分析污泥燃烧特性的系统和方法
【专利摘要】一种分析污泥燃烧特性的系统，其特征是包括：内嵌控制分析软件的电脑通过数据线分别连接热天平、质谱仪和红外光谱仪，提供实验气氛氮气和氧气的气体室有气管连接至热天平，在热天平中升温反应后污泥燃烧产生的烟气经气体保温套管分别通向质谱仪和红外光谱仪。本发明还涉及采用所述系统分析污泥燃烧特性的方法。本发明可全面了解污泥燃烧特性，以促进污泥燃烧且益于环保为标准，获得较为恰当的燃烧方法，从而实现污泥无害化，资源化的利用目标。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种分析污泥燃烧特性的系统。本发明还涉及采用所述系统分析污泥 燃烧特性的方法。 分析污泥燃烧特性的系统和方法
【背景技术】
[0002] 污泥是流入污水处理厂的生活和工业污水处理后的泥浆状剩余物，污泥的成分很 复杂，它是由多种微生物形成的菌胶团及其吸附的有机物和无机物的组成集合体。近年来， 随着我国城市化的进程加快，工业生产迅速发展，城市污水处理厂的产量也急剧增加。而 目前污泥的处置方法主要为填埋，堆肥和热处理。热处理方法中焚烧能够将污泥最大限度 的减容，彻底的杀死污泥中的病原体，提高所含重金属的稳定性，同时也实现能源的回收利 用。要更好的实现污泥的无害化和资源化，我们就需要专用的分析污泥燃烧特性的方法和 系统来探究污泥的燃烧特性。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种分析污泥燃烧特性的系统。
[0004] 本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种采用上述系统分析污泥燃烧特 性的方法。
[0005] 本发明可为研究干化污泥燃烧特性提供一种科学可靠而且全面的研究方法和系 统，能够为污泥的无害化，稳定化和资源化提供科研基础方法支持。
[0006] 解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0007] -种分析污泥燃烧特性的系统，其特征是包括：内嵌控制分析软件的电脑通过数 据线分别连接热天平、质谱仪和红外光谱仪，提供实验气氛氮气和氧气的气体室有气管连 接至热天平，在热天平中升温反应后污泥燃烧产生的烟气经气体保温套管分别通向质谱仪 和红外光谱仪。
[0008] 气体保温管套的作用是将热天平中污泥燃烧后所放出的气体导入质谱仪和红外 光谱仪中，这样能够保证从热天平导出的气体在进入下个设备之前温度尽量保持不变。这 样就可以确保质谱仪和红外光谱仪对导入气体分析的准确性。
[0009] -种采用上述系统分析污泥燃烧特性的方法，其特征是包括以下步骤：
[0010] S1取定量的污泥试样于干燥箱中，在105°C温度下将污泥完全干燥；将干燥好的 污泥用磨煤机进行研磨，之后筛分为小于75mm、75?90mm、90?150mm和大于150mm四种 粒径实验样品；
[0011] S2遵循单一变量原则分别改变污泥粒径、升温速率或氧气氮气配比，通过电脑实 时数据的导出，从热天平相关分析软件中获得实验样品的TG(热重）和DTG(微分热重）和 DSC(差示扫描量热）曲线（热天平实验获得可从软件中导出）；
[0012] 如取粒径为75?90mm的实验样品10mg，将热天平反应温度设定在室温至 1000°C，实验气氛通过氧气与氮气的配比为21:79,总流量为100ml/min，升温速率为30°C / min ；
[0013] S3根据步骤S2获得的曲线，计算得到实验样品在整个燃烧过程中着火温度，燃尽 温度和综合燃烧特性指数及活化能数据；
[0014] S4从质谱仪得到实验样品质谱图、从红外光谱仪得到实验样品光谱图，综合两者 得到实验样品气体析出特性；
[0015] S5依据DTG曲线，除去升温开始阶段0-150°C温度范围内由于干化污泥失水造成 的失重峰，DTG曲线还存在的两个明显失重峰，将污泥燃烧失重过程看作两个阶段，分别为 污泥中不同物质集中燃烧的结果；划定每个失重峰对应的温度范围，研究这两个温度范围 中对应不同物质的着火，燃尽过程以及不同阶段的综合燃烧特性指数和活化能。
