城市生活垃圾热值预测的研究

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能源与环境
称为 xi 对 x0 在 k时刻的关联系数 。上式中 x0
表示待预测的变量 , xi 表示和待预测内容相关的
垃圾各组分的元素含量 (湿垃圾 ) 。
表 4 混合后垃圾的组分元素含量
%
表 1 南通市垃圾成分的元素和工业分析 %
垃圾成分 塑料橡胶
纸张
C 34. 24 23. 02
H 5. 27 3. 35
S 0. 11 0. 07
O 5. 87 20. 59
N 0. 25 0. 21
纺织物 22. 27 2. 72 0. 17 15. 22 0. 82
表 1至表 3为南通 、沈阳和杭州的城市生活
表 3 杭州市垃圾成分元素含量
%
垃圾成分 塑料橡胶
纸张 纺织物
木竹 瓜果Байду номын сангаас厨余
灰土
C 39. 24 25. 58 27. 59 33. 53 7. 27 9. 88
H 5. 32 3. 07 2. 62 3. 84 0. 87 0. 69
S 0. 11 0. 05 0. 16 0. 07 0. 06 0. 12
可选择方法计算各个垃圾组分对热值的影响 的相关度 ,按照一定的方法进行修正处理 ,得到新 的垃圾各组分元素含量表 。本文采用灰色关联分 析 [ 5 ]方法进行处理 。方法如下 :
有 u 个 数 列 , xi = [ xi ( 1) , xi ( 2) , xi ( 3) , …xi (m ) ]。其中 i = 0, 1, 2, 3···u 。则有 :
0. 09 0. 70 0. 67
43. 55 36. 15 39. 44
6. 89 7. 32 7. 64
瓜果皮厨余 32. 07 4. 46 0. 22 34. 57 5. 95
注 :资料来源于文献 [ 3 ] ,厨余与瓜果皮的质量百分数比 例取 2∶1
有相当一部分的 C、H 和 S元素是不可燃的 。对 此 ,可以通过各个组分对垃圾热值贡献大小的相 关性分析来解决这个问题 。
组分
热值 / kJ ·kg- 1 塑料橡胶 / %
纸张 / % 纺织物 / % 木竹 / % 瓜果皮厨余 / % 金属 / % 玻璃 / % 灰土 / % 水分 / %
组分
热值 / kJ ·kg- 1 塑料橡胶 / %
纸张 / % 纺织物 / % 木竹 / % 瓜果皮厨余 / % 金属 / % 玻璃 / % 灰土 / % 水分 / %
木竹
35. 05 4. 32 0. 07 29. 05 0. 47
瓜果皮厨余 11. 63 1. 53 0. 11 6. 89 1. 16
在上面的分析计算中 ,把所有垃圾各组分对
注 :资料来源于上海电气环保集团的南通如皋垃圾焚烧 热电联产项目 《垃圾调研和采样分析报告 》
垃圾热值的贡献看作是一样的 ,这样做会产生一 定的误差 。因为表 4中各个垃圾组分的 C、H 和 S
金 华
2002 5581 15. 70 12. 15 5. 06 6. 33 43. 07 3. 80 2. 03 11. 86 51. 56 武 汉
2 生活垃圾热值的确定方法
确定生活垃圾热值的方法主要有试验测量法 和经验公式估算法 [ 1 ] 。经验公式估算法通常用 三类模型来预测热值 (物理成分预测 、元素预测 、 工业分析预测 ) 。
对于热值的元素预测来说 ,大多采用 Dulong 公式 、Steuere公式等方法 。对于垃圾热值的物理 成分估算法和回归分析法 [ 2 ] ,关键是取得相应的 塑胶 、竹木 、纸张和水分等数据 [ 3 ] ,通常为干基 。 物理成分常与工业分析所得到的固定碳和挥发分 结合起来预测垃圾的热值 。
0 引 言
近年来随着人们生活水平的提高 ,城市生活 垃圾的热值不断提高 。城市生活垃圾热值对于其 处理方式的选择有着十分重要的影响 。尤其是近 年来比较流行的生活垃圾焚烧处理 ,各地开始兴 建了一批如生活垃圾焚烧厂等能源回收型的垃圾 处理设施 。焚烧法对垃圾的回收能源 、有效减容 尤为有效 。但是生活垃圾焚烧处理需要满足一定 的条件 :即其热值需要达到一定的程度 。因此生 活垃圾热值的高低是生活垃圾处理方式选择的一 个十分重要的参考指标 。
ξ i
(
k
)
m in m in | x0 ( k) - xi ( k) | + 0. 5 m ax m ax | x0 ( k) - xi ( k) |
=i
k
i
k
| x0 ( k) - xi ( k) | + 0. 5 m ax m ax | x0 ( k) - xi ( k) |
(1)
i
k
- 40 -
i
i
k
x0 ( k)
-
xi ( k)
|,
是在
Δ 1
(m ax)
,Δ2
(m ax)
,
…Δn (m ax) 中取最大值 。两级最小差 m in m in |
i
k
x0 ( k) - xi ( k) | 求法类似 。0. 5称为分辨系数 ,一
般在 0 ～ 1之间选取 ,常选取 0. 5。
关联度的一般表示方法为 :
1 生活垃圾热值预测的意义
城市生活垃圾热值的实验室测定主要由氧弹 式量热计测定 。由于测定用的试样量为 1 g左 右 ,而城市生活垃圾为不同物质的混合物 ,组分非
常复杂 ,若混合测定 ,则代表性很差 ,若分开单独 测定 ,则其操作复杂 ,而且费时费力费钱 。因此 , 在分析测试尽可能多的城市生活垃圾的基础上 , 建立统计性的城市生活垃圾各组分的元素含量 表 ,并以此为基础来估算垃圾的热值 ,具有很强的 实际意义和参照作用 。
O 3. 56 19. 30 16. 60 26. 06 4. 96 6. 46
注 :由乔司垃圾电厂取样 ,带回浙江大学实验室进行分
析 ,厨余和瓜果皮的质量百分比取为 2∶1
