[发明专利]基于单峰热解曲线的炭化可燃物热解动力学参数计算方法

说明书

本发明公开了一种基于单峰热解曲线的炭化可燃物热解动力学参数计算方法，包括：等转化率法FWO法求取可燃物单峰热解的活化能值E；假设多种反应机理，通过CR法求取活化能值E与FWO法得到的值对比，确定可燃物单峰热解的反应机理函数f(α)，求取指前因子A；确定求解参数的取值范围；粒子群人工智能优化算法(PSO)对指前因子A、活化能值E以及炭生成率v进行寻优，并在最优解时输出计算结果。本发明降低了求可燃物单峰热解高阶偏微分方程的难度；计算精度好；优化效率高；使用范围广，可以同时应用到多组升温速率和多种可燃物的单峰热解求解中，有效预测实验结果。

技术领域

本发明涉及一种基于单峰热解曲线的炭化可燃物热解动力学参数计算方法，具体涉及炭化可燃物单峰热解动力学参数的求解和优化，通过编写粒子群人工智能优化算法(PSO)脚本主程序并设置算法参数，运行PSO脚本主程序，迭代计算，搜索各参数最优解和偏差度，属于炭化可燃物单峰热解动力学参数求解及优化领域。

背景技术

在世界能源危机的大背景下，不可再生能源的消耗亟需开发新能源技术，通过炭化可燃物热解可以得到炭化可燃物、液体和气体产物，实现能源的可再生利用。比如热解可以将木质纤维素类生物质生成燃料气、生物油和生物炭等。例如，DOI为10.1016/j.enconman.2016.05.007的论文“Thermal degradation of beech wood withthermogravimetry/Fourier transform infrared analysis”指出炭化可燃物热解是能源转化的重要一环，具有重要的研究意义。其次，我们的生活离不开合成材料，生物质，建筑物等炭化可燃物物质，这些炭化可燃物在给我们带来方便的同时，也带来一定的危险隐患，火灾是最为常见的事故。热解作为火灾发生的第一步，引起越来越多的学者对其进行研究。最后，随着社会的发展，大量的炭化废弃可燃物得不到有效、合理的处理，目前的废弃物的处理方式包括：填埋、焚烧、热解，考虑到土地和环境保护，热解被认为是最有前景的废弃物处理方法。目前，炭化可燃物热解动力学的求解多存在于理论的数学计算，但是，大部分的炭化可燃物材料的热解，需要复杂的动力学机理来模拟它的热解过程，构造模型、模拟和计算难度大，准确性较低。而且，这些机理需要多个参数，而这些参数并不能通过简单的传统热解方法计算得到。

全局优化算法是计算、优化热解参数的有效方法，PSO作为改进的模拟法，首先编写PSO脚本主程序并设置算法参数，设置模拟输出值。然后运行该算法，在设置的范围内可以自动搜索在实验数据基础上获得的指前因子A，活化能E，炭生成率v，搜索各参数最优解和偏差度。算法提供的偏差度表示预测结果和实验值的偏差程度，该偏差度越小越好，接近于0最佳。例如，DOI为10.1016/j.energy.2019.04.030的论文“The accuracy andefficiency of GA and PSO optimization schemes on estimating reaction kineticparameters of biomass pyrolysis”在实验值的基础上构造计算模型，对炭化可燃物热解动力学参数进行计算和优化，计算时间短，精度高，预测值与实验值高度一致。因此本发明提出一种用于炭化可燃物单峰热解的化学反应动力学参数求解及优化方法，有效降低了求解炭化可燃物单峰热解高阶偏微分方程的难度和复杂程度；计算精度好；优化效率高；使用范围广，可以同时应用到多组升温速率和多种炭化可燃物的单峰热解求解中，有效预测实验结果。

发明内容

本发明针对现有炭化可燃物单峰热解动力学参数求解存在的问题，提供一种基于单峰热解曲线的炭化可燃物热解动力学参数计算方法，该方法降低了求解炭化可燃物单峰热解高阶偏微分方程的难度和复杂程度；计算精度好；优化效率高；使用范围广，可以同时应用到多组升温速率和多种炭化可燃物的单峰热解求解中，有效计算出结果。

本发明解决其技术问题，所采用的基于单峰热解曲线的炭化可燃物热解动力学参数计算方法，包含如下步骤：