污泥与煤泥混烧对重金属固留特性的影响

2023年6月郑昕等：污泥与煤泥混烧对重金属固留特性的影响
污泥与煤泥中Cr 在500~700℃下挥发明显，随着温度升高，Cr 化合物分解，导致Cr 的挥发。

在
700~900℃时污泥中Cr 的残留率略微上升，这主要是由于Cr 与污泥中SiO 2发生反应，生成难挥发的Cr 2SiO 4，导致Cr 的固留。

污泥中Cd 的挥发率随温度升高呈先上升后下降趋势，煤泥中Cd 的挥发率随温度升高而变化明显。

在500~700℃时Cd 化合物分解生成CdOH 2(g)[13]，一部分Cd 会与Cl 结合生成CdCl 2(g)促进Cd 的挥发。

而在700~900℃时，污泥与煤泥中CdCl 2会与样品中的硅铝物质通过式(4)发生反应，生成难挥发的CdO·Al 2O 3·3SiO 2，使得Cd 的挥发率降低。

CdCl 2+2(Al 2O 3·2SiO 2·2H 2O)=
====CdO·Al 2O 3·3SiO 2+2HCl +Al 2O 3·SiO 2+3H 2O
(4)
2.2 污泥与煤泥混烧试验2.2.1 不同燃烧温度下污泥与煤泥混烧灰中物相组成
与单独燃烧相比，污泥、煤泥混烧过程更加复
杂。

将污泥与煤泥按照2∶8、5∶5、8∶2的比例在不同燃烧温度（500~900℃）下混烧，分析混烧后灰渣中五种重金属含量，计算每种重金属的残留率并与重金属残留的理论值进行对比。

图8~图10为不同比例混烧灰渣中物相组成。

与污泥、煤泥单独燃烧相比，5∶5混烧条件下，随着燃烧温度的升高，灰渣中Al 2Si 2O 5(OH)4的峰消失，K{Al 2[AlSi 3O 10](OH)2}含量大量降低，同时SiO 2、Al 2O 3的含量升高，因为污泥与煤泥混烧发生的交互作用会促进硅铝酸盐分解成SiO 2、Al 2O 3等物质；同时，混烧灰渣Cu 5Si 4O 12(OH)2的峰升高，表明样品中大量生成的SiO 2会与Cu 结合，生成难挥发化合物，使得Cu 固留在灰渣中。

此外，与单独燃烧相比，混烧灰渣中Fe(PO 3)3与Fe 3(PO 4)2的峰消失，Fe 2O 3的峰升高明显，这表明，污泥与煤泥混烧矿物质交互作用会促使铁基化合物分解，生成Fe 2O 3。

图4　焚烧温度对As
浓度及残留率变化的影响
图7　焚烧温度对Cd
浓度及残留率变化的影响
图5　焚烧温度对Cu
浓度及残留率变化的影响
图6　焚烧温度对Cr
浓度及残留率变化的影响
图9　2∶8掺混比条件灰渣XRD 图
Q —石英，SiO 2；H —氧化铁，Fe 2O 3；M —白云母，
K{Al 2[AlSi 3O 10](OH)2}
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在污泥与煤泥2∶8及8∶2掺混比条件下，灰
渣中K{Al 2[AlSi 3O 10](OH)2}含量较污泥、煤泥单独燃烧时的含量降低，Al 2Si 2O 5(OH)4的峰消失，同时SiO 2的峰升高明显；随着污泥掺混比的增加，灰渣中Fe 2O 3含量有明显的升高；在8∶2混合条件下还出现了Al 2SiO 5的峰，说明污泥与煤泥在不同掺混比例下燃烧均对硅铝物质及铁基化合物的分解作用促进明显。

2.2.2 混烧对Pb 固留的影响
如图11所示，在污泥、煤泥掺混比为2∶8条件下，中低温段灰渣中Pb 实际残留率相比于理论残留率提升明显，500℃与700℃时Pb 实际残留率较理论残留率分别提升11.78%、12.98%，900℃条件下实际残留率比理论残留率降低6%。

5∶5条件下样品中Pb 的残留率与理论值相比均有明显提升。

在500℃时，实际残留率比理论值提高了7.3%，700℃时提升31.3%，在900℃时提升明显，实际残留率比理论残留率提高73.5%。

在8∶2条件下500℃与700℃时Pb 的实际残留率与理论残留率相
比分别降低20.1%、22.2%，而在900℃条件下，实际残留率提升最为明显，提升了404.6%。

