毛竹與污泥資源化的燃燒特性研究

王 勛，常欣悅，劉 為，劉振東，覃賢文

（浦湘生物能源股份有限公司，長沙 410213）

毛竹是一種生長速度非?？斓目稍偕Y源，用毛竹制造的活性炭吸附性能良好，同時毛竹也有良好的燃燒特性。近年來，隨著煤炭產(chǎn)業(yè)的日漸枯竭，毛竹也被大量地用于制作燃料，研究毛竹的燃燒特性用途具有重要的現(xiàn)實意義。污泥是污水處理廠在處理污水過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，是一種固液混合廢棄物。污泥的處理主要有投海法、衛(wèi)生填埋法、焚燒發(fā)電法和土地利用法等。焚燒發(fā)電法可以很好地處理污泥，通過燃燒污泥，殺死病原體，處理更加徹底，還可以用燃燒產(chǎn)生的熱量來發(fā)電。探究毛竹與污泥燃燒特性對廢物綜合利用具有重大的意義。

1 試驗材料

將毛竹、污泥分別在105 ℃溫度下干燥10 h，將兩種材料剪碎，放入粉碎機中烘干，之后，用200目篩子篩選粉碎后的毛竹、污泥的粉末，取過篩后的 樣品。

2 工業(yè)分析

按照《煤的工業(yè)分析方法》（GB/T 212—2008）， 經(jīng)測定，毛竹與污泥的工業(yè)成分如表1 所示。

表1 毛竹與污泥的空氣干燥基成分

材料經(jīng)過干燥后測定工業(yè)成分，所以表1 數(shù)據(jù)中水分偏低，而其他成分偏高。但是，根據(jù)表1 工業(yè)分析結果，對比毛竹與污泥中灰分、揮發(fā)分、固定碳的含量可知，毛竹與污泥的固定碳含量都比較低，而毛竹的揮發(fā)分比較多，污泥的灰分比較多。

3 試驗設計

將毛竹與污泥分別干燥處理，過200 目篩子，按照毛竹與污泥的質(zhì)量比例（1 ∶0、1 ∶1、0 ∶1）分別準確稱取10 mg 的樣品，將其放入熱重分析儀中，按照30 K/min 的升溫速率進行試驗，初始溫度為303.15 K，終止溫度為1 273.15 K。其間，樣品暴露在空氣中進行試驗。

4 結果與分析

毛竹、污泥及其混合物經(jīng)過熱重燃燒后，得到時間、剩余質(zhì)量和溫度等一系列數(shù)據(jù)，通過HJHENVEN 軟件的求導功能，得到熱重分析（TG）曲線和微商熱重分析（DTG）曲線，如圖1、圖2 所示。

由TG 曲線可知，在30 K/min 的升溫速率下，毛竹、污泥以及其混合物都在350 K 左右失重。受揮發(fā)分在高溫下析出的影響，其在550 ～650 K 的溫度條件下達到最大的失重速率。毛竹約在900 K 時燃盡，在620 K 時出現(xiàn)最大失重速率；污泥則約在800 K 時停止燃燒，不可燃物質(zhì)大約有70%，約在550 K 時出現(xiàn)最大失重速率。此外，污泥與毛竹都是經(jīng)過烘干失水的物質(zhì)，所以在DTG 曲線中都只表現(xiàn)出兩個峰值，一個峰是失去揮發(fā)分所致（毛竹的DTG 曲線峰值比污泥的大，說明毛竹的最大燃燒速率比污泥高，燃燒較為劇烈），另一個峰為固定碳的峰值（毛竹與污泥DTG 曲線的峰的波動并不明顯，可見固定碳含量都較少）。

材料的著火溫度與燃盡溫度根據(jù)文獻中所述方法測定，綜合圖1 與圖2 可知三種試驗樣品燃燒特點，如表2、表3 所示。而材料的最大燃燒速率即為DTG 曲線上的最大值。

圖1 不同材料在升溫速率為30 K/min 時的TG 曲線

圖2 不同材料在升溫速率為30 K/min 時的DTG 曲線

表2 不同樣品的著火溫度與燃盡溫度

表3 最大燃燒速率與平均燃燒速率

從表2、表3 的數(shù)據(jù)分析可知，毛竹與毛竹污泥混合物的著火溫度比較接近，污泥的著火溫度相對這兩者都低，而燃盡溫度都差不多，原因可能是污泥的傳熱系數(shù)比毛竹的傳熱系數(shù)高。總體來說，這三種樣品的燃燒溫度區(qū)間相近。此外，毛竹的平均燃燒速率在這三者中最高，但最高燃燒速率比毛竹污泥混合物和純污泥的都小，原因可能是毛竹的燃燒溫度范圍較大，在升溫中一直劇烈反應，導致容器中供氧不足。對比不同生物質(zhì)與煙煤的綜合燃燒特性指數(shù)，如表4所示。

表4 不同生物質(zhì)與煙煤的綜合燃燒特性指數(shù)

表4 數(shù)據(jù)表明，相比污泥、其他生物質(zhì)以及煙煤，毛竹的燃燒特性顯得更為優(yōu)良；相比煙煤，污泥的燃燒特性優(yōu)良許多。所以，毛竹是一種具有優(yōu)良燃料特性并且可以燃盡的材料。相比燃用煙煤，本試驗采用的造紙廠污泥燃燒特性較好，但是污泥的灰分高，有70%不可燃盡，污泥不適合做電廠燃料（飛灰多），但是用作其他燃料還是具有一定價值，比如，將其用作緩慢燃燒的燃料，剩余的灰渣還可用作建筑 材料。

5 結語

工業(yè)分析和熱重分析結果表明，毛竹的揮發(fā)分高達85.165%，且燃燒迅速，能在短時間內(nèi)析出，其燃燒特性比有些生物質(zhì)都好，可見毛竹具有優(yōu)良的燃燒特性。污泥的燃燒特性和其他生物質(zhì)比較相似，并且遠優(yōu)于煙煤，其更適合用作燃料。但是，污泥的灰分占比高達63%，并且有70%的物質(zhì)不可燃，所以如果把污泥用作工業(yè)燃料，產(chǎn)生的飛灰量非常高。因此，污泥更適合作為緩慢燃燒的燃料。