熱能工程《工業(yè)加熱》第35卷2006年第5期生物質(zhì)熱解機(jī)理研究進(jìn)展陳櫛,羅永浩,陸方,段佳(上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院,上海200240)摘要:總結(jié)了生物質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)模型的研究進(jìn)展,指出了全局反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的不足之處;由此討論了包含具體熱解產(chǎn)物的熱解機(jī)理反應(yīng)模型,介紹了近年來(lái)熱解機(jī)理研究的新方法,同時(shí)列舉了包含新方法的實(shí)驗(yàn)例子;最后指出了熱解機(jī)理研究中存在的關(guān)鍵問題關(guān)鍵詞:生物質(zhì);纖維素;半纖維素;木質(zhì)素;熱解;化學(xué)動(dòng)力學(xué)中圖分類號(hào):TQ033憲文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼文章編號(hào):1002-1639(2006)05-000404The Progress in Biomass Pyrolysis Mechanism ResearchCHEN Yi, LUO Yong-hao, LU Fang DUAN Jia(School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)Abstract: The paper summarizes the progress of the study on biomass pyrolysis dynamic model and points out the defects of global reactiondynamic model. And then the pyrolysis mechanism reaction models which include concrete pyrolysis products are disscussed. The paper alsointroduces some new methods of pyrolysis mechanism besides the experimental examples and at last points out the key items in biomass py.rolysis researchKey words: biomass; cellulose; semicellulose; lignin; pyrolysis; chemical dynamics生物質(zhì)熱解是指在無(wú)氧環(huán)境下,生物質(zhì)被加熱升溫力學(xué)和生物質(zhì)整體熱解動(dòng)力學(xué)。引起分子分解產(chǎn)生焦炭可凝性液體和氣體產(chǎn)物的過程。1.1纖維素?zé)峤鈩?dòng)力學(xué)生物質(zhì)熱解可歸結(jié)于纖維素、半纖維素和木質(zhì)素三種主由于纖維素在生物質(zhì)中占據(jù)了幾乎一半的含量,其要成分的熱解,國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)三種組分的動(dòng)力學(xué)研熱裂解行為在很大程度上體現(xiàn)出生物質(zhì)的熱解規(guī)律,因究已取得了一定的成績(jī),尤其是纖維素?zé)峤鈩?dòng)力學(xué)研究而當(dāng)前研究基本上都從纖維素的熱解行為入手開展工已取得了比較完善的結(jié)論。作生物質(zhì)熱解機(jī)理研究可以分為兩部分,一是熱解反纖維素?zé)峤鈾C(jī)理的探索源于對(duì)纖維素燃燒過程的研究,應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究,二是具體熱解產(chǎn)物形成途徑的研究,兩 Broido0發(fā)現(xiàn)纖維素在低溫加熱條件下一部分纖維素轉(zhuǎn)化為者構(gòu)建了機(jī)理研究的基礎(chǔ)。脫水纖維素。 Broido和 Nelson在研究纖維素的燃燒實(shí)驗(yàn)中1生物質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展發(fā)現(xiàn)纖維素在230~275℃預(yù)處理后焦炭產(chǎn)量由沒有預(yù)熱的13%增加到27%,由此提出了競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,見生物質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)研究包括兩方面:單組分熱解動(dòng)圖12。