表明与污泥、煤泥单独燃烧相比，混烧会对Pb 的固留效果产生影响，其中5∶5条件下混烧对Pb 的固留促进效果最为理想。

与污泥、煤泥单独燃烧相比，随着燃烧温度升高，混烧灰渣中硅铝物质含量降低，Pb 5O 8的峰消失，这表明，污泥与煤泥混烧过程会促进硅铝物质与样品中其他物质发生反应。

硅铝物质会通过式(5)与Pb 发生反应[23]，促进Pb 的固留，并且燃烧温度越高促进固留的效果越明显。

在2∶8掺混比例条件下，低温段煤泥中大量的硅铝物质与Pb 发生反应使Pb 的残留率提高，随着燃烧温度的升高，污泥与煤泥中氯化物开始分解，与Pb 反应生成PbCl 2(g)，煤泥中较高的Cl 含量使得高温段样品中Pb 的挥发率提升。

随着污泥掺混比的提高，样品中硅铝物质与氯化物的含量减少，硅铝物质含量降
低，使得低温段Pb 的残留率下降，氯化物含量的减少降低了Pb 与Cl 结合的比例，使Pb 的实际残留率明显提高。

PbO +x SiO 2·y Al 2O 3→PbO·x SiO 2·y Al 2O 3
(5)
2.2.3 混烧对As 固留的影响
如图12所示，2∶8掺混比时，500℃与700℃
条件下As 的实际残留率较理论残留率分别降低了12.2%、17.4%，在900℃条件下提升了15.9%。

在5∶5条件下，As 的残留率相较于2∶8掺混比条件下有所降低，500℃时实际残留率比理论值降低19.8%，在700℃时实际残留率比理论值降低20.7%，在900℃时实际残留率与理论残留率相比提升了5.8%，而在8∶2掺混比条件下实际残留率均小于理论残留率，表明污泥掺混比的增加会抑制As 的固留效果。

As 是一种亲S 元素[24]，硫化物结合态的As
易
图10　8∶2混烧条件下灰渣XRD 图
Q —石英，SiO 2；H —氧化铁，Fe 2O 3；M —白云母，
K{Al 2[AlSi 3O 10](OH)2}；B —蓝晶石，Al 2SiO
5
图11　Pb
在底渣中的理论残留率与实际残留率变化
图8　5∶5混烧条件下灰渣XRD 图
Q —石英，SiO 2；K —高岭土，Al 2Si 2O 5(OH)4；G —LiNiFe 2O 4；H —氧化铁，
Fe 2O 3；U —斜硅铜矿，Cu 5Si 4O 12(OH)2；O —砷化铁，FeAs 3O 9；L —氧化铅，Pb 5O 8；Z —硅酸锌，ZnSiO 3；M —白云母，K{Al 2[AlSi 3O 10](OH)2}·
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2023年6月郑昕等：污泥与煤泥混烧对重金属固留特性的影响
随着温度升高而挥发。

污泥掺混比的增加及煤泥高S 的特性也使得样品中硫化物结合态As 的比例增加，使得As 的挥发率随着污泥的增加而升高。

钙基物质易在高温下分解，而CaO 易与As 化合物反应[25]，CaO 与As 化合物通过式(6)发生反应，生成难挥发的Ca 3(AsO 4)2，促进在高温段As 的固留。

另外，高温段会导致污泥与煤泥中的Fe(PO 3)3和Fe 3(PO 4)2分解，使得样品中生成大量Fe 2O 3，样品中
一部分As 化合物会通过式(7)与Fe 2O 3发生反应生成
FeAs 3O 9，使得As 在灰渣中固留。

6CaO +As 4S 4+9O 2(g)=
====2Ca 3(AsO 4)2+4SO 2(g)(6)2Fe 2O 3+3As 4S 4+27O 2=
====4FeAs 3O 9+12SO 2(g)(7)
2.2.4 混烧对Cu 固留的影响
如图13所示，在2∶8掺混比条件下，500℃及
700℃时Cu 的实际残留率相比理论残留率分别降低了9%、34.3%，900℃条件下实际残留率提升了25.6%。

