不同升溫速率下餐巾紙的燃燒特性研究

趙鵬 鄭三強 陳碩 張慶金 譚廣雷

摘 要：利用熱重分析法，對不同升溫速率下紙類垃圾的燃燒特性進行研究，得出各試樣的著火溫度、燃盡溫度及綜合燃燒特性指數。實驗結果表明，燃燒溫度從室溫升至800攝氏度時，紙類垃圾燃燒過程可分為3個失重階段：水分析出階段、揮發分析出及燃燒階段和殘余部分燃燒階段；其中，揮發分析出及燃燒階段為主要質量損失階段，升溫速率對紙類垃圾最大失重率以及燃燒特性指數等燃燒特性參數都有顯著影響。

關鍵詞：紙類垃圾；熱重分析；動力學；升溫速率；失重階段

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、緒論

隨著城市的擴大及人口數量的不斷的增多，城市日常生活中的垃圾也越來越多，大量的生活垃圾已經開始影響到人類的生活、工作及環境。大中城市的固體生活垃圾已經成為影響人們日常生活的一大重要問題[1]。我國已有60%多的大中城市被垃圾包圍，有近20%的城市將垃圾運送至鄉村，最終使得城鄉結合帶區域生態環境惡化[2]。因此，尋求城市生活垃圾減量化，處理生活垃圾方法無害化，推進生活垃圾資源化利用已成為城市發展中迫切需要解決的問題。目前，填埋法、堆肥法、生物化學法、熱解法和焚燒法等是我國采用的垃圾處理方法，但它們都存在各自的優缺點[3]。

目前，我國紙類垃圾通常采用定點投放、混合收集方式，由環衛部門定期收集和清運。雖然目前中國紙類垃圾處理率已提升到84.8%，但仍擁有大量可再利用資源卻沒有得到有效的回收利用。隨著人口的不斷增長和生活水平的日益提高，人們的消費物品和消費行為都發生了極大的變化。用完即扔、一次性消費正在成為人們的消費習慣，垃圾的產量越來越大，成分也越來越復雜。紙類垃圾焚燒處理技術在減量化與資源化方面比填埋技術更具有獨特優勢，因而焚燒處理率近年來一直呈上升趨勢。本文對不同升溫速率下紙類垃圾的燃燒特性進行研究，這對城市固體廢棄物的實踐操作提供較好的科學依據。

二、實驗

實驗樣品主要取自廢棄餐巾紙，將餐巾紙剪成片狀，放入天平中進行初測，初測質量為8mg-10mg，將實驗儀器熱分析儀開啟，打開氮氣閥，等待約10分鐘，待儀器穩定后將實驗材料放入熱重分析儀爐體內，實驗載氣為氮氣，載氣流量設定為50mL/min實驗升溫采用程序升溫的非等溫法。為了研究不同升溫速率對餐巾紙燃燒過程及燃燒動力學參數的影響，實驗選取5，10，15和20K/min4種升溫速率。實驗升溫從室溫開始，終溫設定為800℃。

三、結果與討論

不同升溫速率下的餐巾紙的熱重曲線如圖1所示。由下圖可見，不同升溫速率下餐巾紙的燃燒過程基本相同，大致可分為3個溫度區間段：第一階段從室溫至-300℃時，該階段的質量損失率為7%～8.5%，是由餐巾紙中的水分蒸發及少量揮發性氣氛析出引起；第二階段為300-400℃，樣品質量損失率則呈現劇烈的下降現象，因為該階段餐巾紙開始劇烈燃燒；從400～800℃，質量損失比較緩慢，該階段的質量損失主要是由焦炭燃燒引起，且不同升溫速綠下的質量損失不同。

四、結論

（1）餐巾紙燃料燃燒過程主要分為脫水干燥階段、紙中揮發分析出與燃燒階段以及殘余部分燃燒階段。燃燒過程中主要質量損失階段是揮發分析出與燃燒階段。

（2）在殘余部分燃燒階段，燃燒速率隨升溫速率的增加而增加。

參考文獻：

[1]方創琳.中國垃圾資源的綜合開發利用[J].自然資源學報，1996，11（4）：333-338.

[2]楊玉楠，熊運實.固體廢物的處理處置工程與管理[M].北京：科學出版社，2004.

[3]邊炳鑫，張鴻波.固體廢物預處理與分選技術[M].北京：化學工業出版社，2005.

作者簡介：譚廣雷（1979—），男，吉林長春人，博士，副教授。