1976年, Broido在226℃、真空條件下進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)1000h的纖維素?zé)嶂胤治?采用多步模型模擬纖維素的熱收稿日期:2006-04-24;修回日期:2006-06-27解,見圖2,A,B,C,D和E分別為纖維素基質(zhì)、活性基金項(xiàng)目:上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的資助(05dz12010作者簡(jiǎn)介:陳祎(1980-),男,博士研究生,湖南株洲人,從纖維素和固體中間產(chǎn)物3。之后, Shafizadeb在低壓、259事生物質(zhì)能利用的研究341℃環(huán)境對(duì)纖維素進(jìn)行批量等溫實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在失重初水部小水部部部部+當(dāng)部不部部部示部部水示部本部部部示部水部部當(dāng)示部部部子部水不部部部事部部當(dāng)當(dāng)部5結(jié)語(yǔ)參考文獻(xiàn)[]王零森.特種陶瓷[M.長(zhǎng)沙:中南工業(yè)出版社,2003近年來(lái),特種陶瓷因其性能優(yōu)異而倍受關(guān)注,陶瓷產(chǎn)[2]郝元愷,肖加余.高性能復(fù)合材料學(xué)M.北京:化學(xué)工業(yè)業(yè)也獲得了長(zhǎng)足發(fā)展,但歷來(lái)材料的研究是以金屬材料和出版社,2004高分子有機(jī)材料為主體。相對(duì)來(lái)說(shuō),對(duì)陶瓷的研究和開發(fā)3]顧立德特種耐火材料[M!北京:冶金工業(yè)出版社,2004]李榮久陶瓷金屬?gòu)?fù)合材料[M]北京:冶金工業(yè)出版社,200.不夠深入,正因?yàn)槿绱颂沾刹牧系脑S多獨(dú)特性能有待我s]張寅平,胡漢平,孔祥東,等,相變儲(chǔ)能一理論和應(yīng)用M們?nèi)ラ_發(fā),所以特種陶瓷的發(fā)展?jié)摿艽?。隨著科技的發(fā)合肥:中國(guó)科技大學(xué)出版社,1996,展和人們對(duì)陶瓷研究的深人,特種陶瓷將在新材料領(lǐng)域占[6]王華、王勝林,饒文濤,等.高性能復(fù)合相變蓄熱材料的制備與蓄熱燃燒技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2006有重要的地位。[7]鄒向.儲(chǔ)熱用高溫相變復(fù)合材料叮J.新能源,1995,17(12):27燕能工程《工業(yè)加熱》第35卷2006年第5期始階段有一加速過程,提出纖維素在熱解反應(yīng)初期有一高12半纖維素和木質(zhì)素?zé)峤鈩?dòng)力學(xué)活化能從“非活化態(tài)”向“活化態(tài)”轉(zhuǎn)變的反應(yīng)過程,由與纖維素相比,半纖維素的熱解研究很少。在一些此將 broido- Nelson模型改進(jìn)成廣為人知的" Broido-Shaf-木聚糖和模型混合物的熱解情況中,熱解發(fā)生的溫度范zadeh”模型4。隨后,BS反應(yīng)方案已經(jīng)得到廣泛接受,圍為473~573K或者更低門。其機(jī)理模型主要包括單步成為纖維素?zé)峤鈾C(jī)理硏究的經(jīng)典模型。全局、兩步及多步半全局分解模型。生物油最簡(jiǎn)單的機(jī)理模型是單步全局反應(yīng),其模型如圖5。單步機(jī)理能用來(lái)描述全局的固體分解速率,但不能用于K預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)器的產(chǎn)物,單步機(jī)理假定碳與揮發(fā)物為常纖維素—K2數(shù)比。炭+低分子揮發(fā)物些關(guān)于木聚糖和相關(guān)模型混合物的熱解研究驗(yàn)證圖1 Broido-Nelson纖維素?zé)峤饽Ｐ土藘刹椒纸獾臋C(jī)理的存在性。質(zhì)譜和DTA曲線肯定了但以上研究中忽略了大尺寸樣本的影響,這引起了存在著兩個(gè)連續(xù)步驟。木聚糖熱解的兩個(gè)連續(xù)反應(yīng)的動(dòng)形成炭的氣固反應(yīng),同時(shí), Broido也表示真空系統(tǒng)存在力學(xué)參數(shù)已在文獻(xiàn)8]中提出。這些模型能夠預(yù)測(cè)全局泄漏問題,靜電負(fù)荷累積和實(shí)驗(yàn)中的溫度偏差。固體熱解率,但是不能得到產(chǎn)物生成量與反應(yīng)溫度的關(guān)系B′(生物油在研究?jī)刹椒磻?yīng)機(jī)理的同時(shí),…些研究者提出了多步反應(yīng)機(jī)理。圖6為 Koufopanos提出的半纖維素?zé)峤饽-←BK2CK4DE型,模型包括了0級(jí)階段,可描述一種解聚合過程,其wt=l wt=1 w(炭的形成)后是揮發(fā)物和固體殘余碳的形成,反應(yīng)為1.5級(jí)阿累尼烏斯反應(yīng),這種模型認(rèn)為固體碳量不依賴于溫度9。