5∶5掺烧比例时，不同燃烧温度条件下Cu 的实际残留率与理论残留率相比均有所提升，在500℃条件下，实际残留率比理论残留率提升了16.6%，700℃条件下提升了12.2%，在900℃燃烧条件下，Cu 的实际残留率提升最明显，提升了28.6%。

在8∶2掺混比条件下，500℃时实际残留
率比理论残留率降低34.3%，其余温度下实际残留率均高于理论残留率。

这表明，与污泥、煤泥单独燃烧相比，污泥与煤泥5∶5掺混条件对Cu 在灰渣中的固留促进作用比较理想。

在燃烧过程中Cu 易与Cl 结合生成CuCl 与
CuCl 2，2∶8掺混比条件下煤泥中大量的Cl 使得Cu
在500℃及700℃时实际残留率降低，而在900℃时样品中Fe(PO 3)3与Fe 3(PO 4)2分解大量生成的Fe 2O 3与
Cu 结合生成难挥发的CuO·Fe 2O 3，促进Cu 的固留。

在5∶5掺混条件下，燃烧过程中有Cu 5Si 4O 12(OH)2生成，与此同时样品中K{Al 2[AlSi 3O 10](OH)2}与Al 2Si 2O 5(OH)4含量降低，这表明，在混燃过程中，
随着燃烧温度升高，污泥中的K{Al 2[AlSi 3O 10](OH)2}与Al 2Si 2O 5(OH)4等硅铝物质大量分解，并生成SiO 2存在于样品中，样品中的Cu 会与SiO 2发生反应生成Cu 5Si 4O 12(OH)2，使得Cu 在灰渣中固留，SiO 2与Fe 2O 3共同作用使Cu 在灰渣中大量固留，使得该掺混比条件下实际残留率提升。

在8∶2掺混比条件下，随着煤泥掺混比的降低，在低温段SiO 2对Cu
的固留减弱，Cl 对Cu 的结合占主导作用，使实际残留率降低，而在高温段，污泥较高的Fe 2O 3含量促进Cu 的固留，使得700℃及900℃时Cu 的实际残
留率高于理论残留率。

2.2.5 混烧对Cr 固留的影响
如图14所示，在2∶8与5∶5掺混比条件下，
Cr 的实际残留率相比于理论残留率均有所提高。

2∶8
掺混比条件下，各燃烧温度中实际残留率相比理论残留率分别提高了4.0%、785.1%、575.2%，5∶5掺混比条件下实际残留率分别提高13.2%、
614.7%、112.3%。

在8∶2掺混比条件下，500℃时实际残留率比理论残留率降低21.6%，而700℃及
900℃时分别提高654.8%、515.1%。

这表明，污泥
图12　As
在底渣中的理论残留率与实际残留率变化
图13　Cu
在底渣中的理论残留率与实际残留率变化
图14　Cr 在底渣中的理论残留率与实际残留率变化
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化工进展， 2023， 42（6）
与煤泥混烧在高温条件下可以明显促进Cr 的固留。

污泥中含有较多的Cr ，主要以Cr 2(SO 4)3的形态存在，燃烧过程中Cr 主要以CrOOH 及有机Cr 的形式挥发[26]，而煤泥的特点是含有较多的硅铝物质以及氯化物。

在500℃条件下，污泥与煤泥中的硅铝酸盐开始分解，生成SiO 2，同时污泥中的Cr 2(SO 4)3与SiO 2反应生成CrSi 2促使Cr 固留。

在700℃条件下，随着污泥掺烧比例的增加使得样品中Fe 2O 3的含量升高，燃烧生成的大量Fe 2O 3与Cr 化合物通过式(8)发生反应，生成稳定的FeCrO 4，促进Cr 在灰渣中的固留。

900℃条件下，污泥与煤泥中的Cr 化合物与Cl 大量结合，Cr 与Cl 反应生成易挥发的CrCl 3促进Cr 的挥发。

在8∶2条件下，污泥中较少的硅铝酸盐含量使得低温段SiO 2对Cr 的固留作用不明显，该温度下Cr 主要与Cl 结合使得Cr 的实际残留率降低。

Fe 2O 3+4CrOOH(g)=
====2FeCr 2O 4+0.5O 2(g)+2H 2O (8)2.2.6 混烧对Cd 固留的影响
如图15所示，2∶8掺混比条件下Cd 的实际残
留率在500℃和700℃与理论残留率相近，而在900℃条件下实际残留率降低明显，降低了66.2%。

