市政污泥(Sewage sludge)是城市污水净化的主要副产品,其成分非常复杂,且含有大量的有毒物质。热化学转化是目前处置污泥的有效手段之一。然而,由于污泥自身的特点,使其在单独利用时受到较多限制,常用于掺混协同处置。掺混污泥后,物料在热处置过程中的动力学特征会发生变化。为了保证反应器的安全稳定运行,需要对反应器进行优化和查验。而掌握物料的反应动力学特征,是其重要前提和基础。对掺混污泥后形成的复杂反应体系而言,传统的动力学建模方法具有一定局限性。近年来,在求解复杂反应体系的动力学模型方面,分布式活化能模型(DAEM,distributed activation energy model)具有显著优势。在全局优化算法的加持下,DAEM通常能获得极高的拟合度,并且整个操作过程简便易行。本文将分布式活化能模型理论、热分析动力学理论和碰撞理论相结合,通过类比推导出一种特殊的分布式活化能模型——分布式临界能模型(DTEM,Distributed threshold energy model)。从分子质团碰撞的角度出发,定性解释了分布式临界能模型中的指前因子A与临界能密度分布函数f(E)之间的补偿效应。本文在三个不同掺混场景下应用了DTEM,考察DTEM是否具有广泛应用的可能性,并与常规的单/多升温速率法模型进行对比。反应场景设定为污泥/油页岩混合热解、污泥/油页岩混合燃烧、甘蔗渣/污泥混合热解,每个场景中热分析升温速率设定分别为10~50°C/min(间隔10°C/min)、10~30°C/min(间隔10°C/min)、10~25°C/min(间隔5°C/min)。每个反应场景下涉及的动力学模型有:四组分DTEM、单组分DTEM、FWO-n级反应模型、FWO-一级反应模型、Coats-Redfern评价函数法、Coats-Redfern直接线性拟合法。从模型对实验曲线的总体拟合优度来看,由大到小排列依次为:四组分DTEM>单组分DTEM>FWO-n级反应模型>Coats-评价函数法>FWO-一级反应模型≈Coats-直接线性拟合法。在所有应用场景中,DTEM的拟合优度最高,其中单组分DTEM的拟合优度大多都大于0.99,四组分模型甚至能保持在0.999以上。并且,在不同的升温速率下,DTEM的拟合优度也能保持在最高的水平。在DTEM中,混合样品的全局临界能与污泥掺混质量分数(%)呈现良好的线性关系。单组分DTEM中,污泥/油页岩混合热解中各样品的全局临界能范围为195.8~234.8kJ/mol;污泥/油页岩混合燃烧为197.16~221.41kJ/mol;污泥/甘蔗渣混合热解为187.57~196.19kJ/mol。在三个场景中,四组份DTEM与单租模型的全局临界能比较接近,据本文的研究结果,两者之间的绝对误差小于2%,此现象可进一步推广为三个关于“全局临界能”的猜想。本文从碰撞理论出发,初步探讨了DTEM的理论基础,模型的准确性也在在实际理论实验中得到很好的验证。在与传统单/多升温速率法的对比讨论中,DTEM也展现出了巨大优势,为表观动力学分析的建模理论提供了不同的思路。