文獻(xiàn)圖2 Broido纖維素?zé)峤舛嗖侥Ｐ蚚1〕]的半纖維素?zé)峤饽Ｐ涂紤]了三個(gè)連續(xù)步驟,這是由由于BS模型存在一些疑問,因此隨后的研究者對(duì)纖維素、木質(zhì)素和纖維素構(gòu)成,再次假定了揮發(fā)物與其進(jìn)行了改進(jìn)。 Varhegyi對(duì)纖維素進(jìn)行熱重實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)揮碳量的比例,如圖7所示。發(fā)分的二次反應(yīng)對(duì)焦炭生成起到了相當(dāng)大的貢獻(xiàn)。試驗(yàn)揮發(fā)物KI研究發(fā)現(xiàn)在高溫、氣相停留時(shí)間長(zhǎng)等反應(yīng)條件下,揮發(fā)分的二次反應(yīng)也會(huì)生成較大產(chǎn)量的焦炭產(chǎn)物。另一方面半纖維素生物質(zhì)常規(guī)熱解實(shí)驗(yàn)得到的粘稠且具有高度芳香化結(jié)構(gòu)K2非揮發(fā)物的焦油明顯與可凝性一次揮發(fā)分快速冷卻得到的液體不圖5單步全局反應(yīng)機(jī)理模型同,根據(jù)對(duì)兩種液體產(chǎn)物組分和結(jié)構(gòu)的分析,可認(rèn)為常規(guī)熱解中產(chǎn)生的焦油是一次揮發(fā)分進(jìn)一步裂解、縮合后k揮發(fā)物形成的二次產(chǎn)物,即二次焦油。因而,新的纖維素?zé)峤獍肜w維素活性半纖維素機(jī)理模型中引入了二次反應(yīng),將 Broido- Shafizadeh模型K方案進(jìn)行一定的改進(jìn)6炭圖6 Koufopanos半纖維素?zé)峤饽Ｐ蚄y揮發(fā)物0.16V1+0.84S1纖維素活性纖維素047V2+0.362炭+氣體0.31V3+0.05炭圖3B-S熱解模型圖7ward- Braslaw半纖維素?zé)峤饽Ｐ屯緩?木質(zhì)素結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性導(dǎo)致了很難簡(jiǎn)單地描述其熱解纖維素一活性纖維素的動(dòng)力學(xué)途徑,從而在生物質(zhì)熱解過程中它們對(duì)熱解K途徑2產(chǎn)物的貢獻(xiàn)是有區(qū)別的 Antal認(rèn)為在木質(zhì)素的熱解途徑:K4過程中至少存在兩種競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)模型,如圖8所示,揮發(fā)分—i半焦+/輕質(zhì)氣體+(1-i)二次焦油個(gè)是低活化能條件下得到焦炭以及小分子氣體組分,另途徑2:n半焦+(n)輕質(zhì)氣體個(gè)則是高活化能條件下各種高分子量的芳香族產(chǎn)物圖4改進(jìn)后的 Broido- Shafizadeh模型的生成12熱能工程《工業(yè)加熱》第35卷2006年第5期焦炭+H2O+CO+CO2醛和通過轉(zhuǎn)糖基作用的解聚反應(yīng)生成左旋葡萄糖之間形成了競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng),而且葡萄糖環(huán)的破裂需要較高的活化能。木質(zhì)素同時(shí)兩種途徑中還有一些其他小分子產(chǎn)物沒有列出15。K2高分子芳香族化合物近期,浙江大學(xué)的廖艷芬等研制的小型機(jī)理試驗(yàn)臺(tái)上圖8Anta提出的木質(zhì)素?zé)峤馔緩綄?duì)純的左旋葡萄糖進(jìn)行熱解研究發(fā)現(xiàn),起初熱解停留時(shí)間較短時(shí),由于左旋葡萄糖的強(qiáng)揮發(fā)性從而在收集到的液體13生物質(zhì)整體熱解動(dòng)力學(xué)產(chǎn)物中通過GCMS依然檢測(cè)到左旋葡萄糖,而沒有發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)的熱解被認(rèn)為是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素乙醇醛、隨著熱解停貿(mào)時(shí)間的增加、在最終收集到的液體三種主要組分熱解的綜合表現(xiàn),通?？闯蛇@三種成分獨(dú)產(chǎn)物中檢測(cè)到了乙醇醛,因而認(rèn)為乙醇醛等化合物的生成立熱解的線性疊加。纖維素和半纖維素主要產(chǎn)生揮發(fā)性來(lái)源于兩種方式:一是通過與左旋葡萄糖生成反應(yīng)的競(jìng)爭(zhēng)物質(zhì),木質(zhì)素主要分解為炭13。獲得,另外一種則是作為左旋葡萄糖的二次裂解產(chǎn)物有在,生物質(zhì)熱解模型主要分為兩類,一是一平行反應(yīng)模并最終提出了如圖11所示的反應(yīng)機(jī)理模型l6。