多喷嘴对置式气化炉撞击火焰三维温度场

第18卷第2期燃烧科学与技术Vol.18 No.22012年4月Journal of Combustion Science and TechnologyApr. 2012印染污泥与木屑混燃特性及动力学宁寻安，魏培涛，刘敬勇，张凝，周剑波，杨佐毅，李磊(广东工业大学环境科学与工程学院，广州510006)摘要:采用综合热重分析法 ，在不同升温速率及印染污泥与木屑不同比例混合条件下，对印染污泥、木屑及其混合物的燃烧特性进行了研究.结果表明，印染污泥的热重曲线存在4个明显的失重峰，分别与水分的析出、两个挥发分的析出以及固定碳的燃烧阶段相对应、混合试样燃烧过程中，污泥和木屑基本保持各自的挥发分析出特性，其燃烧曲线位于污泥和木屑燃烧曲线之间，且混合试样微熵热重曲线的变化趋势与组成比例较大的成分dTG曲线变化趋势较为接近.污泥与木屑混合后其综合燃烧特性指数SN有所增大，说明挥发分含量越高对应的燃烧特性越好;采用积分法(Coats- Redfern方程)计算得到各阶段燃烧反应的机理方程及相应的活化能参数，分析表明单- -印染污泥燃烧的活化能较低，活化能的大小与试样的燃烧阶段是相对应的.关键词:印染污泥;木屑;燃烧特性;动力学;活化能;热重分析中图分类号: X705文献标志码: A文章编号: 1006-8740 (2012)02-0131-08Co-Combustion Characteristics and Kinetics ofTextile Dyeing Sludge and SawdustNING Xun-an，WEI Pei-tao, LIU Jing-yong, ZHANG Ning, ZHOU Jian-bo，YANG Zuo-yi, LILei(Faculty of Environmental Science and Engineering，Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006，China)Abstract: The combustion characteristics of textile dyeing sludge，sawdust and their mixtures with different propor-tions were studied by thermogravimetric analysis (TG-DTG) at different heating rates. The results indicated that thereexisted four obvious weightlessness peaks of the textile dyeing sludge combustion curves，which were correspondingto moisture exhalation，two volatiles of exhalation and fixed carbon combustion. During the blend combustion proc-ess，the textile dyeing sludge and the sawdust basically maintained their own volatile of exhalation characteristics.The combustion curve of the sludge-sawdust blends was located between the combustion curves of sludge and saw-dust. DTG curve of the blends was closer to that of the larger proportions. Comprehensive combustion characteristicindex SN of the sludge-sawdust blends was bigger than that of the sludge or the sawdust, which demonstrated thathigher volatility had better combustion characteristics. Both the combustion reaction equation during the differentcombustion periods and the corresponding kinetic parameter were calculated by the Coats- Redfern equation. The datashowed that the value of activation energy was related to the combustion process and the single textile dyeing sludgeburning had lower activation energy.Keywords: textile dyeing sludge; sawdust ; combustion characteristic; kinetics; activated energy; thermo-gravimetric analysis印染污泥是印染废水处理的二次产物,由于印染属元素,具有较大的生物毒性,对环境的污染性很污泥含有染料、浆料、助剂以及铜、铬、锌、砷等重金强凹与其他废物的处理一样,印染污泥的减量化、中国煤化工收稿日期: 2011-08-18.