5∶5掺混比条件下，500℃时实际残留率比理论残留率降低了10.2%，700℃实际残留率降低了13.5%，900℃条件下实际残留率提升明显，提升了75.8%。

在8∶2掺混比条件下，只有700℃时实际残留率相比理论残留率有所提高，提高了72.5%，而在500℃与900℃时，实际残留率分别降低了52.5%、63.6%。

这表明，污泥与煤泥混烧在高温段对Cd 的挥发影响明显。

Cd 的挥发容易受到Cl 的影响[27]。

在2∶8掺混比条件下，煤泥低Cd 含量特性使得低温段Cd 与其他物质较少发生反应，故实际残留率与理论残留率相近，而在高温段，随着氯化物大量分解，煤泥中
较高的Cl 含量使Cd 与Cl 大量结合生成CdCl 2，导
致该条件下实际残留率的降低。

随着污泥掺混比的增加，样品中Cd 的含量也随之升高，在高温段，煤泥中大量的硅铝物质会与Cd 通过式(9)发生反应，生成难挥发的CdO·Al 2O 3·SiO 2等物质，从而促进Cd 的固留，温度越高，促进效果越明显。

在8∶2掺混比条件下，Cd 含量升高及SiO 2含量大幅降低，导致高温段中Cd 与Cl 结合增加，促进了Cd 的挥发。

CdO +Al 2O 3+SiO 2=====CdO·Al 2O 3·SiO 2(9)
3 结论
（1）污泥与煤泥单独燃烧过程中，Si 、Al 、Fe 、Ca 等物质易与重金属发生反应，导致重金属在灰渣中的固留，而Cl 元素易与Pb 、Cr 、Cd 发生反应生成易挥发的氯化物，促使重金属的挥发。

（2）在不同燃烧温度条件下，污泥与煤泥中Pb 的迁移特征类似，而其他四种重金属As 、Cu 、Cr 、Cd 的迁移规律有着较大的区别，这主要与污泥和煤泥中Si 、Al 、Fe 等化合物的含量差别较大有关。

（3）污泥与煤泥混烧过程中，污泥与煤泥发生交互作用，掺混比的改变会对重金属迁移产生较大影响，污泥-煤泥掺混比为2∶8时在900℃燃烧条件下交互作用促进As 、Cu 、Cr 的固留，实际残留率分别提升了15.9%、25.6%、575%，而对Pb 、Cd 的固留效果减弱。

随着污泥掺混比的增加，Pb 、Cu 、Cr 的残留率随之升高，As 的残留率下降，而900℃燃烧条件下Cd 的实际残留率随着污泥掺混比增加呈现先上升，在5∶5掺混比条件下达到顶峰，随后下降的趋势。

（4）煤泥中含有大量的硅铝酸盐，污泥、煤泥混烧促进了煤泥中硅铝酸盐的分解，新生成的SiO 2与Al 2O 3有助于Pb 、Cu 、Cd 的固留，污泥中较高的Fe 含量有助于As 、Cr 、Cu 固留效果的提高。

同时煤泥中较高的Cl 含量容易导致Pb 、Cu 、Cr 、Cd 的挥发，较高的S 含量会使得As 的挥发性提升。

综合分析发现5∶5掺混比条件对重金属的固留效果最为理想。

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图15　Cd 在底渣中的理论残留率与实际残留率变化
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化
工进展
Chemical Industry and Engineering Progress
2023 年第 42 卷第 6 期
准东煤/市政污泥混燃燃烧特性及灰熔融行为分析
修浩然，王云刚，白彦渊，邹立，刘阳
（西安交通大学热流科学与工程教育部重点实验室，陕西 西安 710049）
摘要：液态排渣是解决准东煤燃烧过程中结渣沾污问题的重要手段，而掺烧低熔点燃料可以有效降低混合燃料的灰熔点，进而提高液态排渣效率。

本文将高活性污泥与准东煤进行掺混，综合利用热重分析仪、灰熔点分析、傅里叶红外光谱分析和灰成分分析方法，对混合物的燃烧特性及灰熔融行为进行研究。

结果表明：随着污泥掺混比例的增加，着火温度显著降低，且混合物在污泥质量占比超过20%时综合燃烧指数显著降低；燃尽温度则随污泥混合比的增加呈现出先降低后升高的趋势，且在污泥掺混质量分数为10%时达到最低。

