2.5　厨余垃圾燃烧过程的动力学分析

2.5.1　动力学分析方法式中：k是反应速度常数；A为反应指前因子；E是反应活化能；R为理想气体常数，8.3145J/（molK）。

由于厨余垃圾的热解和燃烧过程都在1000℃以下，处于化学反应动力学控制区，适用阿雷尼乌斯公式，即

Coats-Redfern积分法被广泛应用于燃烧过程的动力学参数计算。对于一个非等温反应，其反应过程为

式中：升温速率β可以表示为α是反应物的转化率，代表了反应物质的转化；t是反应时间；T是反应温度；f（α）是反应机理函数；W0是反应物的初始质量；Wt是物质在某一时刻的质量；Wf是物质在反应结束时的质量。

结合式（2-3）和式（2-4），可以得到反应机理表达式为

对于不同的机理，可以选择不同的机理函数f（α）描述反应过程，见表2-7。

根据文献报道［44，49-50］，一级反应模型可以很好地描述城市生活垃圾的燃烧过程，因此采用如下的机理函数

对式（2-6）两端进行积分变换处理，同时代入式（2-7），整理可得

在式（2-8）中，取

得到如下表达式

分别以X和Y为横坐标和纵坐标作图。该直线的斜率为截距是与lnA相关的表达式。最终可以求得活化能E和指前因子A。计算过程中得到的相关系数可以衡量结果的准确度以及机理函数是否适用。如果得到的相关系数足够大，就认为计算结果是可信的。

2.5.2　厨余垃圾燃烧动力学参数计算

对于各组实验，反应的动力学参数（活化能和指前因子）见表2-8。

由表2-8可知，各组动力学参数的计算结果相关系数都在0.98以上，说明计算结果是可信的。由于化学反应处在动力学控制区，因此反应动力学参数符合阿雷尼乌斯公式，活化能和指前因子共同影响反应速度常数K。而活化能和指前因子并非独立存在，而是互相影响。也就是说两者之间存在动力学补偿效应活化能和指前因子两者之间的关系见图2-6。

剔除一些线性不好的实验结果（第4组和第5组），各组实验结果之间有很好的线性相关性。活化能和指前因子之间的正相关性可表示为

处理表2-8中实验数据后，可以得到升温速率、水分和氧浓度对动力学参数的影响，见表2-9、表2-10、表2-11。

引入“影响因子”来衡量各实验工况对动力学参数的影响权重，结果见表2-12。

分析表2-12可知，较高的升温速率、较低的水分含量以及较高的氧浓度都可以降低反应活化能，使反应更容易发生。氧浓度对动力学参数的影响最大，这与前面的分析一致。