基金项目:广东省教育部科技部企业科技特派员行动计划专项基金资助项目(2009B09060000MHCNMH G作者简介:宁寻安(1967- ), 男，博士，教授.通讯作者:宁寻安, ningxunan666@ 126.com.●132.烧科学与技+术第18卷第2期无害化、资源化是印染污泥处理的发展趋势.污泥的对象，采用综合热重分析仪对其燃烧特性进行了研焚烧处理技术可以使污泥同时实现减容、稳定化和无究,考察了升温速率及其污泥与木屑不同的混合比例.害化并可以同时以热源或气源的形式回收污泥中部条件下的失重特征,并进一步采用Coats-Redferm 方分能量,是- -种有效的污泥处理方法.程求解了污泥燃烧反应动力学参数,以期为印染污泥热重分析是研究固体化学反应特性的重要方法,生物质燃料的制备、焚烧设备的运行及燃烧工况的组它广泛应用于固体热化学反应特性的研究2.国内外织提供指导.很多学者采用热重分析法对不同来源、不同混合比例污泥及其与煤混合燃烧行为进行了研究Font 等3]分1材料与方法析比较了7种污泥的热重曲线,指出具有不同理化性质的污泥在燃烧过程中表现出很大的差异.Otero1.1 试样等4分析了3种不同类型污泥的燃烧过程,并对它们所用污泥采自广东东莞市麻涌镇某印染厂的脱与煤混烧时燃烧特性参数的变化规律进行了研水车间,将污泥自然干燥7d,研磨后过80目筛(孔究.温俊明等可从污泥的热重分析曲线出发，得到由径0.18 mm) ;实验木屑为广东某家具厂锯末,木屑为3个独立、连续的平行反应组成的动力学模型,并求空气干燥基,研磨后过80目筛.混合样为污泥、木屑得热解动力学参数和方程.廖艳芬等0)通过对城市污按照4种不同比例的混合而成,其中木屑的质量分数水污泥的热重、微分热重和差示扫描量热曲线的分析分别为20%、30%、40%和50%.对比,获得污水污泥热解和燃烧不同阶段的特性.吕印染污泥中主要的重金属的质量分数采用火焰清刚等”通过对一种煤和两种城市污水污泥(S;和原子吸光谱法(FAAS)测定(Hg质量分数采用原子荧S)及其混合物进行了热解实验研究,揭示了煤和污光光度计测定)，原污泥中的重金属质量分数见表1，泥在氮气中的热解特性及污泥对煤热解特性的影.从表中可以看出印染污泥中Cr、Zn和Cu的质量分响.目前的研究主要集中于城市污水污泥及其与煤数比较高.污泥和木屑的元素分析和工业分析见表2混燃,对工业污泥与木屑混燃的研究较少,特别是对所示，可以看出印染污泥具有高挥发分、低固定碳和印染污泥中添加木屑等生物质的燃烧特性的影响研较高热值的特点,而木屑具有低固定碳、高热值和高究较少.鉴于此,本实验中以广东东莞市麻涌镇某印挥发分的特点.染厂脱水车间经过带式压滤机脱水后的污泥为研究表1印染污泥中重金属质量分数重金属质量分数/(mg . kg'样品NiCrZnCuCdAsHg印染污泥5.7538.781 429.00652.7011.32133.23.4815.05表2各试样的元素分析和工 业分析及发热量元素分析%工业分析%发热量Qnt.ad/样品编号木屑质量分数1%WH.ad Wo,and WN.ndWs.udMsVaAnd| Fc.a(MJ●kg )024.20 6.08 25.35 3.222.76| 11.70 44.7136.047.5811.142027.73 6.12 26.93| 3.41 2.43| 10.96| 52. 15| 29.11| 7.8 112.168029.50 6.14| 27.72| 3.502.26| 10.59| 55.87 25.64| 7.9212.6731.266.1628.513.592.0910.22| 59.5922.17| 8.0413.185033.036.18 29.31| 3.691.939.85| 63.31| 18.71| 8.1513.700041.866.28 33.26 4.151.098.00 81.91 .1.37| 8.7216.25注:混合样按照加权平均的方法计; M为水分，V为挥发分，A为灰分，F为固定碳，ad 为空气干燥基1.2 实验装置验气氛为空气、氮气;升温速率范围0.1 ~ 30 K/min.采用德国耐驰公司生产综合热分析仪1.3实验条件(STA409PC)，可获得试样的热重曲线(thermogravim-试样自然干燥7d,经过研磨、筛分,样品粒径小etry, TG)、微熵热重曲线(differental thermogravim-再样;升温速率中国煤化工etry, DTG).主要技术数据如下:热天平精度1 ug;20 K/min;试(围空气,流量CNMHG最大试样量1 000 mg;温度范围室温至1 400 °C;实为50 mL/min.2012年4月宁寻安等:印染污泥与木屑混燃特性及动力学●133●这是由于:①污泥中灰分质量分数高达36.04%, 其自2实验结果 与分析身固定碳质量分数过低;②污泥燃烧的过程是从颗粒表面逐渐到内部,最后才接触到固定碳,并且由于挥2.1污泥的热重 曲线分析发分析出燃烧又消耗掉了试样周围大量的氧气,从而从单- -的印染污泥在不同升温速率10 K/min.阻碍了固定碳同氧气接触的机率"。