以表 1、表 2、表 3为基础 ,把三个城市的垃圾 组分元素含量乘以一个系数 ,再相加 ,得到混合的 垃圾组分元素含量见表 4,这可在一定程度上代 表中国垃圾的组分百分比 。杭州的数据有 14组 , 沈阳的数据有 40种不同的组分 ,且每个项目测 6 次 。南通的数据只有一个 ,故系数选取为杭州 0. 45,沈阳 0. 45,南通 0. 1 (杭州 ×0. 45 +沈阳 ×0. 45 +南通 ×0. 1,因为缺沈阳和南通的灰土数据 , 故灰土数据参考杭州 ) 。
垃圾成分 塑料橡胶
纸张 纺织物
木竹 瓜果皮厨余
灰土
C 51. 25 30. 90 33. 17 36. 05 18. 87 9. 88
H 6. 82 4. 06 3. 93 4. 26 2. 55 0. 69
S 0. 08 0. 07 0. 40 0. 34 0. 14 0. 12
O 13. 53 30. 34 25. 26 32. 38 18. 48 6. 46
能源与环境
3 本文的垃圾热值预测方法
城市生活垃圾的热值主要由塑料橡胶类 、纸 张类 、纺织物类 、木竹类 、灰土和瓜果皮厨余类物 质及垃圾总体的水分含量决定 。其中瓜果皮厨余 类物质和灰土虽然也含有可燃物质 ,但是他们因 为水分含量高而会对垃圾热值产生负的贡献 。垃 圾中的含水率对垃圾热值的影响非常大 ,随着水 分的增大 ,垃圾净热值线性减小 [ 4 ] 。因此 , 对于 湿垃圾来说 ,直接用垃圾的各个组分质量百分比 来预测城市生活垃圾的热值 ,会因为不同城市生 活垃圾的各组分的含水率以及组分本身物性差异 太大而无法准确预测 。本文把上述物质的可燃组 分和所含的水分分开来考虑 。通过 C、H、S、O 等 对热值有关的元素含量和水分含量来预测城市生 活垃圾的热值 ,能更加精确地预测城市生活垃圾 的热值 。金属和玻璃对热值的影响看作为零 。
N
∑ ri
=
1 N
ξ i
(
k
)
k =1
(2)
ri 称为数列 xi 对数列 x0 的关联度 。其中 , N 为
数列的维数 。
选择表 5中的 14 个城市生活垃圾的组分百
分比和含水率数据 [ 6 ]为基础 ,用上式 (1)和 ( 2)计
算塑料橡胶 、纸张 、纺织物 、木竹 、瓜果皮厨余和水
分对生活垃圾热值的相关度 。
变量 。m axm ax | x0 ( k) - xi ( k) | 是两级的最大差 。
i
k
第一层次的最大差为 :Δi (m ax) = m ax | x0 ( k) x
xi ( k) | , 按不同 k值挑选绝对值最大值 。第二个
层次的最大差为 : m ax[Δi (m ax) ] = m ax m ax |
元素并不全都可燃 。如塑料里面的 C、H 和 S的
表 2 沈阳市生活垃圾的组分元素含量 %
元素含量大多是可燃的 ,但瓜果皮厨余和灰土中
垃圾成分
C
H
S
O
Mt
塑料橡胶 67. 05 8. 67 0. 04 25. 19 0. 43
纸张 纺织物 木竹
37. 98 41. 17 38. 79
5. 21 5. 50 4. 67
收稿日期 : 2006 - 04 - 12 作者简介 :孙培锋 (1981 - ) ,男 ,浙江慈溪人 ,浙江大学热能工程所硕士研究生 。
能源工程 2006年 ,第 5期 - 39 -
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The study on pred iction of lower hea t va lue of M SW
SUN Pei2feng, L I X iao2dong, CH I Yong, et a l
( State Key Laboratory of Clean Energy U tilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China) Abstract:A new statistical table of element composition (C H S O ) of each content ofM SW (municipal solid waste) is set up according to the element composition of paper, p lastics, rubber, textiles, woods of M SW in some cities. U sing this table, together w ith the analysis of grey correlative degree and the component constitution ofM SW , we can p redict the element content and lower heat value ofM SW with the Dulong formula and Steuere formula. Compared w ith real da2 ta of M SW of 14 cities, it is clearly that the p rediction accuracy can meet the demands. Key words:M SW ; lower heat value; element; p rediction
能源与环境
城市生活垃圾热值预测的研究
孙培锋 ,李晓东 ,池 涌 ,严建华
(浙江大学 能源清洁利用国家重点实验室 ,浙江 杭州 310027)
摘 要 :依据已有的各地城市生活垃圾的数据 ,从垃圾组分中纸张 、塑料橡胶 、纺织物 、竹木等成分的元素含量 (C, H, S, O)出发 ,提出了一个统计性的生活垃圾各组分的元素含量表 。并以此表为基础 ,结合灰色关联分析 和生活垃圾的质量组分百分比 ,应用 Dulong和 Steuere热值预测公式进行预测 。用已知生活垃圾数据的 14个 城市进行检验 ,预测的结果与实际的热值相比 ,精度可以接受 。 关键词 :生活垃圾 ;热值 ;元素 ;预测 中图分类号 : X705 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 3950 (2006) 05 - 0039 - 04