生物燃料分析篇1
某木制品公司使用一台YGL-350MA型有机热载体锅炉作为供热动力，由于其厂内产生了大量的木削废料，可作为燃料使用，因此就直接采用木削作为有机热载体锅炉燃料，导致锅炉热效率十分低下，其能效问题尤为突出，造成了很大的浪费，也产生了多余的排放。根据现场测试和燃料的分析，发现锅炉日常生产使用负荷情况下，锅炉热效率为43.16%，与相关法规要求的锅炉热效率相差很大。所以本文就现场测试数据和燃料分析，结合锅炉结构特点，以找出燃料变化引起热效率低下的原因，分析小型燃煤锅炉直接使用生物质燃料引发的节能问题。
2、生物质燃料的分析与燃烧特点
所谓生物质燃料，是包括植物材料和动物废料等有机物质在内的燃料，是最古老燃料的新名称。通常我们说的谷壳、木削、茎状农作物、花生壳、树皮、锯末等，总之是以往农业社会常用的燃料，随着工业的发达慢慢不用而废弃，现在却发现这些燃料产生的污染远远低于现代工业的主要燃料-煤。所以这几年出现了许多的专门用于生物质燃料的锅炉，同时也有许多燃煤锅炉改造成燃烧生物质燃料，但真正能充分利用燃料的实例很少。
2.1 生物质燃料的成分分析
以上某木制品公司的木削经检测工业成分分析：收到基灰分为7.32%，收到基水分为13.32%，干燥无灰基挥发分为83.57%，收到基低位发热量为14425kJ/kg ；另一公司使用谷壳作为燃料经检测工业成分分析：收到基灰分为12.65%，收到基水分为12.28%，干燥无灰基挥发分为78.81%，收到基低位发热量为13142kJ/kg。综合长期检测数据，各种生物质燃料的工业成分分析如表1。
根据以上成分分析可得出，生物质燃料的挥发分、H的含量高，说明其易燃烧且燃烧的速度快，能适应炉膛水冷条件高的锅炉，同时产生的烟气量比煤多，所以炉膛要比普通的燃煤锅炉要大。也正因为挥发分、H的含量高，燃料时产生了大量水蒸汽，吸收了大量热，且C含量相对较少，所以生物质燃料的低位发热量相对较低。同样出力的锅炉，如燃料为生物质，其需要燃料量要比烟煤多出近一倍。
2.2 生物质燃料开发及燃烧特点
生物质燃料通俗一点说，就是农林产品的副产品，生物质燃料的利用就是一个变废为宝的过程，生物质燃料的来源广泛，易得，适合农产品加工行业的锅炉使用。我国十分重视生物能源的开发和利用。生物质燃料颗粒产品在我国推广应用还很少，我们还是直接进行燃烧为主，其燃料燃烧状况也不容乐观，燃料热值利用还很低。因为生物质燃料本身被认为是废料利用，从企业管理层到政府管理层都对其真正高效地利用不够重视。
现在生物质燃料燃烧往往不彻底，浪费极大，主要原因是使用单位不了解生物质燃烧燃烧的特点，现分析如下：
（1）生物质燃料挥发分、H的含量高，单位重量的燃料需要氧气量较烟煤多。
（2）生物质燃料都很轻，燃料燃烧时一般随着烟气一边飘一边燃烧，如引风过大或烟气流程短，可能燃料会在尾部烟道中还在燃烧，严重威胁引风机的运行，也造成浪费。
（3）部分生物质燃料有“爆竹”现象，出现喷火，应注意，避免烧伤。
3、燃煤锅炉使用生物质燃料现状
在广大的农村，以往的我们现称之为生物质燃料的产品都放在田间地头燃烧，作为肥料使用，使田间到处弥曼着白烟，同时污染环境。在使用生物质燃料时，这些使用单位大部分未改造炉膛就直接使用生物质燃料，这样燃烧时锅炉房内往往是“乌烟瘴气”的，燃料乱堆乱放，燃料热值的利用很低。燃烧过程中产生的烟灰往往堵塞烟道，使锅炉正火燃烧，产生浪费，锅炉出力也往往不足。
4、使用生物质燃料的燃煤锅炉热效率简单测试
锅炉热效率简单测试是一种利用锅炉热反平衡的方法来测量锅炉热效率的方式。所谓锅炉热反平衡就是测量出锅炉运行各种部位和形式的能量损失，扣除这些能量损失的百分比，得出锅炉热效率。这种方法能更好检测出锅炉运行过程中能量浪费的重点所在，能够通过检测、分析，能抓住解决锅炉能效问题的关键，从而因地置宜的提出解决方案。