只有当温度相20 K/min、30 K/min下的TG和DTG曲线可以发现，当高时，挥发分燃烧完之后,固定碳才开始燃烧,因印染污泥的燃烧过程存在4个失重峰.由于采用自此，在1062 K左右才出现固定碳的失重峰.这说明污然风干后的污泥样品,所以图1(b) 显示第1个失重泥在燃烧过程中,高挥发的析出和燃烧起主要作用.峰较小,此阶段(324 ~ 437 K)失重主要是由于印染污木屑的TG和DTG曲线明显不同于污泥,由图泥中的自由水和化学结合水析出引起的,水分蒸发吸，1(b)可以发现在木屑的燃烧过程中存在3个明显的收汽化潜热，表现在DTG曲线上有一-个吸热峰8);第失重峰,第1个失重峰出现在415K之前,失重量约2和3个明显的失重峰(461~669K温度段和690~占试样初始质量的7%左右, 这部分失重是由于试样920 K温度段)主要是由于印染污泥中挥发分的析出失水引起的.第2个失重峰在483K时开始，并在和燃烧引起的,在这一阶段挥发分大量析出并发生剧650K左右很快结束,最大失重率温度为605K,对烈燃烧相关文献指出这一阶段 析出物主要成分是比前人关于生物质热解反应机理的研究结果,可以认CO2和CO,也有少量的水蒸气产生.第4个失重峰为,第2个失重峰主要是由于半纤维索和纤维索的热(948~1 137 K)不是很明显,应该是污泥中少量固定解引起的21.在该实验条件下,半纤维素和纤维素的碳的燃烧过程,根据Conesa 等'对污泥中有机物的失重速率峰叠加成了一个峰,事实上对小颗粒生物质存在状态研究可推测在948~1 137 K温度段燃烧的试样来说，在较低升温速率下分别由于半纤维素和纤有机物主要是不能生物降解的腐殖质和细胞壁纤维维素热解可能导致两个分离的DTG 峰,较低温度区素等材料.挥发分的析出过程中在两个不同的温度的峰对应于半纤维素的热解,而高温度区的峰则是由段(461~669K温度段和690~920K温度段)有明显纤维素热解引起的13!.第3个失重峰出现在683 ~的失重峰,这应该是污泥所含挥发分成分比较复杂，873K温度段，纤维素的主要热分解区在520~各成分化学键强弱不一造成的10.至于污泥中固定770K,热解后碳量较少,热解速率很快,而木质素较碳的燃烧过程(948~1 137 K),失重峰不是很明显,难热解，热解速率在670 K以后出现峰值4.在热解温度高于770K,半纤维素和纤维素的热解基本结20束,此时以木质素的热解为主.由此可知第3个失重0峰主要是木质素的热解引起的,木质素缓慢分解，并1, =30 K/min50.6.0 =20 K/m.1,0 =20 K/min在最后生成碳和灰分,此时的微分值变化缓慢.1,0=10K/m/min以空气为载体,分别以10K/min 、20 K/min和30 K/min的升温速率,升温至1473K.由图1和表3可以看出,升温速率对印染污泥燃烧有明显的影200 400 600 800 1000温度/C响.随着升温速率q的增大,dtG曲线向高温区移(a) T(动，峰值变大,燃烧区间变宽,燃烧失重速率变大,燃烧变得更加剧烈. (p为升温速率; T; 为着火温度;(do/dr) max为最大燃烧速率; (dald)man 为平均燃1,φ =20 K/min烧速率; Tmax 为最大燃烧速率; (da'dr) max为对应的1.9 =30 Kimi峰值温度; Tn为燃尽温度; 0为燃尽时间; ATin 为半峰宽温度; p为最大失重率对应的时间; te 为着火0-T.p =20 K/min时间; 01n2 为半峰宽所对应的时间).升温速率q岫10 K/min提高到30 K/min,污泥的燃尽时间田由78.0 min降到28.1 min.最大燃烧速率(b) DTG(do'd) max从中国煤化工%min,达到最图1印染污泥和木屑燃烧TG和DTG特征曲线大燃烧速率CNMHG8.0min和。134●烧科学与技术第18卷第2期表3各试样的燃烧特 征参数样品.(do/dr) ma/(do/d) men/编号q(K .min')T/K(% . min-)(%. min ')Tmev/KT/K o/min△Tin/K| 1/min1/min| S1n/min1(519.002.01584.31057| 78.052430.724.324.72(524.401.551072| 40.753017.314.13531.905.952.20605.01081| 28.151412.710.610.2542.006.351.7109.11 060| 40.155417.815.015.220547.507.481.80611.4.1049| 39.45917.91515.5550.408.751.91612.71030 38.756118.015.6552.509.461.94613.01007| 37.756015.42553.512.173.09609.8838 29.14915.315.113.7 min,燃尽时间减少了49.9 min.可见升温速率样有一些差异,并且随着木屑添加量的增加,混合试越高，反应越快,有机物分解也越快.但是污泥中的样最大失重率与污泥相比有所升高,燃烧峰变宽,燃有机质分解需要一定的时间,因此,当升温速率增加烧变得更均匀.这主要是由于混合燃料中木屑挥发时,样品内部不能及时升温挥发和燃烧导致燃烧滞后分的大量析出和燃烧，一方面加速了失重过程(表现.的现象,导致污泥整体热滞后现象的加重,致使曲线为该温度段最大失重率的增大),另一方面析出的挥向高温一侧移动,部分可燃质需在更高的温度下逸发分燃烧又迅速消耗了大量的氧气,从而使DtG曲出.