红外光谱测试结果表明，污泥的掺入促进了煤粉中羟基、脂肪族官能团、含氧官能团及芳香族官能团等官能团的热解燃烧。

污泥中的Fe 2O 3与煤中SiO 2反应生成了低熔点共熔物，使得混合燃料具有相对较低的灰熔融温度，当污泥掺混比为10%时，混合物的灰熔融温度为1080℃。

综合考虑燃料燃烧稳定性和降低灰熔点，推荐污泥与准东煤的最佳掺烧比例为1∶9。

关键词：混合；煤燃烧；市政污泥；灰熔融特性；废物利用
中图分类号：TQ534 文献标志码：A 文章编号：1000-6613（2023）06-3242-11
Combustion characteristics and ash melting behavior of Zhundong
coal/municipal sludge blended combustion
XIU Haoran ，WANG Yungang ，BAI Yanyuan ，ZOU Li ，LIU Yang
(Key Laboratory of Heat Flow Science and Engineering, Ministry of Education, Xi ’an Jiaotong University,
Xi ’an 710049, Shaanxi, China)
Abstract: Liquid slag discharge is an important means to solve the problem of slagging and fouling in the
combustion process of Zhundong coal. Blending low melting point fuel can effectively reduce the ash melting point of the mixed fuel, thereby improving the efficiency of liquid slag discharge. In this paper, high activated sludge and Zhundong coal were blended. The combustion characteristics and ash fusion behavior of the blends were studied by thermogravimetric analysis, ash melting point analysis, Fourier transform infrared spectroscopy and ash composition analysis. The results showed that the ignition temperature decreased significantly with the increase of sludge blending ratio, and the ignition performance and burnout performance of the mixture deteriorated rapidly when the sludge mass ratio exceeded 20%. The burnout temperature decreased first and then increased with the increase of sludge mixing ratio, and reached the lowest when the sludge mixing mass ratio was 10%. The results of infrared spectroscopy showed that the incorporation of sludge promoted the pyrolysis and combustion of active hydroxyl groups, aliphatic functional groups, oxygen-containing functional groups and aromatic functional
研究开发
DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2022-1494
收稿日期：2022-08-15；修改稿日期：2022-09-03。

基金项目：国家重点研发计划（2021YFC3001803）；王宽诚教育基金。

第一作者：修浩然（1998—），男，硕士研究生，研究方向为生物质综合利用。

E-mail ：******************* 。

通信作者：王云刚，副教授，博士生导师，研究方向为清洁燃烧及污染物脱除、固废资源化利用。

E-mail ：*******************.cn 。

引用本文：修浩然, 王云刚, 白彦渊, 等. 准东煤/市政污泥混燃燃烧特性及灰熔融行为分析[J]. 化工进展, 2023, 42(6): 3242-3252.
Citation ：XIU Haoran, WANG Yungang, BAI Yanyuan, et al. Combustion characteristics and ash melting behavior of Zhundong coal/municipal sludge blended combustion[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2023, 42(6): 3242-3252.
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2023年6月修浩然等：准东煤/市政污泥混燃燃烧特性及灰熔融行为分析
groups in pulverized coal. The Fe2O3 in the sludge reacted with SiO2 in the coal to form a low melting point eutectic, which made the mixed fuel be of a relatively low ash melting temperature. When the sludge blending ratio was 10%, the ash melting temperature of the mixture was 1080°C. Considering the stability of fuel combustion and the reduction of ash melting point, it was recommended that the optimal blending ratio of sludge and Zhundong coal is 1∶9.
Keywords: blend; coal combustion; municipal sludge; ash-melting characteristics; waste treatment
准东煤储量丰富且具有热值高、燃烧活性好的优点。

一般而言，固态排渣是锅炉运行中最为普遍的排渣方式。

但是，准东煤成煤时受地理环境的影响，其内含大量碱金属和碱土金属，碱金属总体在
2%以上，部分可达10%以上，灰样中碱土金属CaO 的含量也在25%以上[1]，在采用固态排渣方式时易出现结渣和沾污等问题，显著降低了锅炉的运行效率，同时也威胁着锅炉的安全运行。

