关于糖焦油废液（STWL）热解和燃烧特性的实验与动力学研究：水分含量和氧气浓度的影响

《Chinese Journal of Chemical Engineering》：Experimental and kinetic study on pyrolysis and combustion characteristics of sugar tar waste liquid (STWL): effects of water contents and O 2 concentrations

糖焦油废液的热解与燃烧特性研究表明，不同水分含量和氧气浓度下，其热解和燃烧过程均分为两个阶段：低温段（<420℃）以脱水为主，高温段（420-500℃）发生复杂热解反应；水分增加使热解初始温度（TIP）降低（224-350℃）且特征指数（D）下降，燃烧初始温度（TIC）升高，特征指数（S）降低；氧气浓度增加对点火温度影响较小（波动3.6%），但强化燃烧强度。研究采用热重分析结合Coats-Redfern积分法，为有机废液焚烧提供理论指导。

　　本研究探讨了不同水分含量和氧气浓度对糖焦废液（STWL）热解与燃烧特性的影响。通过热重分析（TGA）实验方法，研究人员能够全面了解STWL在不同条件下的行为变化。同时，采用Coats-Redfern积分法对热解和燃烧过程的热力学参数进行分析，从而获得更为准确的反应动力学数据。研究结果显示，无论水分含量还是氧气浓度如何变化，STWL的热解和燃烧过程都可以划分为两个阶段。第一阶段的温度范围通常低于420°C，第二阶段则位于420至500°C之间。这种划分表明，在热解过程中，STWL的热分解行为受到水分含量的显著影响，而燃烧过程则更多地受到氧气浓度的调控。

随着水分含量的增加，STWL的热解初始温度逐渐降低，这表明水分的存在有助于降低热解反应的活化能，从而使得热解过程更容易启动。同时，综合热解特性指数D也呈现出下降趋势，这表明在水分含量增加的情况下，STWL的热解效率有所提高。然而，这种提高并不是线性的，随着水分含量的增加，D的下降幅度逐渐减小，说明当水分含量达到一定水平后，对热解特性的影响趋于稳定。此外，研究还发现，STWL的热解过程符合随机成核和后续生长模型，即[?ln(1?α)]?。这一模型的适用性表明，STWL的热解过程在一定程度上具有一定的统计规律性，为后续研究提供了理论依据。

在燃烧过程中，随着水分含量的增加，燃烧点火温度（T_i,c）逐渐升高，而综合燃烧特性指数S则呈现出下降趋势。这表明，水分的存在会延缓燃烧反应的启动，但同时也会促进燃烧过程的进行。然而，这种影响并不是绝对的，当水分含量过高时，燃烧效率会受到一定的限制，因为水分的蒸发会消耗额外的能量，从而影响燃烧的强度。相比之下，当水分含量较低时，燃烧效率则会提高，因为水分的减少使得燃烧反应更加充分。但同时，水分含量过低也会对STWL的输送和储存带来一定的困难，因此需要在燃烧效率和输送便利性之间找到一个平衡点。

氧气浓度对燃烧过程的影响则更为显著。研究发现，当氧气浓度增加时，燃烧点火温度和燃烧完全温度的变化幅度相对较小，分别在3.6%和2.0%的范围内。这表明，氧气浓度的增加对燃烧反应的启动和完成有较为稳定的影响，但不会导致燃烧温度的剧烈波动。此外，研究还发现，随着氧气浓度的增加，燃烧反应的强度和燃烧产物的生成速度都有所提高，这表明氧气的存在能够有效促进燃烧反应的进行。然而，这种促进作用并不是无限的，当氧气浓度达到一定水平后，燃烧效率的提升幅度会逐渐减小，说明燃烧反应对氧气浓度具有一定的饱和效应。

在燃烧过程中，STWL的燃烧行为符合随机成核和后续生长模型，即[?ln(1?α)]?。这一模型的适用性表明，STWL的燃烧过程在一定程度上具有一定的统计规律性，为后续研究提供了理论依据。此外，研究还发现，STWL的热解和燃烧过程在不同水分含量和氧气浓度条件下表现出不同的反应路径，这表明STWL的热解和燃烧行为具有一定的复杂性和多样性。因此，为了更全面地理解STWL的热解和燃烧特性，需要对不同条件下的反应过程进行系统研究。

综上所述，本研究通过热重分析实验方法，对STWL的热解和燃烧特性进行了深入分析，揭示了水分含量和氧气浓度对STWL热解和燃烧过程的影响机制。研究结果不仅有助于理解STWL在焚烧过程中的行为变化，还为有机废液焚烧处理提供了重要的理论指导。此外，研究还发现，STWL的热解和燃烧过程在不同条件下表现出不同的反应特性，这表明在实际应用中，需要根据具体的条件进行优化和调整，以提高焚烧效率和减少污染物排放。因此，本研究的成果对于有机废液焚烧处理具有重要的实践意义。