另外,从图1(b)和表3可以看出，升温速率q由线上在235~ 385 K温度段上出现明显的失重峰,这10 K/min提高到30 K/min,污泥着火点T;提高了与纯木屑在该温度段的性质相似.这说明了混合试12.9K, Tmax增加了20.7 K,燃尽温度增加了24K.虽样中污泥所占的比重和挥发分的析出对混合试样的然在升温速率增大的情况下,着火温度和燃尽温度都着火燃烧有较大的影响.有所升高,但是随着燃烧速率的增大,达到着火温度2.2污泥燃烧特性分析的时间和燃尽时间都大大缩短,这对着火和燃尽有利.着火温度是衡量燃料着火性能的主要指标，着火比较单一及不同比例混合试样TG、DTG曲线的温度越低,表明燃料的着火性能越好.本文采用TG-形状,从图2(a)和图2(b)可以发现混合试样的燃烧DTG方法来确定着火温度T,各试样着火温度如表曲线基本.上位于污泥和木屑燃烧曲线之间,且存在33所示.印染污泥的着火点在519.0~ 531.9K,低于个明显的失重峰,曲线的形状视各试样的含量而稍有木屑的着火点553.5 K,但其混合试样的着火点在差别.混合试样的失重峰峰值对应的温度与单- -试542.0~ 552.5K.由表3可见,污泥的着火温度与污10泥的挥发分含量密切相关,由于印染污泥中的挥发分, 5, φ=20 K/min含量很高并且比较难燃尽的固定碳的含量比较少,因此污泥易着火燃烧,着火温度相对较低.由于污泥中的挥发分能够在较低温度下迅速析出,使得混合试样60F, 2,0=20 K/min3, p =20 K/min的着火性能得到较大改善.在试样燃烧过程中,挥发分的析出直接影响试样oL的着火温度,因此，单纯用着火温度来衡量印染污泥200 400 600 800 1 000温度/C的着火特性是不够的.为此采用挥发分特性指数(a)TGDI)对试样燃烧挥发分析出情况进行描述.由表4可2. φ=20 K/min以看出,升温速率q由10 K/min提高到30 K/min,污泥挥发分特性指数D从1.262x10-8/(K2●min)升到3.597x10-8/(K2.min);这说明随着升温速率o的提-5+ 3.0=20高，印染污泥的挥发分析出特性指数有上升的趋-7 4,φ=205, φ=20 K/min势.升温速率φ为20K/min时,混合试样的挥发分特K/min性指数D要比纯印染污泥高,但是要比纯木屑的挥94400 600800 1000温度/发性特性指数中国煤化士的挥发分特性(b) DTG是污泥和木屑H.CN M H二眼木屑中挥发图2污泥和木屑混合试样燃烧TG和DTG曲线分含量比印染巧泥局有天(φ为开温速率; D为挥发2012年4月宁寻安等:印染污泥与木屑混燃特性及动力学， 135分特性指数; fi为初期燃尽率; f2为后期燃尽率;f为数; C为可燃性指数6, C越大，试样的燃烧着火稳总燃尽率; C,为燃尽指数; Sv为综合燃烧特性指定性越好).表4污泥的综合燃烧特性参数样品编号q(K.min')「D/(10 K-. min')f/%7%C/(10* . min-) SW/(10-°K-. min2) |C/(10-6 K2. min-)01.26229.51 68.51)825.920.5640.406202.56428.58| 69.40>848.752.2090.8303.59729.21 68.7971.464.2801.150226.82| 71.1847.612.4021.2133.95425.83| 72.0947.274.1891.4314.55123.97| 74.0145.865.1851.6874.95919.07| 78.940839.945.90215.43 82.4443.7914.645将试样失重占总失重的98%时对应的温度定义良好的综合燃烧特性;分析认为快速升温可以使污泥为燃尽温度Tn, 同时用燃尽指数C[7)来描述工业污提前进入高温段燃烧,使得污泥中较难燃烧组在较高泥的燃尽特性,可定义为温度下得以充分燃烧,从而提高了试样的燃烧效.C =(fXf)/T,(1)果.从表4中可以看出,随着木屑添加量的增大混合式中:f为初期燃尽率，即TG曲线上着火点对应的试样的综合燃烧特性指数SN单调增加,说明木屑的试样失重量与试样中可燃质含量的比值;将试样燃烧添加改善了印染污泥的燃烧性能;分析认为在印染污失重从开始到燃烧98%可燃质的时间定义为燃尽时泥中加入木屑,改善了污泥颗粒之间的结构,增加了间r。，T。时刻所对应的试样失重量与试样中可燃质污泥颗粒空隙率,使得污泥颗粒间氧含量增加，从而含量的比值定义为总燃尽率f, 则后期燃尽率f2=f-提高了污泥的燃烧效果.fi.F反映了挥发分的相对含量,f越大工业污泥的.可燃性越佳;f2反映了工业污泥中碳的燃尽性能,fr3燃烧反应动力学分析越大工业污泥的燃尽性能越佳.燃尽特性指数综合考虑了工业污泥的着火和燃不少学者对污泥的热解提出了各种动力学模型，烧稳定性等因素对燃尽的影响. C, 越大,工业污泥的其中Coats-Redferm法8在研究大分子化合物分解动燃尽性能越好.表4给出了印染污泥和混合试样的力学方面应用较为广泛,本文采用该种方法对试样热燃烧特性指数.从表中可以看出随着木屑添加量的分解的第2、3、4阶段进行了非等温化动力学参数增大燃尽指数呈下降趋势,这和木屑中的纤维素和木.求解.忽略温度对活化能的影响,根Coats -Redfern质素含量有关,纤维索和木质索需要在较高温度下才方程,即能热解.