因此，液态排渣方式被认为是解决准东煤结渣问题的有效途径。

Zhou等[2]使用高岭土添加剂与准东煤掺烧发现高岭土的掺入可以有效吸收钠元素并且可以降低准东煤的灰熔点。

Wei等[3]使用硅铝添加剂（SiO2、高岭土和粉煤灰）与准东煤混燃，随着高岭土掺混比例的增加会使其灰熔点出现先降低后升高的规律，同时也可以实现对钠的吸收。

目前，提高高碱煤液态排渣效率的主要方式是通过添加剂来降低其灰熔点。

但目前的添加剂存在恶化煤粉燃烧性能和种类单一的问题。

传统市政污泥填埋处理的方式会对土壤和水体造成严重污染，虽然焚烧污泥可以实现市政污泥减量化、无害化以及稳定化处理，但干燥污泥的燃烧利用又存在热值低、灰分高、单独燃烧稳定性差以及污染物排放高等缺陷，不适合单独利用。

因此，一些学者[4]建议使用市政污泥与煤粉进行混燃，并选择恰当的工艺流程和设施设备，改善混合物的燃烧性能，这不仅可以节省煤炭资源的使用量，而且可以实现污泥的无害化处理及资源化利用。

Tan 等[5]通过研究100MW锅炉中使用污泥煤粉混燃，发现混合燃烧10%，含水量在40%~56%的污泥对混合燃料燃烧性能影响较小。

相关的研究表明，污泥的掺入也有助于改善煤的燃烧过程。

Wang等[6]研究了添加催化剂对污泥煤粉共燃燃烧性能的影响，发现CeO2和Fe2O3能有效改善混合物燃烧性能并激活活化能量。

另外有研究表明污泥与煤粉掺烧有降低灰熔点的作用，Lee等[7]对污泥和煤的混燃过程中灰的团聚行为进行了研究，发现污泥中含有P元素会加剧灰的团聚作用，同时P元素还有降低灰的团
聚温度的作用。

目前的研究表明，Fe、P等元素是污泥煤粉掺混燃烧中影响灰熔融特性的主要元素，为进一步明确污泥对煤粉燃烧特性及灰熔融特性的影响，本文使用市政污泥与准东煤混燃探究其燃烧特性和灰熔融行为，可弥补关于污泥/准东煤混燃的研究空白，可为污泥在准东煤液态排渣炉中掺烧提供参考。

本文首先通过热重分析装置探究了市政污泥（MS）、准东煤粉（PC）及其混合物在不同升温速率下的燃烧行为，然后对MS和PC共燃烧过程中的燃烧性能参数进行评估，通过傅里叶红外光谱仪分析不同温度下PC、MS及其混合物的谱图变化，探究燃烧过程中样品活性基团的变化。

考虑到准东煤的易结渣性和污泥的高灰分，对MS、PC及其混合物的灰样进行了灰熔点测试。

此外，通过X射线荧光光谱（XRF）和X射线衍射（XRD）测试分别得到灰样的化学组成和矿物成分，并利用酸碱比、铝硅比等评价标准对样品的熔融结渣特性进行评价。

1 实验样品与方法
1.1 样品制备
本文中的污泥样品（干样品）取自于西安某自来水处理厂，并且煤样取自于中国新疆维吾尔自治区的准东煤田。

对市政污泥（MS）和煤粉（PC）样品分别进行粉碎及筛分处理，并选取粒径为200~150目的样品进行测试。

为了消除水分对实验结果的影响，将两种样品分别放置于105℃的真空干燥箱中干燥12h，然后将干燥后的样品密封保存。

除污泥在混合样品中的质量分数分别设置为10%、20%、30%和40%，并依次命名为PC90MS10、PC80MS20、PC70MS30和PC60MS40。

两种样品的工业分析（参考GB/T 212—2008）和元素分析（参考GB/T 214—2007）结果如表1所示。

从表1可以看出，污泥样品具有相对高的挥发分、灰分含量以及低的固定碳含量。

与污泥样品不同，煤粉样品的挥发分及固定碳含量较高，但灰分质量分数（8.02%）明显较低。

根据表1也可以看出
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污泥和煤粉样品中均含有大量的C 及O 元素，但煤
粉样品（50.20%，质量分数）的C 元素含量远大于污泥样品（9.11%，质量分数）。