型,一是多步反應(yīng)模型左旋葡萄糖同分異構(gòu)體Di Blasi采用三平行反應(yīng)機(jī)理描述了木頭顆粒快速裂雙脫水糖解形成初級(jí)熱解產(chǎn)物(炭、液體和氣體),KG,K1和KC分解糖類衍生物解聚別是形成氣體、液體和炭反應(yīng)的速率常數(shù)K是木頭熱解纖維素作用活性纖維素二次裂解的總反應(yīng)速率常數(shù),模型如圖9所示14乙醇醛、1-羥基-2-丙酮乙醛等醇、醛、酮、酸開炭環(huán)糠醛、5-羥甲基糠醛甲基糠醛、糠醛一其它雜環(huán)化合物酯類和縮醛化合物木頭液體CO+CO2+CHa+CnHn+H2低炭化炭+水+小分子氣體重整交聯(lián)K=Kc+Kr+KG, K=Ae-Et,j=C,L,G氣體圖廖艷芬等提出的纖維素?zé)峤夥磻?yīng)機(jī)理模型圖9 Di blasi三平行反應(yīng)模型隨著不斷改進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到熱解機(jī)理研究領(lǐng)域,多步反應(yīng)模型的典型代表是 Koufopanos模型,其溫研究者對(duì)生物質(zhì)熱解揮發(fā)分組分進(jìn)行了深人研究,探討度為573~973K,加熱速率5~80Kmin,20mg試樣,了一些典型組分如左旋葡萄糖和乙醇醛以及水分、二氧厚度03~0.5m,如圖10所示。C,H,L分別代表化碳等的析出規(guī)律。同時(shí)對(duì)于纖維素?zé)峤夤腆w產(chǎn)物焦炭纖維素、半纖維素和木質(zhì)素9。的硏究也為了解纖維素?zé)峤庖?guī)律提供了另一方面的論據(jù)。由于這兩種類型的模型是在不同生物質(zhì)原料、溫度目前應(yīng)用到焦炭特性研究的工具主要有SEM檢測(cè)焦炭形范圍和加熱速率條件下得出的,因此不具有可比較性,但態(tài)以及孔隙結(jié)構(gòu)、傳里葉變換拉曼光譜儀(FTR)和核磁都為生物質(zhì)熱解機(jī)理的研究提供了寶貴的資料。共振波譜儀(NMR)來(lái)分析焦炭官能團(tuán)的組成隨溫度的變化規(guī)律來(lái)分析纖維素的熱解機(jī)理,IR適合于鑒別試樣焦油+氣體中的含氧官能團(tuán),而NMR則能夠定量的比較焦炭中各種K官能團(tuán)的變化,如果能夠和熱解質(zhì)譜分析儀(PyMS)聯(lián)用那么熱解揮發(fā)分的組分就可以和焦炭中官能團(tuán)的變化對(duì)應(yīng)起來(lái)1.18。 Wooten等不僅研究了不同溫度下纖維素K=aK(C)+BK (H)+yK( (L)i=1, 3熱解焦炭的官能團(tuán)特征,并且研究了300℃條件下,不圖10 Koufopanos多步熱解模型同加熱時(shí)間下纖維素?zé)峤夤腆w產(chǎn)物的特征以探索大部分模型中提到的熱解起始階段的活性纖維素或者是中間態(tài)2生物質(zhì)熱解產(chǎn)物形成途徑機(jī)理研究物質(zhì)的形成規(guī)律以及一些特征9生物質(zhì)熱解機(jī)理模型大多是在熱失重?cái)?shù)據(jù)基礎(chǔ)上構(gòu)lvan等采用TGMS聯(lián)用對(duì)4 O-Methyl-D-Glu建起來(lái)的全局反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,它沒有對(duì)熱解產(chǎn)生的揮ⅹylan進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn):熱解過程中釋放出來(lái)水分、一氧發(fā)分組分給岀很好的解釋。一些研究者針對(duì)主要的熱解化碳、二氧化碳、甲醇、甲醛、乙酸、甲酸、丙酮、丙稀產(chǎn)物提出了相應(yīng)的熱解機(jī)理反應(yīng)模型。 Piskorz等提出了醛、2糠醛和3,羥基2烯基1,5內(nèi)酯;,而 beaumont纖維素?zé)峤夥磻?yīng)機(jī)理模型:最初的熱解階段涉及到低溫等熱解木聚糖得到的產(chǎn)物主要有:水分、甲醇、甲酸、乙的碳化反應(yīng)和纖維素聚合度快速降低之間的竟?fàn)庍^程。當(dāng)酸、丙酸、1-羥基丙酮、1羥基丁酮和2糠醛。纖維素聚合度降低到200時(shí),葡萄糖環(huán)的破裂生成乙醇Caballero等2l究了在溫度為450~900℃范圍、6熱能工程《工業(yè)加熱》第35卷2006年第5期加熱速率為20℃ms實(shí)驗(yàn)條件下Krat木質(zhì)素的熱解情2】 ANTAL MJ,Ⅴ ARHEGYI G V. Cellulose Pyrolysis Kinetics況,主要的氣態(tài)產(chǎn)物為甲醇、甲醛、乙醛、乙酸和輕質(zhì)the Current State of Knowledge [] Ind. Eng. Chem. Res,碳?xì)浠衔?。