随着升温速率的升高,污泥的燃尽特性指数当n=1时,In[- ln(1-a)Q)=In4Ra- RI)_ECb逐渐增大,由此可见快速升温有利于污泥的燃尽,T2φEE'RT改善污泥的燃尽性能.当n≠1时,为全面评价试样的燃烧情况,采用综合燃烧特性.1-(1-ax)-"AR2RTE指数SN!"5]对实验中的单- -试样 和混合试样的燃烧情Inr2(1-n)(1-DE况进行评价,即s _ (do/dT)mx /(dw/dT)mem式中:n为反应级数; a为转化率, %; R为气体常数,T'gT(2)8.314 J/(mol . K);E为表观活化能, J/mol;A为频率式中: (dwldt)max为最大燃烧速率，%/min ;因子, min'.令a=In[R(- 2R7)],对大多数E值,(dodt) mean为平均燃烧速率, %/min.φ综合燃烧特性指数SN反映了污泥的着火和燃尽》1, 1-2R1,所以在反应通常发生的温度范特性, SN值越大,说明污泥的燃烧特性越好.通过计围内，a通常为常数，令Y=ln[--In(1 :2](n=1),算不同升温速率下的污泥试样综合燃烧特性指数发中国煤化工现:污泥试样综合燃烧特性指数随升温速率的提高单.1-(1-a调增加,这表明印染污泥试样在较高升温速率下具有Y = ln[-T2(1-YHCNMH G;则有Y=1T●136.烧科学与技术第18卷第2期a+ bX,作图求出该直线的斜率,进而可求得活化能E.-13.200 e从污泥及其混合物燃烧的宏观动力学角度,把失-13.205-Y= -623.97X- 12.356r*=0.999重过程的3个阶段与3个相互独立的、连续的、平行-13.210|反应相对应，假设混合试样等由3部分物质(即挥发一-13.215-分1、挥发分2和固定碳)组成,各部分物质在升温-13.225+过程中单独进行反应[5].在实验数据处理时发现,无-13.230--13.2论是单步还是多步反应,每步反应中DTG峰值两侧0.001 350.001 370.00 390.001 41的反应机理-一般不相同.将试样DTG曲线中燃烧速(a)峰前率较大的挥发分1、挥发分2及固定碳失重峰值前后-11.40采用不同的燃烧机理模型来描述.以试样1 (升温速Y=-7289X- 23309-11.50 tR' =0.9992率10 K/min)燃烧为例，分别在不同的反应机理下将-11.55 t峰前、峰后横、纵坐标数据代人，并进行线性拟合(n入-11.60 t分别取0.5、1、1.5和2),得出峰前取反应级数n=-11.650.5,峰后n=2时,系数R2最大,进而确定反应曲线-11.75方程和活化能E,其图解见图3,其中峰前:-1.00250.001 29γ=n[1-(1-a)2] (n=0.5)(b)峰后T2 x0.5图3印染污泥在升温 速率为10 K/min时挥发分第2失重峰峰后:前后动力学参数图解y= In[-(-a)]](n=2)述试样的着火性能[201.印染污泥的燃烧分为两个阶由上述方法可得,单一印染污泥和木屑的挥发分段,以400°C左右为界分为低温段和高温段.低温段1峰前、峰后取反应系数n=2,其他组分在峰前取反主要为挥发分的析出和燃烧阶段,且挥发分比较容易应系数n=0.5,峰后n=2, 分别用f(a)=(1- )0.5.燃烧,因此所需的活化能也较低;高温段为固定碳的和f(c)=(1- a)2来描述各自段的燃烧反应机理较燃烧，因为固定碳不易燃烧,所需的活化能比较为合理[19),各阶段拟合方程的可决系数在0.9716~高.从表5中可以看出随着混合试样中印染污泥比0.9998,线性比较好,说明最终确定的各个试样的反例的增大,混合试样燃烧所需活化能逐渐减小，这与应级数比较合理.印染污泥容易着火燃烧的特性刚好符合.从图1(b)活化能在燃烧动力学中-一个非常重要的参数,它和图2(b) 中可以看出,印染污泥和木屑及其混合试代表反应物的分子由初始稳定状态变为活化分子所样在挥发分峰2前的燃烧时间很短,失重量较小，活需要吸收的能量,活化能比着火温度更能从本质上描化能可忽略不计.表5试样燃烧动力学参数样品升温速率/燃烧阶段对应温度区间/C|反应级数 n拟合方程可决系数R| E/(kJ . mol")(K●min-)挥发分1峰前194.0~311.3Y= -1 874.6X-9.835 10.996 5I 5.59挥发分1峰后311.3 ~ 410.02Y= -29999X- 7.827 10.999124.940挥发分2峰后.435.7 ~ 652.0Y= -5 588.1 X- 4.2469.0.999 346.46固定碳3峰前652.0~ 758.8.5Y= 1227.5X- 14.5550.999410.2固定碳3峰后758.8 ~ 821.0Y= - 10 563X- 0.031 987.8181.1 ~ 325.6Y= -1 449.9X- 10.6980.982312.05325.6 ~ 429.6Y= - 2899.8X-8.163 10.998 924.1120挥发分2峰后482.5 ~ 660.1Y= - 7289 X- 2.330960.60660.1 ~ 780.40.5Y=1 331.3X- 14.7040.999611.07780.4 ~ 859.0Y= -5010.2X- 5.869 30.995441.65200.4 ~ 332.0Y=-1211.8X-11.3730.990 610.07332.0 ~ 436.818.0430498.4 ~ 688.4Y= -7768中国煤化工64.5688.4~ 791.8 .Y=1 740.MHCNMH G_14.472012年4月.