1.一种求解多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:根据木质生物质的主要组成:纤维素、半纤维素和木质素,确定求解木质生物质热解动力学参数时的反应机理采用如下所示的三组分平行反应机理:半纤维素→ν1炭+(1-ν1)挥发物
纤维素→ν2炭+(1-ν2)挥发物
木质素→ν3炭+(1-ν3)挥发物
其中,v1、v2和v3分别为纤维素、半纤维素和木质素中炭的生成率;
S2:采用K-K法求解所述木质生物质的3组主要组分分别对应的质量损失的二阶导数的绝对值|DDTG|的峰值及所述峰值的对应温度;根据所述峰值及所述峰值的对应温度,采用K-K法得到活化能值E和指前因子A;
S3:将所述活化能值E和指前因子A分别上下浮动一定百分比,分别得到所述活化能值E和指前因子A的寻优范围,并确定其他反应动力学参数;所述其他反应动力学参数包括:反应级数ncomp、炭的生成率v、初始组分质量分数Yi,0;
S4:在步骤S3确定的所述寻优范围内,采用SCE算法对3组主要组分一起进行求解,从而求解出木质生物质热解动力学参数的最优解,并在最优解时输出转化率α、转化速率dα/dt、质量损失m/m0以及质量损失速率d(m/m0)/dt,从而完成木质生物质热解动力学参数的计算;
所述木质生物质热解动力学参数包括:各个主要组分的活化能值E、指前因子A、反应级数ncomp、炭的生成率v、初始组分质量分数Yi,0;
寻优过程中,参数的迭代更新公式如下:
αi=αi-1+(dα/dt)i-1×(ti-ti-1),
(m/m0)i=1-αi×(1-v),
(d(m/m0)/dt)i=((m/m0)i-(m/m0)i-1)/(ti-ti-1),dα/dt=Af(α)exp(-E/RT);
其中t表示时间,m、m0表示炭化可燃物热解瞬时质量和初始质量,R为普适气体常数,T为绝对温度,i表示更新迭代次数。
2.如权利要求1所述的求解多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数方法,其特征在于:在步骤S2中,在木质生物质热解过程中,纤维素、半纤维素、木质素热解时会对应产生三个峰值。
3.如权利要求1所述的求解多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数方法,其特征在于:在步骤S2中,当木质生物质中的任一主要组分接近最大分解速率时,质量损失的二阶导数的绝对值|DDTG|将近似为零;通过确定各主要组分的局部最小值,即可确定各主要组分的峰值及其对应温度。
4.如权利要求3所述的求解多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数方法,其特征在于:在步骤S2中,所述质量损失的二阶导数的绝对值|DDTG|的计算公式为:其中,m0和mt分别表示木质生物质试验样品的初始质量和瞬时反应时的质量,T表示热解反应时的绝对温度,α表示转化率,fi=mi,0/m0表示某一主要组分i的初始质量分数,mi,0表示某一主要组分i的初始质量;
所述质量损失的二阶导数的绝对值|DDTG|的局部最小值即为所述质量损失的二阶导数的绝对值|DDTG|的峰值。
5.如权利要求1所述的求解多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数方法,其特征在于:步骤S2中,所述活化能值E和指前因子A的求解公式为:其中,β表示升温速率,R表示普适气体常数,Tp,i表示绝对温度,下标p表示不同主要组分的峰值位置;下标i表示不同主要组分;活化能值E通过方程的斜率,即ln(β/T2p,i)与1/Tp,i的斜率-E/R进行求解;活化能值E求解后,根据公式的截距ln(AR/E)求出指前因子A。
6.如权利要求1所述的求解多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数方法,其特征在于:步骤S3中,所述三个主要组分的峰值对应的活化能值E和指前因子A上下浮动一定百分比是指上下各自浮动50%。
7.如权利要求1所述的求解多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数方法,其特征在于:木质生物质的归一化质量表达式和炭的质量分数表达式为:其中t为热解反应的时间,Ychar表示炭的质量分数,ncomp表示反应级数;因此SCE法优化参数包括:初始组分质量分数Yi,0,活化能值E,指前因子A,反应级数ncomp和炭的生成率v;木质生物质的3组主要组成总共有15个优化参数。
8.如权利要求1所述的求解多组分平行反应机理木质生物质热解动力学参数方法,其特征在于:步骤S4中,SCE法寻优时,适应度函数值Φ为预测值和实验值的偏差程度,用适应度函数值Φ的大小表示优化的预测值与实验值的拟合效果,具体计算公式为:其中,φm、φmlr分别表示质量损失、质量损失速率的目标函数;N表示实验次数;n表示每个实验的实验数据点的个数;CMLmod、CMLexp表示累积质量损失优化的预测值和实验值;
MLRmod、MLRexp表示质量损失速率优化的预测值和实验值;wCML、wMLR表示质量损失、质量损失速率的权重系数;
CMLexp和MLRexp的表达式为:CMLexp=m/m0,MLRexp=d(m/m0)/dt=((m/m0)i-(m/m0)i-1)/(ti-ti-1)。