污泥氣化合成氣生成特性及其BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型研究.pdf

1、發(fā)展新型、綠色、環(huán)保、資源化的污水污泥處理技術(shù)，是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求和順應(yīng)歷史發(fā)展潮流的大勢所趨。我國城市污水污泥中有機(jī)物含量和熱值日漸增高，使其具備熱化學(xué)轉(zhuǎn)化等能源化處理的潛力。本文主要針對污泥水蒸氣、水蒸氣-空氣混合氣化合成氣生成特性及其預(yù)測模型等展開研究，旨在全面分析高產(chǎn)出、低污染的污泥氣化工藝特性，為污泥能源化處理裝置的工程設(shè)計(jì)和工業(yè)運(yùn)行提供有價值理論指導(dǎo)。主要研究工作和結(jié)論如下:
　　(1)通過污泥水蒸氣氣化實(shí)驗(yàn)研究，

2、著重分析了溫度和水蒸氣質(zhì)量與污泥含碳量比（S/C比值）等對氣化合成氣生成特性以及污泥能源轉(zhuǎn)化效率的影響規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn):溫度對氣化合成氣特性影響是絕對性的，提高氣化溫度有利于高品質(zhì)合成氣的生成和污泥能源轉(zhuǎn)化效率的提高。隨著溫度從650℃增加至1050℃，合成氣中H2和CO含量分別增加了12.1％和6.2％， CO2和CH4含量分別降低了4.8％和3.2％;污泥氣化冷煤氣效率ηl碳轉(zhuǎn)化效率ηc以及有機(jī)相轉(zhuǎn)化效率ηv分別增加了近40％、18％

3、和34％;綜合考慮氣化過程的能耗和產(chǎn)氣效率，污泥氣化制取富氫合成氣最佳溫度是850℃左右。S/C比值對合成氣生成特性影響是雙重的，過大和過小的S/C比值將造成合成氣品質(zhì)和能源轉(zhuǎn)化效率降低，當(dāng)S/C值為4.74時，合成氣產(chǎn)率及熱值、氫氣含量及其產(chǎn)率、氣化冷煤氣效率ηl均達(dá)到最優(yōu)值。
　　(2)基于污泥空氣氣化與水蒸氣氣化工藝的各自優(yōu)勢，實(shí)驗(yàn)分析了污泥空氣-水蒸氣混合氣化合成氣生成特性。研究發(fā)現(xiàn):與水蒸氣氣化相比，不同溫度下混合氣化H

4、2產(chǎn)率、CO+H2產(chǎn)率、合成氣熱值及冷煤氣效率ηl的最佳值分別為0.38 m3/kg、0.46 m3/kg、6.24 MJ/m3和59％，顯著低于水蒸氣氣化合成氣的相應(yīng)最佳值，但前者能耗低于后者近5 MJ/kg;與熱解相比，混合氣化合成氣品質(zhì)仍較高，尤其H2產(chǎn)率、合成氣熱值及冷煤氣效率ηl顯著高于相同溫度下熱解氣的相應(yīng)各值。另外，混合氣化氣化過程中氣化介質(zhì)與污泥樣品量比值（Agent/SS）和H2O/O2質(zhì)量比應(yīng)嚴(yán)格控制。
　　(

5、3)污泥氣化過程主要是自由基生成反應(yīng)、含氧官能團(tuán)分解反應(yīng)、脂肪側(cè)鏈斷裂反應(yīng)、裂解反應(yīng)、脫氫反應(yīng)、加氫反應(yīng)、縮合等綜合熱化學(xué)反應(yīng)過程;隨著氣化溫度增加，污泥殘?jiān)砻婊瘜W(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化，O-H鍵和N-H鍵、-CH2和-CH3基團(tuán)、C=O基團(tuán)及C-O和C-Har鍵逐漸消失，而原樣污泥中其它基團(tuán)或鍵結(jié)構(gòu)在650℃時已基本分解。
　　(4)建立污泥高溫水蒸氣氣化和水蒸氣-空氣混合氣化特性的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，其中污泥水蒸氣氣化模型預(yù)測精度