宁寻安等:印染污泥与木屑混燃特性.及动力学137续表5样品升温速率/燃烧阶段对应温度区间/C|反应级数 n拟合方程可决系数R2 E/(kJ . mol")编号(K . min")固定碳3峰后791.8~ 873.020.996 479.14挥发分1峰前183.3~ 336.1).5Y= -2242.2X- 9.82390.99598.642(挥发分1峰后336.1 ~443.4Y= -3992.8X-6.43750.987 133.20挥发分2峰后463.4 ~ 685.0Y= - 6047.2X- 3.893250.28193.6~ 338.40.5Y= -2 708.1 X-9.07750.997 722. 52338.4-437.5Y= -3 709.8X- 6.89230.981 430.84481.7 ~ 642.6Y= -7509.7X-2.007 50.997 362.4194.4 ~ 339.7Y= - 3268.9X- 8.202 20.999 127.18339.7 ~ 436.2Y= -5 565.1X-3.9540.974 146.2482.8 ~ 612.0Y= -7473.1X- 2.045 60.998 862.13192.6 ~ 340.0Y= - 3974.5X- 7.099 10.999 833.04340.0~ 437.0 .Y= -6249.1 X- 2.905 10.971651.96477.7 ~ 608.0.Y= -7229.3X-2.377260.10181.9~ 336.8Y= -7445.7X-0.877861.90336.8 ~ 390.0Y= - 15395X+ 8.1642127.99500.1 ~ 618.1Y= -1 432.4X- 10.9920.988 911.914结论paper on current technologies for decolourisation oftextile wastewatersPerspectives for anaerobic(1)印染污泥燃烧过程存在4个明显的失重区biotechnology[J]. Bioresourches Technology， 2007 ,域,其中第2、3个失重峰为挥发分析出和燃烧阶段,98(12): 2369-2385.第4个对应固定碳燃烧阶段;木屑存在3个明显的失[2]舒朝晖， 田季林，赵永樁，等.煤及其低温灰的热重重区域,第2个失重峰对应半纤维素和纤维素的分解实验研究[J].中国电机工程学报，2007, 27(14) :阶段,第3个失重峰对应木质素的热解.46- -50.(2)混合试样中各组分含量相差较大时,则着火Shu Zhaohui, Tian Jilin, Zhao Yongchun, et al. Ther-点明显地向含量大的组分着火点偏移;随着升温速率mogravimetric experiment study on pulverized coal andits low temperature ash[J]. Proceedings of the Chinese的提高,印染污泥的燃尽指数C有上升的趋势;随着Society for Electrical Engineering, 2007, 27(14): 46-混合试样中木屑比例的增加,综合燃烧特性指数SN50 (in Chinese) .和可燃性指数C有所上升,而燃尽指数C有所下降.[ 3] Font R, Fullana A, ConesaJ A, et al. Analysis of the(3)混合试样DTG曲线的变化趋势与组成比例.pyrolysis and combustion of different sewage sludge by较大的成分DTG曲线变化趋势更为接近,燃烧过程TG[J]. Journal of Analytical and Applied Pyro/ysis,中比例大的组分燃烧表现得更为明显.随着升温速2001 (58/59): 924-927.率的提高，试样内部不能及时升温挥发和燃烧,DTG[4] Otero M, DiezC, CalvoLF, et al. Analysis of the co-曲线向高温一- 侧移动产生燃烧滞后的现象，但对总燃combustion of sewage sludge and coal by TG-MS[J].尽率影响不大.Biomass and Bioenergy, 2002， 22(4): 319-329.(4)印染污泥及其混合试样中挥发分的析出和[5]温俊明， 池勇， 刘渊源，等.城市污水污泥的燃烧固定碳的燃烧在失重峰峰前用f(x) = (1- o)05、峰动力学特性研究[J].电站系统工程，2004， 20(5):后用f(x)=(1-a)2来描述各自段的燃烧反应机理较为合适.第1阶段挥发分析出燃烧峰前、峰后,印Wen Junming, Chi Yong，Liu Yuanyuan, et al. Study染污泥的活化能随升温速率的提高而降低，在印染污on kinetics of municipal sewage sludge combustion[J].