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油茶壳热解模型研究

太阳能学报 2013年第12期34卷 2063-2067页

作者：赵创蒋恩臣王明峰许细薇陈亮广李柏松华南农业大学工程学院广州510640

以10～30℃／min的加热速率在同步热分析仪上进行热重试验，用Malek法确定和建立油茶壳的主热解阶段的热解机理模型，主热解阶段满足J-M—A方程，即随机成核和随后成长。根据生物质热解分段模型计算验证油茶壳热解模型的正确性和适用性... 详细信息

以10～30℃／min的加热速率在同步热分析仪上进行热重试验，用Malek法确定和建立油茶壳的主热解阶段的热解机理模型，主热解阶段满足J-M—A方程，即随机成核和随后成长。根据生物质热解分段模型计算验证油茶壳热解模型的正确性和适用性，分段模型拟合数据与热重数据的平均误差在2．5％以内，建立的模型能正确预测热解反应。在自行研制的生物质连续热解装置上进行油茶壳的热解实验，结果表明，热解实验升温不是理论上的线性升温过程，但实验数据与热重试验数据比较吻合，平均误差较小。这说明所建立的模型能较好地反映油茶壳的热解反应，为油茶壳的热解利用提供理论基础。

关键词：生物质油茶壳热重试验热解模型热解实验

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油页岩颗粒的热解模型

化学工程 2004年第1期32卷 9-12页

作者：闫澈韩向新王辉姜秀民上海交通大学工程训练中心上海200240 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院黑龙江哈尔滨132012

以实验为依据,分析了油页岩的热解机理及特性,并充分考虑了油页岩中挥发分在整个热解过程的作用,在此基础上建立了与油页岩固有热解特性相适应的热解模型。在能量方程中考虑了油页岩挥发分的热解反应吸热量及其挥发分的释放对油页岩固... 详细信息

以实验为依据,分析了油页岩的热解机理及特性,并充分考虑了油页岩中挥发分在整个热解过程的作用,在此基础上建立了与油页岩固有热解特性相适应的热解模型。在能量方程中考虑了油页岩挥发分的热解反应吸热量及其挥发分的释放对油页岩固体颗粒质量的影响,并根据油页岩的热解特性,采用分阶段模型来描述油页岩的热解过程,以减小一步本征动力学方程带来的较大误差,还对模型进行了实验验证。

关键词：油页岩颗粒热解模型本征动力学方程能量方程

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综合流动和传热的废轮胎回转窑热解模型

工程热物理学报 2004年第2期25卷 333-336页

作者：池涌张志霄阎大海高雅丽严建华岑可法浙江大学热能工程研究所

废轮胎在回转窑内的热解主要受到气-固相流动、传质和传热及化学反应动力参数等因素的影响。在对回转窑内固体颗粒运动、传热传质进行分析的基础上,结合对轮胎热解反应动力学的研究,发展了综合流动、传热的废轮胎回转窑热解模型,可计... 详细信息

废轮胎在回转窑内的热解主要受到气-固相流动、传质和传热及化学反应动力参数等因素的影响。在对回转窑内固体颗粒运动、传热传质进行分析的基础上,结合对轮胎热解反应动力学的研究,发展了综合流动、传热的废轮胎回转窑热解模型,可计算得到回转窑内热解的温度分布、物料转化率、产物得率等。模型计算结果与试验结果吻合较好。

关键词：废轮胎热解模型回转窑数学模型综合流动传热

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层式下吸式气化炉中单颗粒生物质的热解模型

林产化学与工业 2016年第1期36卷 11-19页

作者：薛爱军潘继红田茂诚张冠敏冷学礼山东大学能源与动力工程学院山东济南250061

建立了层式下吸式气化炉中有焰热解区单个生物质颗粒的热解模型,耦合了传热方程和热解化学动力学方程,并利用三对角矩阵算法（TDMA）和四阶龙格库塔法进行了求解;分别针对普通无氧热解环境和层式下吸式气化炉中的有焰热解环境,运用文献... 详细信息

