城市生活垃圾各组分焚烧与热解行为研究

doi:10.3969/j.issn.1672-6952.2021.05.002

辽宁石油化工大学学报 ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (5): 9-16.DOI: 10.3969/j.issn.1672-6952.2021.05.002

城市生活垃圾各组分焚烧与热解行为研究

刘旭¹(), 张楷文¹, 张磊¹(), 王胜², 岳旭²

^1.辽宁石油化工大学石油化工学院，辽宁抚顺 113001
^2.中国科学院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室，辽宁大连 116023

收稿日期:2020-03-05 修回日期:2020-03-27 出版日期:2021-10-25 发布日期:2021-11-09
通讯作者: 张磊
作者简介:刘旭（1996⁃），男，硕士研究生，从事固体废弃物处理相关研究；E⁃mail:1090072937@qq.com。
基金资助:
辽宁省自然科学基金面上项目(2019?MS?221);辽宁省教育厅科学研究经费项目(L2019038);中国科学院大连化学物理研究所自主部署基金项目(DICP ZZBS201601)

Insights on the Pyrolysis and Waste Incineration Behaviors of Municipal Solid Waste

Xu Liu¹(), Kaiwen Zhang¹, Lei Zhang¹(), Sheng Wang², Xu Yue²

^1.School of Petrochemical Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China
^2.Dalian National Laboratory for Clean Energy，Dalian Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences，Dalian Liaoning 116023，China

Received:2020-03-05 Revised:2020-03-27 Published:2021-10-25 Online:2021-11-09
Contact: Lei Zhang

摘要/Abstract

摘要：

采用热重分析法研究了生活垃圾中6种典型组分的热解及焚烧热力学行为，探究了二噁英前驱物PVC与其他垃圾组分间的交互行为。结合计算曲线和实验曲线叠加率的计算以及动力学参数的拟合，定量分析了不同组分对PVC分解的促进或抑制作用。结果表明，在PVC焚烧过程中加入纸片、木屑、硬纸板和PE均能减少二噁英的生成，其中PE抑制二噁英生成的效果最佳。

关键词: 生活垃圾, 焚烧, 热解, 动力学, 二噁英抑制

Abstract:

Thermogravimetric analysis (TGA) was used to study the thermodynamic behaviors of pyrolysis and incineration of six typical components of MSW, and to explore the interaction between PVC which is the dioxin precursor and other components of MSW. The effects of different components on promoting or inhibiting the decomposition of PVC were quantitatively analyzed by combining the calculation of superposition rate of calculated curve and experimental curve and the fitting of kinetic parameters. The results show that adding paper, wood chips, cardboard and PE can reduce the formation of dioxin in PVC incineration process, and PE has the best inhibition effect on the formation of dioxin.

Key words: Municipal solid waste, Incineration, Pyrolysis, Kinetics, Dioxin inhibition

中图分类号:

TE992.3

刘旭, 张楷文, 张磊, 王胜, 岳旭. 城市生活垃圾各组分焚烧与热解行为研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2021, 41(5): 9-16.

Xu Liu, Kaiwen Zhang, Lei Zhang, Sheng Wang, Xu Yue. Insights on the Pyrolysis and Waste Incineration Behaviors of Municipal Solid Waste[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2021, 41(5): 9-16.

图/表 7

参考文献 19

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垃圾组分	工业分析				元素分析						热值/(MJ·kg^-1)
垃圾组分	w(垃圾组分)/%	w(挥发分)/%	w(灰分)/%	w(固定碳)/%	w(C)/%	w(H)/%	w(N)/%	w(S)/%	w(O)/%	w(Cl)/%	热值/(MJ·kg^-1)
硬纸板	4.69	81.98	12.81	0.52	40.100	5.660	0	0.002	41.430	—	15.00
纸片	5.03	88.48	6.48	0.01	37.470	5.490	0	0.053	50.510	—	14.24
棉纺织物	3.55	92.39	0.77	3.29	51.750	5.480	0	0	42.000	—	19.42
木屑	10.79	78.83	3.29	7.09	43.990	6.060	0	0	46.660	—	17.29
PE	0.05	99.20	0.11	0.64	82.610	13.430	0	0.007	3.840	—	46.78
PVC	0.06	94.79	0.03	5.12	36.940	4.700	0	0.569	0	57.770	21.39
混合样	3.90	89.59	5.43	1.09	49.950	7.490	0	0.050	34.580	2.510	23.09

垃圾组分	工业分析				元素分析						热值/(MJ·kg^-1)
垃圾组分	w(垃圾组分)/%	w(挥发分)/%	w(灰分)/%	w(固定碳)/%	w(C)/%	w(H)/%	w(N)/%	w(S)/%	w(O)/%	w(Cl)/%	热值/(MJ·kg^-1)
硬纸板	4.69	81.98	12.81	0.52	40.100	5.660	0	0.002	41.430	—	15.00
纸片	5.03	88.48	6.48	0.01	37.470	5.490	0	0.053	50.510	—	14.24
棉纺织物	3.55	92.39	0.77	3.29	51.750	5.480	0	0	42.000	—	19.42
木屑	10.79	78.83	3.29	7.09	43.990	6.060	0	0	46.660	—	17.29
PE	0.05	99.20	0.11	0.64	82.610	13.430	0	0.007	3.840	—	46.78
PVC	0.06	94.79	0.03	5.12	36.940	4.700	0	0.569	0	57.770	21.39
混合样	3.90	89.59	5.43	1.09	49.950	7.490	0	0.050	34.580	2.510	23.09