泥固定碳燃烧阶段活化能较高.活化能值的大小与Power System Engineering, 2004, 20(5): 5-7(in Chi-污泥的燃烧阶段相对应.nese)参考文献:中国煤化工力学特性分析[](3): 296-301.Liao YanMHCNMHGn behavior and[ 1] Dos Santos A B, Cervantes F J, Van LierJ B. Review.138●烧科学与技术第18卷第2期kinetic characteristics of a city sewage sludge[J]. Jour-性指数的确定[J].动力工程，1987, 7(5): 33-36.nal of Fuel Chemistry and Technology, 2009， 37(3) :Chen Jianyuan, Sun Xuexin. Determination of the de-296-301 (in Chinese).volatilization index and combustion characteristic index[7]刘秀如， 吕清刚，矫维红.一种煤与两种城市污水污of pulverized coals[J]. Power Engineering， 1987,泥混合热解的热重分析[J].燃料化学学报，2011,7(5): 33-36 (in Chinese).39(1): 8-13.[16] 于开江，吕剑虹.锅炉主汽温和- -级汽温的优化控制Liu Xiuru, Li Qinggang， Jiao Weihong. Thermogra-[J].动力工程, 2004, 24(2): 212-217.vimetric analysis of co-pyrolysis of coal with differentYu Kaijiang，Li Jianhong. The optimization control ofmunicipal sewage sludge[J]. Journal of Fuel Chemistrymain steam's and first stage steam's temperature in theand Techmology, 2011, 39(1): 8-13 (in Chinese).boiler[J]. Power Engineering， 2004， 24(2) : 212-[8]贾相如， 金保升，王清华.污水污泥着火和燃烧特性217 (in Chinese) .研究[J].锅炉技术，2007， 38(4): 61-67.[17]聂其红，孙绍增，李争起，等.褐煤混煤燃烧特性的Jia Xiangru， Jin Baosheng， Wang Qinghua. Ignition热重分析法研究[J].燃烧科学与技术，2001， 7(1):and combustion characteristics of sewage sludge in an air72-76.atmosphere using TG and DTA[J]. Boiler Technology,Nie Qihong, Sun Shaozeng， Li Zhengqi, et al. Ther-2007， 38(4): 61-67 (in Chinese) .mogravimetric analysis on the combustion characteristics[9Conesa J A，Marilla A，Prats D，et al. 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Acta Scientiae Circumstantiae ,and Technology, 2006， 34(2): 184- 190(in Chinese) .2008，28(6): 1149-1154 (in Chinese).[15]陈建愿，孙学信.煤的挥发分释放特性指数及燃烧特中国煤化工MHCNMH G第18卷第2期燃烧科学与技术Vol.18 No.22012年4月Journal of Combustion Science and TechnologyApr. 2012Fabrication of Oleophobic Hollow Microspheres andTheir Application in Anti-Burning Protein F oamCHEN Wei-hong，DU Wen-feng，AN Xiao-qiang，TANG Bao-hua，WU Fei-fei(Department of Fire Protection Engineering， Chinese People's Armed Police Academy, Langfang 065000，China)Abstract: Oleophobic hollow microspheres were successfully fabricated through the modification by fluoroalkylsi-lane. The successful change from lipophilic to oleophobic surface was confirmed by the contact