煤粉样品的热值（18.29MJ/kg ）也显著大于污泥样品（4.95MJ/kg ）。

此外，污泥样品的碳/氢质量比为5.21，挥发分/固定碳质量比为5.27，相比于煤粉的17.93和0.85而言，污泥的点火特性会优于煤粉。

1.2 热重分析
采用德国NETZSCH 的STA449F3热重分析仪对几种样品进行测试，且该仪器的测试精度为10-7g 。

在热重实验中，样本的初始质量为(10±1)mg 。

实验在空气氛围下进行，且空气的体积流量设置为100mL/min ，实验过程中采用N 2作为保护气，其体积流量为50mL/min 。

样品分别在5℃/min 、10℃/min 、15℃/min 和20℃/min 的升温速率下由30℃升温至900℃。

1.3 燃烧特性参数的确定
着火温度（T i ，℃）、燃尽温度（T b ，℃）和峰值温度（T m ，℃）是评价燃料燃烧特性的重要参数，可以直接通过热重分析（TG ）和微商热重分析（DTG ）曲线获得[8]。

采用TG 和DTG 曲线确定了样品的着火温度，即过DTG 曲线峰值点作垂线与TG 曲线交于一点，过交点作TG 曲线的切线，切线与失重起始平行线的交点所对应的横坐标即为着火温度T i 。

将质量损失率为1%/min 的结束点确定为燃尽温度T b ，质量损失速率最快的点为峰值温度T max 。

此外，着火指数（C i ，%/min 3）、燃尽指数（C b ，%/min 4）以及综合燃烧[S ，%2/(℃3·min 2)]也被用于来评价所有样品的燃烧性能。

这些参数可以使
用以下方程来计算，如式(1)~式(3)。

C i =(d w /d t )max
t i t max
（1）C b =
(d w /d t )max Δt 1/2t max t b （2）
S =
()d w d t max
()
d w d t mean
T 2i
T b
（3）
式中，(d w/d t )max 代表最大质量损失率，%/min ；
(d w/d t )mean 代表平均质量损失率，%/min ；t i 代表着火
温度对应的时间，min ；t max 代表峰值温度对应的时间，min ；t b 代表着燃尽温度对应的时间，min ；Δt 1/2代表着(d w/d t )/(d w/d t )max 为1/2时对应DTG 曲线
上两点的间隔时间，min ；T i 和T b 分别为着火温度和燃尽温度，℃。

1.4 灰熔融点的确定
根据GB/T 212—2008的要求在815℃下制作灰样，并根据GB/T 219—1996测得灰样的四个温度，即变形温度（DT ）、软化温度（ST ）、半球温度（HT ）和流动温度（FT ）。

2 结果与讨论
2.1 污泥/煤粉单独燃烧过程
污泥和煤粉样品在升温速率为10℃/min 下TG 和DTG 曲线如图1所示。

根据图1可以明显看出污泥与煤粉的燃烧过程具有显著不同，不同于煤粉样品的一阶段失重，污泥样品具有两个阶段的质量损失。

从172.31℃到374.80℃是第一阶段的质量损失，这主要对应的是碳水化合物及脂肪族化合物等化学键较弱的有机化合物的分解[9]。

从374.80℃到503.60℃是第二阶段的质量损失，主要是一些芳香
族化合物等化学键较强的有机物质的分解以及炭的氧化燃烧。

污泥在两个阶段的质量损失分别为15.0%和11.71%，相对应的DTG 曲线中两个阶段的最大质量损失率分别为1.27%/min 和1.71%/min 。

相对而言污泥样品在第二阶段中发生的热解燃烧反应要更加剧烈。

煤粉样品的主要失重阶段发生在351.60~536.20℃，其主要发生了挥发分和碳的燃烧。

在煤粉的热解燃烧过程中，其质量损失率峰值在444.80℃，对应的质量损失率为9.69%/min 。

根据图1也可以看出，污泥样品的燃点温度和燃尽温度分别为210.30℃和588.92℃，煤粉样品分别为385.61℃和526.81℃。

与煤粉样品相比，污泥样品的燃点温度相对较低但其燃尽温度较高，其失重阶段的平均失重速率及最大失重速率为1.77%/min
表1　MS 和PC 样品的工业分析和元素分析
项目
工业分析①/%M V FC A V /FC 元素分析②
/%
C
H N O S C/H
低热值/MJ·kg -1
MS 3.6422.126.0168.23
5.279.111.751.83
11.350.555.214.95PC 3.82
37.2244.538.020.8550.202.800.569.950.60
17.9318.29①表示空气干燥基；②表示干燥无灰基。

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