另外還包括CO,CO2和H2O,在碳?xì)寤?995,(34):703-717[3] VARHEGYI G, JAKAB EMMA, Michael Jerry Antal. Is the物中,量最大的依次為甲烷、乙烯和苯,在500℃以上Broido-Shafizadeh Model for Cellulose Pyrolysis True? [J].En-產(chǎn)量迅速增加。Alen等23研究了軟木木質(zhì)素的熱解機(jī)理,ergy& Fuels,1994,(8):1345-1352發(fā)現(xiàn)炭產(chǎn)量從400℃的70%減少到1000C的20%,揮4 ALLAN W, BRADBURY, YOSHIO SAKAI,etal. A Kinetic發(fā)物質(zhì)中主要包括香草醛和鄰甲氧基苯酚(400℃)、芳Model for Pyrolysis of Cellulose [J]. J. App. Polym. Sci, 1979,香烴和苯酚(1000℃),苯磷二酚(600~800℃)(23):3271-3280.[5 VARHEGYI G, SZABO P, MOK WSL, et al. Kinetics oftheNun等24采用屏式加熱器研究碾碎的木頭木質(zhì)素在300Thermal Decomposition of Cellulose in Sealed Vessels at Eleva1100℃的熱解機(jī)理,在產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了甲醇、甲醛、乙ted Pressures: Effects of the Presence of water on the reaction醛和乙酸(300~1100℃),這與 Caballero等的結(jié)果類Mechanism [J]. J, Anal. Appl. Pyrolysis, 1993, (26): 159-174似。 latridis和 gavalas25報(bào)道了 Kraft木質(zhì)素在屏式加熱余春江,駱仲泱,方夢(mèng)祥,等.一種改進(jìn)的纖維素?zé)峤鈩?dòng)力器、溫度為400~700℃的熱解機(jī)理,也有類似結(jié)果。學(xué)模型[J浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2002,(36):509515.[7 COLOMBA DI BLASI, MARIO LANZETTA Intrinsic Kinetics我國(guó)在生物質(zhì)熱解機(jī)理研究方面也取得了很大的進(jìn)of Isothermal Xylan Degradation in Inert Atmosphere [J]展。東南大學(xué)的賴艷華等采用熱重分析法研究了加熱速Anal. Appl. Pyrolysis, 1997(40): 287-303度、溫度、加熱時(shí)間等對(duì)秸稈類生物質(zhì)熱解過程的影響,⑧8]Ⅴ ARHEGYI C, ANTAL M J, SZEKELY-T S.etal. Kinetics建立了秸稈類生物質(zhì)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程1何芳等對(duì)幾o(hù)f the Thermal Decomposition of Cellulose, Hemicellulose and種生物質(zhì)熱解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了比較分析,主要考Sugarcane Bagasse [J]. Energy& Fuels, 1989,(3: 329[9] KOUFOPANOS C A, MASCHIO G, LUCCHESI A. Pyrolysi察了三種模型對(duì)小麥、玉米秸稈的預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果Kinetics of Wood and Wood Components [J].Can.J.Chem的吻合程度2浙江大學(xué)的譚洪等在自行研制的熱解機(jī)Eng,1989,67:75理試驗(yàn)臺(tái)上系統(tǒng)研究了金屬鹽對(duì)生物質(zhì)熱解的影響規(guī)律,U101 WARDSM, BRASLAW J Experimental Weight Loss Kinetics結(jié)果表明,鉀離子對(duì)生物油中的一些大分子發(fā)生重聚反of Wood Pyrolysis under Vacuum []. Combust Flame1985,61:261應(yīng)生成焦炭和小分子氣體產(chǎn)物具有強(qiáng)烈的催化作用23mu譚洪,王樹榮,駱仲泱,等.木質(zhì)素快速熱裂解試驗(yàn)研同時(shí),一些新的研究方法也運(yùn)用到了熱解機(jī)理的研究中,究[.