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城市生活垃圾热解特性试验研究及预测模型

作　者: 温俊明
导　师: 池涌；岑可法；倪明江
学　校: 浙江大学
专　业: 工程热物理
关键词: 城市生活垃圾(MSW) 热解特性热解动力学快速热解热解产气特性预测模型 BP神经网络
分类号: X799.3
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

城市生活垃圾已经成为全球性的环境问题。热处理法因为具有减量化、无害化和资源化方面的优势，在发达国家被广泛应用。随着社会和经济的发展，热处理法逐渐成为我国城市生活垃圾处理中的主流技术。垃圾的热解特性对垃圾热处理装置的设计和运行具有重要的指导意义。但是垃圾属于复杂组分燃料，不同组分的热解特性差异很大，在热解过程中各组分之间势必存在一定的交互影响，因而垃圾的总体热解特性绝不是其组分热解特性的简单线性叠加，也很难用精确的数学模型来描述。为深入了解垃圾热解过程中各组分之间的交互影响并建立垃圾总体热解特性的表征方法，本文选取了城市生活垃圾中的六种典型有机组分(纸屑、木屑、厨余、织物、塑料和橡胶)，从三个不同角度对其单组分以及多组分热解特性进行了全面系统的研究。第一，利用自行设计的能够进行较大量物料热重分析的试验装置，对城市生活垃圾单组分以及多组分程序升温热解特性进行了系统的研究，对多组分热解过程中各组分之间的相似特点、交互影响等非线性规律进行了分析。并利用由若干相互独立的平行反应组成的热解反应动力学模型计算得到各个工况下的动力学参数。第二，利用自行设计的能够进行快速热解试验的多功能试验装置，对城市生活垃圾典型有机组分的快速热解特性进行研究，得到了典型有机组分快速热解的特征参数。文中还提出了可以定量描述垃圾组分快速热解难易程度的指标——快速热解指数Ⅰ。此外，还对城市生活垃圾多组分的快速热解特性进行了系统的试验研究，重点考察了快速热解过程中组分之间的交互影响。第三，利用上述自行设计的多功能试验装置对城市生活垃圾典型有机组分在快速热解过程中的动态产气特性进行研究，并对快速热解气体产率、成分分布及热值等进行分析。在此基础上，对城市生活垃圾多组分的快速热解产气特性进行了系统的试验研究，同样考察了多组分快速热解气体的成分分布和热值，并与加权平均结果进行比较。从上述三个角度对城市生活垃圾多组分热解特性的研究均表明：生物质类组分(纸屑、木屑和厨余)及织物具有相似的热解特性，所以称之为相