名称	反应阶段	温度/℃	相关系数	频率因子	活化能E/ （kJ·mol^-1）	最终剩余量/%
PVC	1	223~369	0.985 1	2.2×10⁶	32.54	0.32
	2	409~478	0.974 6	7.9×10¹³	119.42
	3	490~648	0.969 8	2.4×10²	31.87
PE	1	388~477	0.980 1	1.6×10²²	388.55	0.30
PVC和PE	1	235~376	0.911 6	1.4×10⁹	52.20	0.48
	2	376~445	0.975 9	3.4×10³	31.58
	3	445~481	0.968 6	9.9×10⁴	46.06
	4	481~614	0.962 8	4.5×10¹	25.66
棉纺织物	1	233~359	0.990 1	1.6×10⁷	44.63	0.95
	2	359~438	0.998 3	4.9×10¹⁷	141.40
	3	438~518	0.997 9	4.5×10⁷	68.42
PVC和棉纺织物	1	270~350	0.997 3	1.1×10⁷	37.22	0.40
	2	360~420	0.997 3	5.4×10¹³	114.13
	3	420~500	0.997 9	1.1×10¹⁰	91.80
	4	500~600	0.947 9	1.5×10³	40.31
纸片	1	252~350	0.984 1	5.7×10¹⁷	107.26	10.07
	2	399~478	0.992 8	1.1×10³⁸	338.77
	3	658~738	0.923 0	4.5×10²	50.66
PVC和纸片	1	250~340	0.962 3	2.6×10¹²	65.69	5.74
	2	412~492	0.952 2	1.2×10¹³	112.14
	3	509~623	0.999 6	1.2×10⁵	60.74
	4	629~717	0.953 0	5.2×10³	43.32
木屑	1	204~399	0.959 2	1.2×10⁷	43.05	4.88
木屑	2	400~598	0.975 4	7.9×10²	29.25	4.88
PVC和木屑	1	210~372	0.995 9	9.3×10⁷	41.39	1.65
	2	402~500	0.987 0	2.9×10¹³	114.67
	3	507~608	0.967 0	2.3×10⁴	51.81
硬纸板	1	275~359	0.982 7	4.1×10⁸	50.21	13.70
	2	360~458	0.882 7	1.2×10¹²	93.28
	3	658~758	0.939 7	2.9×10⁴	73.12
PVC和硬纸板	1	200~347	0.997 4	3.0×10⁹	49.80	5.80
	2	350~458	0.902 2	2.0×10²⁰	162.50
	3	460~596	0.937 5	8.9×10⁴	58.73
	4	600~690	0.950 7	4.9×10³	61.98

名称	反应阶段	温度/℃	相关系数	频率因子	活化能E/ （kJ·mol^-1）	最终剩余量/%
PVC	1	223~369	0.985 1	2.2×10⁶	32.54	0.32
	2	409~478	0.974 6	7.9×10¹³	119.42
	3	490~648	0.969 8	2.4×10²	31.87
PE	1	388~477	0.980 1	1.6×10²²	388.55	0.30
PVC和PE	1	235~376	0.911 6	1.4×10⁹	52.20	0.48
	2	376~445	0.975 9	3.4×10³	31.58
	3	445~481	0.968 6	9.9×10⁴	46.06
	4	481~614	0.962 8	4.5×10¹	25.66
棉纺织物	1	233~359	0.990 1	1.6×10⁷	44.63	0.95
	2	359~438	0.998 3	4.9×10¹⁷	141.40
	3	438~518	0.997 9	4.5×10⁷	68.42
PVC和棉纺织物	1	270~350	0.997 3	1.1×10⁷	37.22	0.40
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	3	420~500	0.997 9	1.1×10¹⁰	91.80
	4	500~600	0.947 9	1.5×10³	40.31
纸片	1	252~350	0.984 1	5.7×10¹⁷	107.26	10.07
	2	399~478	0.992 8	1.1×10³⁸	338.77
	3	658~738	0.923 0	4.5×10²	50.66
PVC和纸片	1	250~340	0.962 3	2.6×10¹²	65.69	5.74
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	3	509~623	0.999 6	1.2×10⁵	60.74
	4	629~717	0.953 0	5.2×10³	43.32
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	3	507~608	0.967 0	2.3×10⁴	51.81
硬纸板	1	275~359	0.982 7	4.1×10⁸	50.21	13.70
	2	360~458	0.882 7	1.2×10¹²	93.28
	3	658~758	0.939 7	2.9×10⁴	73.12
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城市生活垃圾各组分焚烧与热解行为研究

Insights on the Pyrolysis and Waste Incineration Behaviors of Municipal Solid Waste

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