浙江大學(xué)學(xué)報(bào),2005,39:710-714如上海理工大學(xué)的蔡均猛等采用了直接搜索全局優(yōu)化方[12 ANTALMJ. Effects of Reactor Severity on the Gas Phase Py法-模式搜索法求解復(fù)雜機(jī)理模型的動(dòng)力學(xué)參數(shù),取得了rolysis of Cellulose and Kraft Lignin Derived Volatile Matter很好的效果9。清華大學(xué)的唐松濤等采用混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[J]. Ind. Eng. Chem. Prod. Des. Dev, 1983(22): 366-375[13] WILLIAMS P T, BESLER S. The Pyrolysis of Rice Husks in模擬生物質(zhì)的熱解規(guī)律30。A Thermogravimetric Analyzer and Static Batch Reactor [J]小結(jié)Fuel,1993,72:151-159[14 COLOMBA DI BLASI. Modeling Intra- and Extra-Particle當(dāng)前,生物質(zhì)熱解機(jī)理研究依然存在著很多問題與Processes of Wood Fast Pyrolysis [J]. AI Chem Journal, 2002.難點(diǎn),對(duì)于生物質(zhì)的熱解機(jī)理,就日前人們的研究程度,48):2386-依然不能夠完整詳細(xì)的表達(dá)出來(lái),主要包括以下幾個(gè)方面:15] PISKORZ J, RADLEIN D, SCOTT DS. On the mechanism(1)生物質(zhì)本身的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,很難細(xì)致地將它們of the Rapid Pyrolysis of Cellulose [J]. Journal of Analytical描述出來(lái)and Applied pyrolysis, 1986,(9): 121-137.16]廖艷芬纖維素?zé)峤鈾C(jī)理試驗(yàn)研究J杭州:浙江大學(xué),2003.(2)對(duì)于同一種生物質(zhì),其具體成分也會(huì)因其產(chǎn)地117LIS, LYONS-HARTJ, BANYASZ J, et al. Real-time Evolved不同而不同;Gas Analysis by FTIR Method: An Experimental Study of Cel-(3)隨著熱解的條件和方式發(fā)生變化,其熱解的機(jī)lulose Pyrolysis [J]. Fuel, 2001, 80: 1809-1817理也會(huì)發(fā)生變化;[18 BANYASZ JL, LiS, LYONS-HART J, ef al. Gas Evolution(4)各種動(dòng)力學(xué)模型難以互相驗(yàn)證。and the Mechanism of Cellulose Pyrolysis [J]. Fuel, 2001, 801757-1763生物質(zhì)熱解動(dòng)力學(xué)模型受到爭(zhēng)議,主要是因?yàn)闇囟萚19 WOOTEN JB, SEENMAN JL, HAJALIGOL MR Observation條件、傳熱、傳質(zhì)限制,很難在不同的實(shí)驗(yàn)、不同的停and Characterization of Cellulose Pyrolysis Intermediates by留時(shí)間、不同的外圍環(huán)境、不同的熱解物質(zhì)、無(wú)機(jī)物的13C CPMAS NMR [J], A New Mechanistic Model, 2004, (18)影響下實(shí)現(xiàn)同樣的實(shí)驗(yàn)條件。1-15[20] IVAN S, VARHEGYI G, ANTAL M J. Thermogravimetric/Mass Spectrometric Characterization of the Thermal Decom-參考文獻(xiàn)[]馬承榮,肖波,楊家寬,等.生物質(zhì)熱解影響因素研究position of 4-0-Methyl-D-Glucurono-D-Xylan [J]. Journal ofJ.環(huán)境生物技術(shù),2005,(5∷10.Applied polymer Science, 1988,(36): 721-728拓能工程《工業(yè)加熱》第35卷2006年第5期基于灰色BP網(wǎng)絡(luò)的城市生活垃圾日產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型研究王海瑞1,張勇1,王華2(1.