建立了层式下吸式气化炉中有焰热解区单个生物质颗粒的热解模型,耦合了传热方程和热解化学动力学方程,并利用三对角矩阵算法（TDMA）和四阶龙格库塔法进行了求解;分别针对普通无氧热解环境和层式下吸式气化炉中的有焰热解环境,运用文献中的试验结果对模型进行了验证,表明该模型能够较好地预测2种环境下颗粒内部不同位置的温度和热解速率;利用该模型对有焰热解区的生物质颗粒的热解过程进行了模拟分析。结果表明,层式下吸式气化炉有焰热解环境的传热参数为：对流换热系数（hs）为80.4 W/（m2·K）、炭的发射率（ε）为0.792。有焰热解过程中,颗粒内部的温度变化趋势与外部相反;颗粒的平均热解时间比普通无氧热解环境下缩短了16.52%;颗粒的升温速率为182.5 K/min,属于快速热解;随着有焰热解区火焰温度的升高,完全热解所需要的时间逐渐缩短,炭产量从16.92%逐渐降低到13.97%;随着颗粒直径的增加,热解时间逐渐增大,炭产量增加;有焰热解区的高度在6.59~44.1 mm范围内,相当于1.1~2.2个颗粒直径。

关键词：层式下吸式气化炉热解模型有焰热解区单颗粒生物质

煤中挥发氮析出过程模拟:不同热解模型的影响

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环境科学学报 2003年第5期23卷 635-640页

作者：周昊钱欣平岑可法樊建人浙江大学热能工程研究所能源清洁利用和环境工程教育部重点实验室杭州310027 浙江大学联合化学反应工程研究所杭州310027

采用数值模型研究了煤热解、燃烧过程中挥发分氮的析出、中间含氮产物HCN的生成以及转变为NO的过程 .分别采用双方程模型和通用模型描述热解过程 ,利用有限体积方法对质量、化学组分、动量和热量守恒方程进行离散求解 .计算结果表明两... 详细信息

采用数值模型研究了煤热解、燃烧过程中挥发分氮的析出、中间含氮产物HCN的生成以及转变为NO的过程 .分别采用双方程模型和通用模型描述热解过程 ,利用有限体积方法对质量、化学组分、动量和热量守恒方程进行离散求解 .计算结果表明两种模型获得的热解过程、孔隙率、HCN生成率等方面存在一定差别 ,而对颗粒着火时间、NO生成率等方面比较接近 .与试验结果比较。

关键词：煤挥发氮析出热解模型影响氮氧化物环境污染污染控制气体

基于机器学习的烟草热解模型与生物质—煤混合热解模型

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基于机器学习的烟草热解模型与生物质—煤混合热解模型

作者：韦皓浙江大学

学位级别：硕士

随着化石能源利用带来的环境污染问题日趋严重,开发以清洁低碳能源为主的能源供应体系刻不容缓。双碳目标提出后,我国持续推进能源结构调整,加大开发清洁低碳能源,提高清洁能源利用率。生物质能,作为碳中性能源,是构建清洁低碳能源体系... 详细信息

