熱灼減率測試——固體廢物焚燒徹底性的關(guān)鍵評價指標解析

在固體廢物無害化、減量化處理體系中，焚燒技術(shù)因能快速分解有機物、回收熱能而被廣泛應(yīng)用。然而，焚燒過程的“徹底性”直接關(guān)系到環(huán)境安全與資源利用效率，熱灼減率（Loss on Ignition, LOI）作為評估焚燒殘渣中未燃盡有機物含量的核心指標，成為衡量焚燒爐運行效果與環(huán)保達標情況的關(guān)鍵依據(jù)。本文將從定義、測試方法、影響因素及質(zhì)量控制等方面，全面解析熱灼減率測試的技術(shù)邏輯與實踐要點。

一、熱灼減率的定義與計算邏輯

熱灼減率是指焚燒殘渣經(jīng)高溫灼燒后，失去的質(zhì)量占灼燒前干燥殘渣質(zhì)量的百分比，其本質(zhì)是通過有機物的燃燒失重，反映焚燒過程中有機物的分解程度。根據(jù)《生活垃圾焚燒廠性能測試方法》（GB/T 18770-2012），計算公式為：
$\text{熱灼減率（%）} = \frac{m_1 - m_2}{m_1} \times 100$
其中：

$m_1$ ：干燥后焚燒殘渣的質(zhì)量（g）；
$m_2$ ：干燥殘渣經(jīng)高溫灼燒后的質(zhì)量（g）。

該指標的物理意義清晰：熱灼減率越高，說明殘渣中未燃盡的有機物（如碳、氫化合物）越多，焚燒越不徹底；反之，則表示燃燒充分，有機物分解完全。我國《生活垃圾焚燒污染控制標準》（GB 18485-2014）明確要求，生活垃圾焚燒爐的熱灼減率不得超過5%，以確保焚燒過程的環(huán)保性與能源利用率。

二、熱灼減率測試的核心步驟

熱灼減率測試的準確性依賴于嚴格的操作流程，需遵循“樣品代表性→干燥除水→高溫灼燒→精確稱量”的邏輯，具體步驟如下：

1. 樣品采集與制備

采集：從焚燒爐排渣口、渣坑或輸送皮帶等位置，采用“多點隨機采樣法”收集殘渣樣品（每批樣品量不少于1kg），確保覆蓋殘渣的不同部位（如表層、中層、底層），避免單點采樣的偏差。
制備：將采集的樣品破碎（可用顎式破碎機或研缽），過10mm孔徑篩，去除金屬、玻璃等惰性雜質(zhì)；然后將篩下物混合均勻，用四分法縮分至約200g，裝入密封容器中備用。

2. 干燥處理（去除水分）

將制備好的樣品平鋪于已知質(zhì)量的坩堝（瓷坩堝或石英坩堝，容積約50ml）中，放入105±5℃的恒溫干燥箱中烘干至恒重（連續(xù)兩次稱量的質(zhì)量差≤0.005g）。干燥的目的是消除水分對測試結(jié)果的影響——若樣品含水分，會導(dǎo)致 $m_1$ （干燥殘渣質(zhì)量）偏小，最終高估熱灼減率。

3. 高溫灼燒（分解有機物）

將干燥后的坩堝（含樣品）放入馬弗爐中，緩慢升溫至600±25℃（升溫速率≤10℃/min，避免樣品飛濺），保持灼燒2小時；隨后關(guān)閉電源，待爐溫降至200℃以下時，取出坩堝放入干燥器中冷卻至室溫（約30分鐘），稱量灼燒后殘渣的質(zhì)量 $m_2$ 。
關(guān)鍵注意事項：灼燒溫度與時間需嚴格控制——溫度過低（如＜550℃）會導(dǎo)致有機物分解不完全，溫度過高（如＞650℃）可能使殘渣中的無機成分（如碳酸鹽）分解，二者均會影響結(jié)果準確性；灼燒至恒重（連續(xù)兩次稱量差≤0.005g）是確保有機物完全燃燒的核心要求。

4. 結(jié)果計算與判定

根據(jù)上述公式計算熱灼減率，保留兩位有效數(shù)字。若平行樣（同一批樣品做2份平行測試）的相對偏差≤5%，則取平均值作為最終結(jié)果；若偏差超過5%，需重新采樣測試。

三、影響熱灼減率的關(guān)鍵因素

熱灼減率的結(jié)果不僅取決于測試操作，更與焚燒爐的運行條件直接相關(guān)，主要影響因素包括：

1. 焚燒溫度

溫度是有機物分解的關(guān)鍵驅(qū)動因素。多數(shù)有機物（如塑料、紙張）的完全分解溫度需達到800℃以上，若焚燒爐爐膛溫度低于700℃，會導(dǎo)致有機物無法徹底分解，殘渣中未燃盡碳含量增加，熱灼減率升高。