昆明理工大學(xué)信息及自動(dòng)化學(xué)院,云南昆明650093;2.昆明理工大學(xué)研究生院,云南昆明650093)摘要:通過對(duì)灰色BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的分析與研究,給出了灰色BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模方法,建立了基于灰色BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的城市生活垃圾日產(chǎn)量預(yù)測(cè)模型,通過一組歷史數(shù)據(jù)分別對(duì)GM模型和灰色BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行了驗(yàn)證,得到了灰色BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)效果要比單純的灰色預(yù)測(cè)模型精度要髙的結(jié)論,本模型是研究通過少量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)的一種新方法關(guān)犍詞:灰色系統(tǒng);BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);灰色BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型;城市生活垃圾中圖分類號(hào):TB114.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1002-1639(200605-0008-03Predictive Model Research of Municipal Solid Waste Daily Output based the Gray BP NetworkWANG Hai-rui, ZHANG Yong, WANG Hua?(1. Information Automation School of Kunming Science &e Technology University, Kunming 650093, China2. Graduate School of Kunming Science Technology University, Kunming 650093, China)Abstract: Through the analysing for the gray BP network model, gives out building the modeling method of gray BP network and also establishes the municipal solid waste's daily ontput predictive model based gray BP network. GM model and gray BP network model have been separately tested through a group of historical data. The result is that the predictive accuracy of the gray BP neural network model is more preciousthan pure GM predictive. This model is a novel and innovative predictive model through a little number dataKey words: gray system; BP neural network; gray BP neural network predictive model; municipal solid waste在城市生活垃圾焚燒和管理過程中需要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)城中有些可以量化,而有些則無(wú)法量化,這使得城市生活垃市生活的日產(chǎn)量,城市生活垃圾產(chǎn)量預(yù)測(cè)一直是最棘圾日產(chǎn)量具有很大的隨機(jī)性。同時(shí),城市生活垃圾日產(chǎn)量手、最迫切需要解決的問題之一,在經(jīng)費(fèi)緊缺、垃圾產(chǎn)出與影響因素之間的非線性也大大增加了城市生湉垃圾日和垃圾處理之間的矛盾口趨嚴(yán)峻的今天,城市生活垃圾日產(chǎn)量預(yù)測(cè)的難度,降低了預(yù)測(cè)的精度產(chǎn)量預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確與否則顯得尤為重要。近幾年來(lái),環(huán)境保鑒于準(zhǔn)確進(jìn)行城市生活垃圾日產(chǎn)量預(yù)測(cè)的種種困難護(hù)部門對(duì)城市生活垃圾日產(chǎn)量預(yù)測(cè)作了不少的嘗試。