[0016] 通过在不同实验条件下各个数据的分析研究，随着单一控制变量的改变，我们可 以获得实验样品的TG(热重），DTG(微分热重）和DSC(差示扫描量热）曲线。依据这些曲 线及数据，可以获取污泥在整个燃烧过程中着火温度，燃尽温度和综合燃烧特性指数及活 化能等数据。
[0017] 综合燃烧特性指数能够评判燃料在整个燃烧过程中燃烧状态的优劣，而活化能则 可以透露出燃烧反应进行的难易程度。质谱仪和红外光谱仪则可以对反应气体产物组分进 行分析。特别的关注类似于酸性气体（二氧化硫，一氧化氮等）等污染气体的析出情况。进 而可以较为全面的了解不同实验条件下干化污泥的燃烧特性，包括燃料的失重特性，燃料 放热特性和气体析出特性等。
[0018] 除了对整个燃烧过程的分析研究，此分析方法还依据DTG曲线的失重峰将整个燃 烧过程分段研究。由于在升温开始阶段（0_150°C )，污泥会因为失水而形成失重峰（质谱 仪和红外光谱仪都能明确检测到水为主要析出气体）。除去失水峰，DTG曲线还有两个明显 失重峰，可以看作污泥主要燃烧失重过程阶段，分别为污泥中不同物质集中燃烧的结果。再 划定每个失重峰对应的温度范围，分别研究这两个温度范围中对应不同物质的着火，燃尽 过程以及不同阶段的综合燃烧特性指数和活化能了解其燃烧特性。同样也着重研究在两个 温度范围内气体的析出情况，进而可以确定不同阶段主要的燃烧物质以及对应污染气体释 放等情况。
[0019] 通过对热天平的使用以及实时数据在电脑上的导出，我们可以获得实验样品的 TG(热重），DTG(微分热重）和DSC(差示扫描量热）曲线。依据这些曲线及数据，可以获 取污泥燃烧过程中着火温度，燃尽温度和综合燃烧特性指数等数据。而质谱仪和红外光谱 仪都可以对反应气体产物组分进行分析。不同之处是质谱仪能比较灵敏的检测出气体中无 机小分子成分而红外光谱仪擅长于检测有机大分子成分。这样就可以较为全面的了解在污 泥燃烧过程中气体析出特性。
[0020] 有益效果：本发明可全面了解污泥燃烧特性，以促进污泥燃烧且益于环保为标准， 获得较为恰当的燃烧方法，从而实现污泥无害化，资源化的利用目标。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 下面用具体实施例和附图详细说明本发明。
[0022] 图1为污泥燃烧实验流程简图；
[0023] 图2为实验结果分析流程简图之一；
[0024] 图3为实验结果分析流程简图之二；
[0025] 图4为不同升温速率条件下污泥燃烧DTG曲线及峰值划分样例。
【具体实施方式】
[0026] 本发明的分析污泥燃烧特性的系统实施例图1所示，包括：内嵌控制分析软件的 电脑通过数据线分别连接热天平、质谱仪和红外光谱仪，提供实验气氛氮气和氧气等气体 的气体室有气管连接至热天平，在热天平中升温反应后污泥燃烧产生的烟气经气体保温套 管分别通向质谱仪和红外光谱仪。
[0027] 采用上述系统分析污泥燃烧特性的方法实施例，包括以下步骤：
[0028] S1取广州市猎德污水处理厂干化处理后污泥（含水率为82% ) 2kg，将污泥放入 鼓风干燥箱（长沙开元仪器股份有限公司）中l〇5°C条件下干燥至恒重；后将干燥好的污 泥置于ZHM-1A磨煤机（北京合众创业科技发展有限责任公司）中研磨，之后筛分为小于 75mm、75?90mm、90?150mm和大于1 50mm四种粒径实验样品；
[0029] S2遵循单一变量原则分别改变污泥粒径、升温速率或氧气氮气配比，通过电脑实 时数据的导出，从热天平获得实验样品的TG (热重）和DTG (微分热重）和DSC (差示扫描 量热）曲线；