随着化石能源利用带来的环境污染问题日趋严重,开发以清洁低碳能源为主的能源供应体系刻不容缓。双碳目标提出后,我国持续推进能源结构调整,加大开发清洁低碳能源,提高清洁能源利用率。生物质能,作为碳中性能源,是构建清洁低碳能源体系不可缺少的重要组成。对生物质能进行热化学利用,是历史最为悠久,应用最为广泛的利用方式之一。而在热利用过程中,热解通常作为反应的第一步,扮演着至关重要的角色。热解过程是一个非常复杂的物理和化学过程,涉及到复杂的气固两相传热、传质。掌握生物质能热解特性,建立高精度、通用性强的热解模型,有助于进一步深入了解生物质能的热化学利用。同时,热解反应作为气固燃烧的第一步,高精度热解模型的建立将有助于建立准确的生物质燃烧模型。基于此,本文结合人工智能算法,选择了目前并没有通用热解模型的烟草以及生物质-煤粉混合燃料作为研究对象,分别建立了通用高精度烟草热解模型和通用生物质-煤混合热解模型。本文首先选取了来自不同产区,构成不同香型香烟的49种烟草样本,通过热失重实验获取了 10～400K/min,共计9种升温速率下的烟草原料热解数据。并对每种烟草进行化学指标分析,获取了能够表征单个烟草特征的化学指标数据,基于以上实验结果,构建了大型的烟草热解数据库。为了解决随机划分训练集带来的采样误差,本文创新性提出了基于烟草热解行为的烟草样本分类方法,将烟草样本分为四类,在每一类中随机抽样构建训练集与测试集。为了进一步提高模型的精度,本文创新性的选择对DTG曲线进行建模,DTG曲线相比TG曲线变化更为剧烈,在有大量数据的情况下,模型能够较好的捕捉到DTG曲线的细节,输出较高准确度的DTG预测结果。在确定了训练集、测试集以及训练目标后,进一步通过特征选择和超参数调优两种方式在训练集上对模型的进行训练。该工作中测试集选用的烟草样本均是未在训练集中出现的种类,故进一步在测试集上对模型表现进行评估,并以此作为模型泛化性能的评估。结果显示,模型在低升温速率时,在所有测试集的样本中都表现出了很高的精度。而随着升温速率的增加,热解行为变得复杂,导致模型对DTG的预测精度有了小幅的下降。随后对模型输出的DTG结果进行积分,获得了 TG结果,与实验结果对比后发现,即使在高升温速率下,对模型输出DTG结果积分获得的TG结果与实验结果非常接近,证明了模型在高升温速率时仍然能以很高的准确度(R2>0.99)对烟草热解行为进行预测。紧接着,本文将方法拓展到了更为复杂的生物质-煤混合热解问题,创新性的引入了机器学习算法,建立了结合单组分热解信息的通用生物质-煤混合热解模型。首先基于大量文献,获取了 28种生物质和28种煤单独热解和其通过不同掺混比进行混合热解的信息。并通过采用统一基准的指标(对元素分析统一采用干燥无灰基,对工业分析统一采用干燥基)对生物质、煤样本特征进行表征。随后,创新性的对生物质和煤的工业分析、元素分析进行特征分组,共分三组。第一组为包含生物质、煤工业分析和元素分析的特征组合;第二组为包含生物质、煤元素分析,不含生物质、煤工业分析的特征组合;第三组为包含生物质、煤工业分析,不含生物质、煤元素分析的特征组合。并基于这三种特征分组分别训练模型。同时,创新性的设计了三个验证集。第一个验证集的煤、生物质的单独热解信息已经被输入模型,混合热解信息未输入模型,用于探究当模型已知双组分单独热解数据时对混合热解的预测表现。第二个验证集的生物质单独热解信息已经输入到模型,用于探究当模型仅已知生物质单独热解数据时,对混合热解的预测表现。第三个验证集的煤热解单独信息已经输入到模型,用于探究当模型仅已知煤单独热解数据时对混合热解的预测表现。在经过超参数调优后,在训练集和测试集分别对模型进行了训练和包内表现的验证,最终在三个验证集上检验模型的表现,并将该表现作为模型最终的性能指标。最终结果表明,如果已知煤、生物质单独热解的数据,可以直接基于煤和生物质的元素分析、工业分析结果或者仅基于煤和生物质的元素分析结果,使用极限随机森林模型进行混合热解预测,准确度高(R2>0.984)。如果已知生物质的单独热解信息,建议基于煤和生物质的元素分析结果,使用极限随机森林模型进行其混合热解行为的预测,准确度较高(R2>0.976)。而对于仅已知煤的单独热解信息时,则是建议基于煤和生物质的元素分析结果,使用极限随机森林模型进行其混合热解行为的预测,准确度较高(R2>0.982)。最后基于模型,对各个特征进行了重要度分析,结果发现温度和掺混比是最重要的特征。相比实验特征,样本特征的影响比较小,通常为煤的元素分析、生物质的元素分析、煤的工业分析、生物质的工业分析。