但及城市生活垃圾日產(chǎn)量本身所具有的季節(jié)波動(dòng)性與隨機(jī)由于垃圾產(chǎn)量與諸多因素有關(guān)如季節(jié)變化,氣候變化等波動(dòng)性特點(diǎn),本文建立了城市生活垃圾日產(chǎn)量的灰色GM有關(guān),且影響城市生活垃圾日產(chǎn)量的因素很多,這些因素(1,1)預(yù)測(cè)模型,另外考慮到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)良好的非線性動(dòng)態(tài)特性及自學(xué)習(xí)性能等,又建立了城市生活垃圾日產(chǎn)量的收稿日期:2006-03-07;修回日期:200605-24甚金項(xiàng)目:云南省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2001GG19)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型。這兩種模型各有所長(zhǎng),為了充分利用作者簡(jiǎn)介:王海瑞(1969),男,副教授,主要從事城市生活垃模型所提供的信息,得到更好的預(yù)測(cè)效果,本文提出了灰圾直接氣化爐智能控制器的研究和開發(fā)以及計(jì)算機(jī)控制色BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型,該模型具有廣泛的代表性。技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用研究當(dāng)當(dāng)部部部錄部部部部不部部部部當(dāng)部當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)當(dāng)部當(dāng)部寺部部[21] BEAUMONT O. Flash Pyrolysis Products from Beech Wood (25] BASIL IATRIDIS, GEORGE R GAVALAS. Pyrolysis ofA[ Wood Fiber Sci, 1985,(17): 228-239Precipitated Kraft lignin [JJ. Ind Eng Chem Process Des Dev22] CABALLERO J A, FONT R, MARCILLA A. Study of the1979,(18):127Primary Pyrolysis of Kraft Lignin at High Heating Rates: Yields[26]賴艷華,呂明新,馬春元,等.秸稈類生物質(zhì)熱解特性及and Kinetics [J]. J Anal Appl Pyrol, 1996,(36): 159其動(dòng)力學(xué)研究[].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2002,(23):203-20623] RAIMALEN, EEVA KUOPPALA, PIA OESCH. Formation[27]何芳,易維明,柏雪源,等.幾種生物質(zhì)熱解反應(yīng)動(dòng)力of the Main Degradation Compound groups from Wood and Its學(xué)模型的比較[J.太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2003,(24):771-775Components during Pyrolysis [J]. J Anal Appl Pyrol,,1996,[28]譚洪,王樹榮,駱仲泱,等.金屬鹽對(duì)生物質(zhì)熱解特性(36):137影響試驗(yàn)研究[、工程熱物理學(xué)報(bào),2005,(26:742-744.[24] THEODORE R NUNN, JACK B HOWARD, JOHN P LON-29]蔡均猛,易維明,何芳,等.模式搜索法在生物質(zhì)熱解GWELL, et al. Product Composition and Kinetics in the rapid動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用[J.動(dòng)力工程、2005,(25):737741.Pyrolysis of Milled Wood Lignin你 Ind Eng Chem Process[30]唐松濤,李定凱,呂子安,等.流化床中生物質(zhì)熱解過程Des dev,1985,(24):844.的混沌神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬U].化工學(xué)報(bào),2003,(54):783-789