DTG2实验结果与分析讨论21热失重基本特征分析28废轮胎燃烧TG-DTG-DTA曲线如图1。图1中TGTG为试样质量分数随温度的变化(%),DTG为试样质200量分数随温度变化的微分值(%K+),DTA为试样随DTA温度变化的热量变化(下同)。由图1可见,废轮胎在6520K左右明显失重890K左右失重速度放缓,TG曲7009001100线不是典型的平滑失重曲线。因为除了吸附水析出造T/K成的失重外,随着温度升高,还存在3个比较明显的失图1废轮胎燃烧TG- DTG-DTA曲线重过程:即挥发份释放、燃烧和固定碳燃烧。整个热解区间内可以大致分为3个阶段:缓慢裂解-急速裂解-缓慢裂解至结束废轮胎中可燃碳氢化合物在550K左右时裂解析出,DTG曲线有比较明显的失重速率变化区域。这是因为废轮胎含有大量的挥发份,其热失重过程主要集中在挥发份的析出和燃烧阶段。DTG曲线峰非常陡,表明废轮胎挥发份的析出燃烧非常迅速,其燃烧特性与自身性质有很大关系。图2,3为废织物燃烧TG- DTG-DTA曲线。由图2,3可见,废织物中棉纤维和涤纶纤维的燃烧失重TG曲线相似,它们在500-810K下降迅速,810K之后TG曲线对应数值都接近于零,表明它们的燃烧过程迅速,都是由挥发份的燃烧控制整个燃烧过程,并且两者的灰份含量极低。比较二者DTG曲线棉纤维达到失重速率最大值对应温度为650K涤纶为740K左右,可见,棉纤维比涤纶纤维更易裂解,产生的挥发份燃烧使失重速率最大时对应的温度提前。比较二者DTA曲线棉纤维的燃烧放热温度区间为600800K,涤纶纤维对应放热区间为750-850K,棉纤维提前燃烧放热,这和二者DTG曲线变化所得的结论类似。1000-280DTADTA20040060080010003005007009001100TT/K图2废棉纤维燃烧 TG-DTG-DTA曲线图3废涤纶燃烧 TG-DTG-DTA曲线废木料燃烧TG- DTG-DTA曲线如图4。由图4可见,废木料在室温-370K,TG,DTG,DTA曲线均向斜率为负值的方向延伸,在此温度区间吸热脱水有小的吸热峰及失重峰。370-530K,DTG值在零左右,TG值较稳定,DTA也很小说明废木材质量变化较缓这是由于废木材在该温度区间仅有少量小分子有机物裂解,故失重不明显。530-650K,TG,DTG,DTA曲线均剧烈变化。因为在530K左右,废木材开始大量裂解大分子有机化合物,废木材质量减少较多残留下来的物质主要是木炭。655-800K残留木炭开始燃烧释放出大量的反应热对应的TG,D.DmA曲线亦变化明显。800K以V山中国煤化工慢燃烧失重曲线变化不明显,失重量逐渐达到最大值,废木材几乎燃烧完全。CNMHG宝钢煤粉燃烧TG-DG-DTA曲线如图5。由图5可见,保仕呈l-4UK,U,UU,DTA曲线均向斜率为负值的方向延伸。煤粉在此温度区吸热脱水,有小的吸热峰及失重峰。430740K范围内煤粉的质量变第3期任山等:三种可燃固体废弃物及煤粉的热重分析231化缓慢,此阶段主要是挥发份在燃烧而煤粉中挥发份含量较低,至740K时失重曲线变化仍不明显。740K以后,煤粉质量急剧减少,煤粉中的碳开始燃烧,放出大量的热。DTA急剧上升,在850K时达到最高峰1030K煤粉燃烧失重速率达最大值。由图5还可看出,1073K时煤粉残余质量为45%左右,煤粉并没有完全燃尽。DTG游DTADTG100-160-20J-20030050070090011003005007009001100图4废木料燃烧TG- DTG-DTA曲线图5宝钢煤粉燃烧 TG-DTG-DTA曲线22燃烧特性参数表1可燃固体废弃物及宝钢煤粉燃烧特征参数由图1-5可得可燃固体废弃物及煤粉的燃烧特性dte/dn)( %/K T/k T/k T/kTh参数,如表1。废轮胎825624105836.92着火点与着火前的温度升高有关。根据文献4本废棉纤维2473废涤纶302.51研究借鉴TGDG法来确定着火点。在DG曲线上,废木料18l1532785过峰值A点做垂线与TG曲线相交于B点,过B点作宝钢煤粉357030741>1073<46.52TG曲线的切线该切线与TG曲线上开始失重前水平注:了为DG曲线(ldn_对应的温度:了为试样着火点线的延长线相交于C点,过C点作横坐标的垂线与横T为试样燃尽时对应的温度;u=为燃尽时残余物所占比坐标交于D点,则D点即定义为着火点。见图6。0063结论(1)三种可燃固体废弃物的燃烧失重过程与煤粉有着较大的不同。煤粉在741K才有明显的燃烧失重现象,这几种常见可燃固体废弃物在相对较低的温度(532-667K)就能着火,这主要是由于挥发份的析出和036燃烧。D50(2)三种可燃固体废弃物燃尽时残余物所占比例0200400600800较煤粉低。(3)三种可燃固体废弃物主要由碳氢化合物构成,图6着火点定义示意图是很好的燃料和还原剂,喷入高炉有利于改善高炉冶炼的经济技术指标。参考文献:[哪郭小粉杨雪莲陈勇谢克昌垃圾中可燃物的燃烧动力学研燃料化学学报1997162-672龙世刚曹枫孟庆民等.高炉喷吹废塑料的研究小钢铁2005409):3-15B3冯新华龙世刚汪志全等.4种废塑料的燃烧动力学研究门安徽工业大学学报自然科学版2005223218-214李相国马保国徐立等废轮胎胶粉与煤混烧的热重分析中国电机yHa中国煤化工CNMHG任编辑何莉)