2. 停留時間

物料在爐膛內(nèi)的停留時間需滿足“完全燃燒”的要求。若停留時間過短（如＜2秒），物料未充分接觸高溫區(qū)，有機物分解不完全；反之，過長的停留時間會增加能耗，需通過優(yōu)化爐型（如回轉(zhuǎn)窯、流化床）調(diào)整。

3. 過剩空氣量

過剩空氣量（實際空氣量與理論空氣量的比值）決定了燃燒所需的氧氣濃度。若過剩空氣量不足（如＜1.2），爐膛內(nèi)氧氣缺乏，有機物會發(fā)生不完全燃燒（生成一氧化碳、炭黑等）；若過剩空氣量過大（如＞1.8），會降低爐膛溫度，同樣影響燃燒效率。

4. 物料性質(zhì)

固體廢物的熱值、含水量、粒度等性質(zhì)會影響燃燒效果。例如，高水分（＞50%）或低熱值（＜1000kJ/kg）的廢物（如廚余垃圾），需額外補充燃料（如天然氣）才能維持高溫燃燒，否則易導(dǎo)致熱灼減率超標；粒度較大的廢物（如大塊塑料）需破碎后才能充分燃燒。

四、測試過程的質(zhì)量控制

為確保熱灼減率測試結(jié)果的準確性與可靠性，需采取以下質(zhì)量控制措施：

1. 空白試驗

每次測試前，用空坩堝進行空白試驗（遵循相同的干燥、灼燒流程），記錄空白坩堝的質(zhì)量變化，并在樣品測試結(jié)果中扣除空白值，消除坩堝本身的失重影響。

2. 平行樣測試

每批樣品做2份平行樣，若平行樣的相對偏差＞5%，需重新采樣測試，確保樣品的均勻性與操作的一致性。

3. 標準物質(zhì)校準

定期用已知熱灼減率的標準物質(zhì)（如煤渣標準樣品）進行校準，驗證測試方法與儀器的準確性。例如，若標準物質(zhì)的測試結(jié)果與標稱值的偏差＞1%，需檢查馬弗爐溫度、天平精度等設(shè)備狀態(tài)。

4. 儀器校準

電子天平（精度≥0.001g）、馬弗爐（溫度誤差≤±10℃）、干燥箱（溫度誤差≤±5℃）需定期校準（每年至少1次），確保設(shè)備性能符合測試要求。

五、常見問題與解決對策

在實際測試中，易出現(xiàn)以下問題，需針對性解決：

1. 樣品不均勻

問題：樣品中存在大塊未燃盡物（如塑料片），導(dǎo)致平行樣結(jié)果偏差大。
對策：增加破碎力度（如用球磨機粉碎至＜5mm），確保樣品均勻；采樣時擴大采樣范圍，避免單點采集。

2. 灼燒不徹底

問題：灼燒后殘渣仍有黑色炭粒，熱灼減率結(jié)果偏低（因未燃盡有機物未完全分解）。
對策：延長灼燒時間（如增加1小時），或提高灼燒溫度（至650℃），直至殘渣呈灰白色且恒重。

3. 水分未除盡

問題：干燥后樣品仍有潮濕感，導(dǎo)致 $m_1$ 偏小，熱灼減率偏高。
對策：延長干燥時間（如增加2小時），或提高干燥溫度（至110℃），直至連續(xù)兩次稱量差≤0.005g。

4. 坩堝污染

問題：坩堝內(nèi)壁殘留 previous 樣品的灼燒殘渣，導(dǎo)致 $m_2$ 偏大，熱灼減率偏低。
對策：每次測試后，用稀鹽酸（10%）浸泡坩堝，去除殘留雜質(zhì)，并用蒸餾水沖洗干凈，烘干后備用。

六、

熱灼減率測試是評估固體廢物焚燒徹底性的“金標準”，其結(jié)果直接反映焚燒爐的運行效率與環(huán)保達標情況。測試過程中，需嚴格遵循標準流程，注重樣品代表性、操作規(guī)范性與質(zhì)量控制，確保結(jié)果準確可靠。同時，通過分析熱灼減率的影響因素（如焚燒溫度、停留時間），可優(yōu)化焚燒爐運行參數(shù)，降低未燃盡有機物含量，實現(xiàn)固體廢物的安全、高效處理。

作為環(huán)保監(jiān)測與焚燒廠運行管理的關(guān)鍵指標，熱灼減率的準確測試不僅是滿足法規(guī)要求的需要，更是保障生態(tài)環(huán)境與公眾健康的重要手段。未來，隨著焚燒技術(shù)的不斷升級（如垃圾衍生燃料（RDF）焚燒、等離子體焚燒），熱灼減率測試的方法也將不斷完善，為固體廢物處理的“減量化、無害化、資源化”目標提供更有力的技術(shù)支撐。