不同升温速率下餐巾纸的燃烧特性研究

赵鹏 郑三强 陈硕 张庆金 谭广雷

摘 要：利用热重分析法，对不同升温速率下纸类垃圾的燃烧特性进行研究，得出各试样的着火温度、燃尽温度及综合燃烧特性指数。实验结果表明，燃烧温度从室温升至800摄氏度时，纸类垃圾燃烧过程可分为3个失重阶段：水分析出阶段、挥发分析出及燃烧阶段和残余部分燃烧阶段；其中，挥发分析出及燃烧阶段为主要质量损失阶段，升温速率对纸类垃圾最大失重率以及燃烧特性指数等燃烧特性参数都有显著影响。

关键词：纸类垃圾；热重分析；动力学；升温速率；失重阶段

Abstract：using thermogravimetric analysis method， study on the combustion characteristics under different heating rate， paper waste， ignition temperature， burnout temperature index and comprehensive combustion characteristics of the sample. The experimental results show that the combustion temperature from room temperature to 800 degrees Celsius， paper waste combustion process can be divided into 3 stages： the stage of analysis of water loss， devolatilization and combustion stage and fixed carbon combustion stage； the heating rate of waste paper maximum weight loss rate and combustion characteristic index and combustion characteristic parameters are significant effect.

Key words：waste paper； thermogravimetric analysis； kinetics； heating rate

一、绪论

随着城市的扩大及人口数量的不断的增多，城市日常生活中的垃圾也越来越多，大量的生活垃圾已经开始影响到人类的生活、工作及环境。大中城市的固体生活垃圾已经成为影响人们日常生活的一大重要问题[1]。我国已有60%多的大中城市被垃圾包围，有近20%的城市将垃圾运送至乡村，最终使得城乡结合带区域生态环境恶化[2]。因此，寻求城市生活垃圾减量化，处理生活垃圾方法无害化，推进生活垃圾资源化利用已成为城市发展中迫切需要解决的问题。目前，填埋法、堆肥法、生物化学法、热解法和焚烧法等是我国采用的垃圾处理方法，但它们都存在各自的优缺点[3]。

目前，我国纸类垃圾通常采用定点投放、混合收集方式，由环卫部门定期收集和清运。虽然目前中国纸类垃圾处理率已提升到84.8%，但仍拥有大量可再利用资源却没有得到有效的回收利用。随着人口的不断增长和生活水平的日益提高，人们的消费物品和消费行为都发生了极大的变化。用完即扔、一次性消费正在成为人们的消费习惯，垃圾的产量越来越大，成分也越来越复杂。纸类垃圾焚烧处理技术在减量化与资源化方面比填埋技术更具有独特优势，因而焚烧处理率近年来一直呈上升趋势。本文对不同升温速率下纸类垃圾的燃烧特性进行研究，这对城市固体废弃物的实践操作提供较好的科学依据。

二、实验

实验样品主要取自废弃餐巾纸，将餐巾纸剪成片状，放入天平中进行初测，初测质量为8mg-10mg，将实验仪器热分析仪开启，打开氮气阀，等待约10分钟，待仪器稳定后将实验材料放入热重分析仪炉体内，实验载气为氮气，载气流量设定为50mL/min实验升温采用程序升温的非等温法。为了研究不同升温速率对餐巾纸燃烧过程及燃烧动力学参数的影响，实验选取5，10，15和20K/min4种升温速率。实验升温从室温开始，终温设定为800℃。

三、结果与讨论

不同升温速率下的餐巾纸的热重曲线如图1所示。由下图可见，不同升温速率下餐巾纸的燃烧过程基本相同，大致可分为3个温度区间段：第一阶段从室温至-300℃时，该阶段的质量损失率为7%～8.5%，是由餐巾纸中的水分蒸发及少量挥发性气氛析出引起；第二阶段为300-400℃，样品质量损失率则呈现剧烈的下降现象，因为该阶段餐巾纸开始剧烈燃烧；从400～800℃，质量损失比较缓慢，该阶段的质量损失主要是由焦炭燃烧引起，且不同升温速綠下的质量损失不同。

四、结论

（1）餐巾纸燃料燃烧过程主要分为脱水干燥阶段、纸中挥发分析出与燃烧阶段以及残余部分燃烧阶段。燃烧过程中主要质量损失阶段是挥发分析出与燃烧阶段。

（2）在残余部分燃烧阶段，燃烧速率随升温速率的增加而增加。

参考文献：

[1]方创琳.中国垃圾资源的综合开发利用[J].自然资源学报，1996，11（4）：333-338.

[2]杨玉楠，熊运实.固体废物的处理处置工程与管理[M].北京：科学出版社，2004.

[3]边炳鑫，张鸿波.固体废物预处理与分选技术[M].北京：化学工业出版社，2005.

作者简介：谭广雷（1979—），男，吉林长春人，博士，副教授。