[0030] 如分别取粒径为小于75mm、75?90mm、90?150mm和大于150mm的实验样品10mg， 置于STA-409pc热天平（耐驰科学仪器商贸有限公司）的坩埚中，在电脑控制软件上设定 好实验条件：温度范围室温至l〇〇〇°C，实验气氛通过氧气与氮气的配比为21:79,总流量为 100ml/min，升温速率为30°C /min ;同时开启QMS-403质谱仪（耐驰科学仪器商贸有限公 司）设置测量气体质量数64, 30 (二氧化硫，一氧化氮）和红外光谱仪（Thermo fisher)准 备对燃烧气体进程测量；
[0031] 还有：取粒径为小于75mm的实验样品10mg，置于STA-409pc热天平的坩埚中，实 验条件：温度范围室温至1000°c，氧气与氮气的配比为21:79,总流量为100ml/min，升温 速率为10°C /min、30°C /min、50°C /min ;同时开启QMS-403质谱仪设置测量气体质量数 64,30(二氧化硫，一氧化氮）和红外光谱仪（Thermo fisher)准备对燃烧气体进程测量；
[0032] 还有：取粒径为小于75mm的实验样品10mg，置于STA-409pc热天平的坩埚中，实 验条件：温度范围室温至l〇〇〇°C，氧气与氮气的配比为21 :79、30:70、50:50、70:30、80:20， 总流量为l〇〇ml/min，升温速率为30°C /min ;同时开启QMS-403质谱仪设置测量气体质量 数64,30(二氧化硫，一氧化氮）和红外光谱仪（Thermo fisher)准备对燃烧气体进程测量；
[0033] S3根据步骤S2获得的曲线，计算得到实验样品在整个燃烧过程中着火温度，燃尽 温度和综合燃烧特性指数及活化能数据；参见图2 ;
[0034] S4从质谱仪得到实验样品质谱图、从红外光谱仪得到实验样品光谱图，综合两者 得到实验样品气体析出特性；参见图3 ;
[0035] S5依据DTG曲线，除去升温开始阶段0_150°C存在的两个明显失重峰，将污泥燃烧 失重过程看作两个阶段，分别为污泥中不同物质集中燃烧的结果；划定每个失重峰对应的 温度范围，研究这两个温度范围中对应不同物质的着火，燃尽过程以及不同阶段的综合燃 烧特性指数和活化能，参见图4。
【权利要求】
1. 一种分析污泥燃烧特性的系统，其特征是包括：内嵌控制分析软件的电脑通过数据 线分别连接热天平、质谱仪和红外光谱仪，提供实验气氛氮气和氧气的气体室有气管连接 至热天平，在热天平中升温反应后污泥燃烧产生的烟气经气体保温套管分别通向质谱仪和 红外光谱仪。
2. -种采用如权利要求1所述系统分析污泥燃烧特性的方法，其特征是包括以下步 骤： S1取定量的污泥试样于干燥箱中，在105°C温度下将污泥完全干燥；将干燥好的污泥 用磨煤机进行研磨，之后筛分为小于75mm、75?90mm、90?150mm和大于150mm四种粒径 实验样品； S2遵循单一变量原则分别改变污泥粒径、升温速率或氧气氮气配比，通过电脑实时数 据的导出，从热天平相关分析软件中获得实验样品的TG和DTG和DSC曲线； 具体为取粒径为75?90mm的实验样品10mg，将热天平反应温度设定在室温至 1000°C，实验气氛通过氧气与氮气的配比为21:79,总流量为100ml/min，升温速率为30°C / min ； S3根据步骤S2获得的曲线，计算得到实验样品在整个燃烧过程中着火温度，燃尽温度 和综合燃烧特性指数及活化能数据； S4从质谱仪得到实验样品质谱图、从红外光谱仪得到实验样品光谱图，综合两者得到 实验样品气体析出特性； S5依据DTG曲线，除去升温开始阶段0-150°C温度范围内由于干化污泥失水造成的失 重峰，DTG曲线还存在的两个明显失重峰，将污泥燃烧失重过程看作两个阶段，分别为污泥 中不同物质集中燃烧的结果；划定每个失重峰对应的温度范围，研究这两个温度范围中对 应不同物质的着火，燃尽过程以及不同阶段的综合燃烧特性指数和活化能。
【文档编号】G01N31/12GK104101680SQ201410247825
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月5日 优先权日:2014年6月5日
【发明者】殷立宝, 李畅, 徐齐胜 申请人:广东电网公司电力科学研究院