生活垃圾与农林废弃物复合燃料燃烧及固氯特性研究

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大量且快速增长的城市生活垃圾已成为日益严重的环境与社会问题,与此同时,城市绿化和农村大量的农林废弃物没有得到有效的利用,造成了资源的浪费。可将城市生活垃圾分类后的高热值垃圾与农林废弃物按一定比例混合后添加固氯剂压缩制备成复合燃料,复合燃料密度高、燃烧、污染物排放低,既解决了城市生活垃圾污染难题又解决了农林废弃物处理问题,改善城市和农村生活环境。本文研究了不同配比的复合燃料的燃烧特性并进行了动力学分析,同时对固氯特性进行了研究。  设计了压缩成型模具,建立了复合燃料压缩成型试验系统。基于生活垃圾分类,以北京市生活垃圾组分分布为基础,选取其中的高热值组分,实验室配制模化高热值生活垃圾,将模化生活垃圾与锯末按不同比例混合,添加不同比例的固氯剂。在不同成型压力下压缩成型制备复合燃料。  对不同燃烧条件下的复合燃料的燃烧特性进行了研究。利用高温热重差综合热分析仪进行燃烧试验,得到燃料的热重(TG,Thermo Gravimetric)曲线和差示扫描量热(DSC,Differential Scanning Calorimetry)曲线,对TG曲线进行微分得到失重速率(DTG,Derivative Thermo gravimetry)曲线。对燃烧特性曲线进行分析,结果表明,复合燃料的燃烧过程可以分为干燥脱水、挥发分析出及燃烧、聚合物燃烧、固定碳燃烧四个过程;复合燃料的综合燃烧特性指数随着锯末含量的增加而增加;随着升温速率的增加,复合燃料的燃烧反应向高温方向移动,且随着升温速率的提高综合燃烧特性指数变大;随着空气流速的增加,复合燃料燃烧着火点略有提前,最大失重速率增加,反应速率增大。  根据Arrhenius公式,建立燃烧反应模型,采用Caots-Redfem积分法对动力学方程进行化简。比较了不同反应级数下的拟合结果,一级反应模型拟合结果较好。根据燃烧阶段的不同,分段进行动力学参数分析计算,求取了不同燃烧阶段活化能和指前因子。  建立了复合燃料氯含量测量系统。对测量复合燃料氯含量的试验条件进行了研究,以氧化钙作为复合燃料的固氯剂,对不同固氯剂添加比例、不同成型压力的复合燃料的固氯特性进行了研究。结果表明,复合燃料中氯含量的试验条件可为燃烧试样为0.2 mg、氧气流速600 mL/min、燃烧温度1000℃、燃烧停留时间10 min、水蒸气发生量2 mL/min,在此条件下的氯含量测量值符合国家标准。随着添加剂含量的增加,燃料固氯效率增加;随着成型压力的增加,燃料固氯效率呈现先增加后略微降低的特点。综合考虑,固氯剂添加比例为Ca∶2C1=3∶1,成型压力为15kN时复合燃料的固氯效果最佳。
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