关键词：生物质烟草机器学习算法混合热解模型热解模型

同方学位论文库评论

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基于热质传递过程的桉木屑热解模型研究

基于热质传递过程的桉木屑热解模型研究

作者：陈志文华南农业大学

学位级别：硕士

生物质资源具有储量大、成本低、清洁可再生等特点,受到政府和研究机构的重视。热解技术具有转化效率高、产物多样化且产物品质可根据热解工艺调控的特点,更符合市场能源和化工产品的需求,在生物质利用技术中占据重要地位。国内外研究... 详细信息

生物质资源具有储量大、成本低、清洁可再生等特点,受到政府和研究机构的重视。热解技术具有转化效率高、产物多样化且产物品质可根据热解工艺调控的特点,更符合市场能源和化工产品的需求,在生物质利用技术中占据重要地位。国内外研究者对生物质热解动力学参数、热解产物特性、热解过程和机理等进行了大量研究,但针对热解反应的传热传质过程研究相对较少。本文研究内容和主要结果如下:利用TG-DSC方法研究了桉木屑的热解特性和动力学参数,桉木屑热解过程可以分为干燥预热、快速热解和炭化3个阶段,升温速率的提高有利于热解反应进行和挥发分析出,热解反应系数Q从5℃/min的1.01×10增加到30℃/min的2.42×10。通过Ozawa-Flynn-Wall法和Friedman法求得热解第一、二阶段的活化能分别为60.67k J/mol和82.33k J/mol、134.33 k J/mol和148.50 k J/mol,指前因子分别为6.87 s和10.43s、9.27 s和10.77 s,利用Malek法确定了桉木屑热解前2个阶段的反应机理为随机成核和随后生长,满足Avrami/Erofeev方程;利用数据拟合法得到第三阶段的反应进程方程。在20℃/min的升温速率下研究了桉木屑固定床热解温度对热解炭产率、成分、微观结构和热物性参数的影响。随着热解温度的升高,热解炭的得率下降、挥发分含量减小、灰分和固定碳含量增大、内部孔道逐渐发展成熟,更有利于传热传质,热解炭的密度先减小后增大,导热系数先略减小后呈指数型迅速增大。利用TG-DSC方法研究了桉木屑及其热解炭的比热容和热解反应热,随着热解炭制备温度的升高,热解炭比热容呈现U字型先减小后增大,热解反应热先减小后增大。利用ANSYS有限元分析软件建立了颗粒尺寸为?20?40mm的三维圆柱体状生物质颗粒在升温速率为20℃/min下的热解传热模型。在热解过程中,热量由外向内传递,颗粒从外到内可以分为炭化区、热解区、水分蒸发区和未反应区,各反应区逐渐向炭化区衍变。研究了模型参数对颗粒温度场的影响,发现三维模型比二维模型更能反映真实热解过程的传热情况;颗粒外壁温度在350℃以下时,随着升温速率增加,颗粒模型径向温度取样点的温度差异变大,在350℃时,颗粒模型取样点温度差异变小并趋于稳定,并在随后升温过程中保持此差异,而后各取样点温度逐渐达到850℃;比热容采用恒定值时,各个取样点的升温曲线产生变异,忽略比热容的变化将导致传热模型不准确;当导热系数采用恒定值0.05w/(m·℃)时,模型初始段的颗粒内部升温速率变快,而结束段的升温速率变慢;反应热以及颗粒尺寸对模型求解结果无明显影响。通过关联动力学模型和传热模型建立的热解模型可以较好的模拟桉木屑热解过程中颗粒内部温度分布和失重情况。

关键词：桉木屑热解动力学模型热物性参数传热模型热解模型