angle measurement.The calculated contact angle for kerosene is 118°. Three-phase foam was directly fabricated by oleophobic hollowmicrospheres. Outstanding improvement in the stability and anti-burning of three-phase foam on oil was achievedthrough the oleophobic modification. The improvement was ascribed to the formation of stable skeletal structure in theexistence of oleophobic hollow microspheres. Thermal radiation to the underlayer was efficiently blocked by the pro-tective layer on the surface of oil. The oleophobic hollow microspheres showed promising application in extinguishingoil tank fire.Keywords: oleophobic hollow microsphere; three-phase foam; contact angle; stability; anti-burning property空心微珠疏油改性及其在抗烧蛋白泡沫中的应用.陈伟红，杜文锋，安晓强，唐宝华，吴菲菲(中国人民武装警察部队学院消防工程系，廊坊065000)摘要:用含氟硅烷偶联 剂对空心微珠进行了疏油改性处理，通过接触角变化评价其疏油改性效果.结果表明，疏油改性处理后，空心微珠与煤油的接触角可达118°. 向蛋白泡沫灭火剂中添加疏油改性空心微珠之后，三相泡沫内部可形成稳定的骨架结构，有效屏蔽了热辐射向内层的传递，显著增强了泡沫在油面的稳定和抗烧性能，该方法有望用于油品火灾的扑救.关键词:疏油空心微珠;三相泡沫;接触角;稳定性能;抗烧性能中图分类号: TQ314;TQ124.3文献标志码: A文章编号: 1006-8740(2012)02-0139-05Protein foam is widely used as fire extinguishingfoam to improve the stability of protein foam [3-41.agent to efficiently extinguish liquid pool fires, and inThough enhanced stability has been achieved becausepractical application, the most complicated problem isof the formation of spatial skeletal structure, three-its poor thermal stability, which means that seriousphase foam shows unsatisfying thermal stability andfoam rupture frequently happens under the radiantanti-burning property on the surface of oil 50. This is .heating effect, leading to the fire out-of-control" 2. Tthe result of the intrinsically lipophile characteristic ofsolve this problem, solid extinguishing agent for oilhollow microspheres. The soakage effect and acceler-fires has been proposed, but its large physical volumeated rupture greatly depress the anti-burning propertyresults in the inconvenience in application. Recently,of thee-phase foam n. Thus, the surface modificationhollow glass microspheres with low density aboutof microspheres is strongly expected, in order to ob-0.1- -0.3 g/cm’have been proposed as three phasetain oleophobic nerformance.中国煤化工收稿日期: 2011-09-27.基金项目:公安部应用科技创新计划资助项目(00LJWJXY11);中国人民武装警察部队MHCNMH G作者简介:陈伟红(1974- ), 男，博士,副教授.通讯作者:陈伟红, weihong802 1@yahoo.com.cn.