生物質(zhì)發(fā)電氣化過程建模及優(yōu)化研究.pdf

1、開發(fā)“綠色能源”已成為當(dāng)今世界上工業(yè)化國家開源節(jié)流、化害為利和保護(hù)環(huán)境的重要手段。以煤為主的能源結(jié)構(gòu)是造成環(huán)境污染嚴(yán)重的主要原因，化石燃料的不可再生性和使用帶來的環(huán)境污染，使生物質(zhì)能在可再生能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)了重要地位。生物質(zhì)氣化發(fā)電技術(shù)是生物質(zhì)能利用的一種重要形式，其中生物質(zhì)氣化過程又是氣化發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵，雖然目前國內(nèi)外已有一些這方面的研究報道，但是針對有關(guān)生物質(zhì)氣化過程特性進(jìn)行建模及優(yōu)化的研究則非常缺乏。因此，對于生物質(zhì)氣化發(fā)電系統(tǒng)中氣

2、化過程的建模和優(yōu)化研究，具有重要的理論意義和實用價值，以及環(huán)境、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。 本文結(jié)合我國能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀及生物質(zhì)能特點，在對生物質(zhì)發(fā)電熱解氣化過程機(jī)理分析基礎(chǔ)上，對生物質(zhì)氣化過程建模和優(yōu)化、焦油脫除過程建模和優(yōu)化，以及生物質(zhì)壓縮成型過程建模和優(yōu)化等作了做了系統(tǒng)的研究探討。分別建立了氣化過程的熱化學(xué)平衡模型、最小二乘支持向量機(jī)模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和循環(huán)流化床氣化動力學(xué)模型，并依據(jù)實驗數(shù)據(jù)對所建立的各模型做了仿真驗證。結(jié)

3、果表明，本文所建立的四種氣化過程數(shù)學(xué)模型對實際生物質(zhì)氣化過程具有較好的模擬效果，能夠有效地反映實際氣化過程的特性。 基于建立的模型，提出了一種氣化過程的多目標(biāo)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，主要目標(biāo)是解決當(dāng)氣化過程的主要性能指標(biāo)(如燃?xì)庥行ЫM分含量、燃?xì)鉄嶂?、氣化效率、產(chǎn)氣率等)達(dá)到最大值時，氣化過程可調(diào)整參數(shù)應(yīng)當(dāng)滿足的條件，即控制參數(shù)的優(yōu)化目標(biāo)值。通過尋優(yōu)計算，獲得了當(dāng)氣化指標(biāo)達(dá)到最大值時控制參數(shù)的優(yōu)化目標(biāo)值，驗證了該目標(biāo)函數(shù)的合理性和有效性。

4、 以生物質(zhì)稻稈為對象，采用石灰石作為催化劑對稻稈熱解焦油進(jìn)行催化裂解，由最小二乘支持向量機(jī)模型建立了生物質(zhì)稻稈氣化焦油催化裂解脫除過程的模型，并用遺傳算法對模型參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，得到了最佳的催化裂解溫度和氣相停留時間，使得焦油催化裂解率達(dá)到最高；以生物質(zhì)木屑作為分析對象，對其進(jìn)行熱裂解脫焦，并依據(jù)最小二乘曲線擬合方法建立了生物質(zhì)木屑?xì)饣褂蜔崃呀饷摮^程的模型，用遺傳算法對模型參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，得到了最佳的熱裂解溫度和當(dāng)量比，使得焦

5、油含量達(dá)到最小。 基于最小二乘支持向量機(jī)建立了生物質(zhì)鋸末壓縮成型過程的模型，并擬合了成型過程優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，依據(jù)實驗數(shù)據(jù)對模型和優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行了驗證。結(jié)果表明，該模型能夠較好的模擬成型過程特性，通過尋優(yōu)計算，得到了當(dāng)鋸末壓縮成型過程主要指標(biāo)為最大值時可調(diào)參數(shù)的優(yōu)化值。 本文的主要創(chuàng)新點有： 1．建立了四種生物質(zhì)氣化過程模型，即熱化學(xué)平衡模型、最小二乘支持向量機(jī)模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、循環(huán)流化床氣化動力學(xué)模型；