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-28
  1.1 引言  13
  1.2 我国城市生活垃圾现状  13-18
    1.2.1 我国城市生活垃圾的产量  13-14
    1.2.2 我国城市生活垃圾的组成特征及变化趋势  14-16
    1.2.3 我国城市生活垃圾的物理与化学性质  16-18
  1.3 城市生活垃圾的危害  18-19
  1.4 国内外城市生活垃圾处理技术  19-25
    1.4.1 填埋法  19
    1.4.2 堆肥法  19-21
    1.4.3 热处理法  21-25
      1.4.3.1 焚烧  21-24
      1.4.3.2 热解  24-25
      1.4.3.3 气化  25
  1.5 本文的背景及意义  25-27
  1.6 本文的主要研究内容  27-28
第二章城市生活垃圾热解(燃烧)特性及人工神经网络研究综述  28-47
  2.1 引言  28
  2.2 城市生活垃圾热解和燃烧特性研究进展  28-42
    2.2.1 城市生活垃圾单组分热解和燃烧特性研究进展  28-35
    2.2.2 城市生活垃圾多组分热解和燃烧特性研究进展  35-39
    2.2.3 城市生活垃圾热解产气和产物特性研究进展  39-42
  2.3 人工神经网络研究进展  42-45
    2.3.1 人工神经网络理论研究进展  42-44
    2.3.2 人工神经网络应用研究进展  44-45
  2.4 本章小结  45-47
第三章复杂组分燃料的热重分析方法研究  47-60
  3.1 引言  47
  3.2 试验部分  47-50
    3.2.1 试验样品  47-48
    3.2.2 试验装置  48-49
    3.2.3 试验方法  49
    3.2.4 试验系统的标定  49-50
  3.3 计算模型与方法  50-52
    3.3.1 计算模型  50-51
    3.3.2 计算方法  51-52
  3.4 结果与分析  52-58
    3.4.1 试验结果与模型计算结果  52-56
    3.4.2 试验影响因素分析  56-58
    3.4.3 方法评价  58
  3.5 本章小结  58-60
第四章城市生活垃圾多组分程序升温热解特性研究  60-84
  4.1 引言  60
  4.2 试验部分  60-61
    4.2.1 试验样品与方法  60
    4.2.2 试验工况  60-61
  4.3 结果与分析  61-82
    4.3.1 单组分程序升温热解特性  61-65
    4.3.2 二组分程序升温热解特性  65-72
    4.3.3 三组分程序升温热解特性  72-73
    4.3.4 四组分程序升温热解特性  73-76
    4.3.5 五组分程序升温热解特性  76-78
    4.3.6 六组分(模化垃圾)程序升温热解特性  78-79
    4.3.7 多组分程序升温热解试验结果与加权平均结果的比较  79-82
  4.4 本章小结  82-84
第五章城市生活垃圾多组分快速热解特性研究  84-113
  5.1 引言  84
  5.2 试验部分  84-86
    5.2.1 试验样品  84
    5.2.2 试验装置  84-86
    5.2.3 试验方法  86
    5.2.4 试验工况  86
  5.3 结果与分析  86-111
    5.3.1 快速热解条件下样品的升温过程  87-88
    5.3.2 单组分快速热解特性  88-101
      5.3.2.1 典型有机组分的快速热解特性  88-95
      5.3.2.2 快速热解特性与程序升温热解特性的比较  95-98
      5.3.2.3 不同炉温下快速热解特性的比较与分析  98-101
    5.3.3 二组分快速热解特性  101-108
    5.3.4 六组分(模化垃圾)快速热解特性  108-111
  5.4 本章小结  111-113
第六章城市生活垃圾多组分快速热解产气特性研究  113-133
  6.1 引言  113
  6.2 试验部分  113-115
    6.2.1 试验样品  113
    6.2.2 试验装置  113-114
    6.2.3 试验方法  114-115
    6.2.4 试验工况  115
  6.3 结果与分析  115-131
    6.3.1 单组分快速热解产气特性  115-124
      6.3.1.1 快速热解气体析出过程  115-118
      6.3.1.2 快速热解气体产率  118-121
      6.3.1.3 快速热解气体成分分布  121-122
      6.3.1.4 快速热解气体热值  122-124
    6.3.2 二组分快速热解产气特性  124-129
      6.3.2.1 快速热解气体成分分布  125-128
      6.3.2.2 快速热解气体热值  128-129
    6.3.3 六组分(模化垃圾)快速热解产气特性  129-131
      6.3.3.1 快速热解气体成分分布  130-131
      6.3.3.2 快速热解气体热值  131
  6.4 本章小结  131-133
第七章城市生活垃圾热解特性的神经网络预测模型  133-157
  7.1 引言  133
  7.2 BP神经网络介绍  133-138
    7.2.1 BP神经网络中的神经元模型  133-134
    7.2.2 BP神经网络的结构  134-135
    7.2.3 信息的正向传播  135-136
    7.2.4 误差的反向传播  136-137
    7.2.5 Matlab程序解算过程  137-138
  7.3 垃圾热解特性神经网络预测模型  138-145
    7.3.1 模型总体结构  138-139
    7.3.2 热解动力学部分  139-140
    7.3.3 BP神经网络部分的建模过程  140-145
      7.3.3.1 数据样本的准备  140
      7.3.3.2 节点激励函数的选择  140-141
      7.3.3.3 数据样本的预处理  141-142
      7.3.3.4 BP神经网络算法的选择  142
      7.3.3.5 子模型节点数目的确定  142-144
      7.3.3.6 学习速率  144-145
  7.4 模型预测结果与分析  145-153
    7.4.1 热解动力学特性预测  145-150
    7.4.2 热解产气特性预测  150-153
  7.5 模型预测实例  153-156
  7.6 本章小结  156-157
第八章全文总结与研究展望  157-162
  8.1 全文工作总结  157-160
  8.2 本文主要创新点  160
  8.3 下一步研究展望  160-162
符号表  162-163
参考文献  163-173
作者在博士期间参与的项目、发表的论文和获得的奖励  173-175
致谢  175-176

城市生活垃圾热解特性试验研究及预测模型

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