5、燃煤锅炉使用生物质燃料提高锅炉热效率的建议
根据以上能量损失检测，目前大部分使用生物质燃料的燃煤锅炉主要能效问题是：（1）排烟温度很高，一般会达到400℃以上，主要生物质燃料在尾部烟管内继续燃烧引起的；（2）气体未完全燃烧热损失高，尾部烟气CO含量高，由于燃料的飞动易使局部氧气供应缺少，使气体未完全燃烧；（3）固体未完全燃烧热损失高，也是因为燃料的飞动并燃烧，有的未完全燃烧就进入烟囱。相对这些问题提出以下锅炉改造建议：（1）严格控制风量及炉膛负压，降低烟气流动速度，降低燃料飘动速度；（2）扩大炉膛体积，才能增加燃料量，使之出力不会因使用生物质燃料而明显下降，拆除所有炉拱，生物质易点燃，炉拱作用不大，而且灰渣很少，也可降低炉排高度；（3）在炉膛出口处增加二次风，阻挡大量燃料飞走，并增加烟路中氧含量使燃烧能顺利进行。
6、结束语
随着生物质燃料的广泛应用使，用生物质燃料的燃煤锅炉的改选工作已显得尤为重要，生物质燃料的产业化也将形成，它有益于我国现行的能源利用结构，有益于节能降耗的基本国策。
参考文献：
生物燃料分析篇2
综合分析国家发展改革委能源研究所、国际能源署(IEA)、美国能源部(EAI)和欧佩克(OPEC)等机构的研究结果表明，2010年和2020年中国汽油需求量分别为0.60亿吨～0.66亿吨和0.86亿吨～1.10亿吨。如果按照10％的添加比例计算，预测到2010年，燃料乙醇需求量为600万吨～660万吨；2020年为860万吨～1100万吨，未来需求潜力很大。
国家可再生能源中长期发展规划中提出“到2010年，增加非粮原料燃料乙醇年利用量200万吨。到2020年，生物燃料乙醇年利用量达到1000万吨”。但是，目前我国对于发展燃料乙醇还存在着不同声音，认为挤占了耕地和粮食。特别是美国利用玉米发展燃料乙醇产业，引起国际相关农产品价格不断上涨等问题，更是引起了人们的警觉。我国发展生物燃料乙醇产业，必须研究和思考原料来源、技术成熟度等相关条件。
燃料乙醇原料来源分析
我国可用于生产生物燃料乙醇的主要原料来源包括粮食(玉米)、薯类(木薯、甘薯)、甜高粱茎秆、甘蔗及农作物秸秆等。我国人多地少，耕地资源紧缺，粮食供需处于紧平衡，以玉米为原料的燃料乙醇发展空间受到极大的限制，原料多元化势在必行。以玉米等谷物类作物为原料生产燃料乙醇。弱化了传统的玉米食物属性，增强了工业属性。如果消耗过多的玉米生产燃料乙醇，在中国人多地少的国情下，势必会挤占用于生产食物的耕地面积；另一方面是与畜争粮，抬高玉米市场价格，增加饲料成本，对养殖业发展将产生连锁反应，所以应严格限制玉米等粮食作为生产燃料乙醇的原料。以甘蔗为原料生产燃料乙醇具有单位土地面积产量高、生产成本较低、化石能源替代效益较为显著等优点，但由于我国食糖的长期供需形势趋紧，也不宜作为主要发展方向。应在确保国家粮食安全基础上，坚持“不与民争粮、不与粮争地”的原则，开发利用盐碱地、荒山和荒地等后备土地资源，采取提高单产及间套作等措施，因地制宜地种植薯类(木薯、甘薯)、甜高粱等非粮能源作物，为燃料乙醇提供原料。
不同的非粮燃料乙醇原料特性见表1。
利用后备土地资源发展燃料乙醇前景分析
后备土地资源是指在一定自然、技术、经济、生态环境下可以开发利用但目前尚未利用的土地资源。据2002年度全国土地利用变更调查显示，如果把未利用或未充分利用的土地资源如苇地和滩涂以及未利用地中的荒草地、盐碱地、沼泽地、裸土地和其他未利用土地都作为后备土地资源，其面积可达8873.99万公顷，占全国土地总面积的9.33％。其中，根据2000～2003年国土资源部在新一轮国土资源大调查中进行的全国耕地后备资源调查评价，我国有集中连片、具有一定规模的耕地后备资源734.4万公顷，仅为后备土地资源的8.28％。其中，可开垦耕地701.66万公顷，可复垦土地32.72万公顷。
根据我国耕地后备资源的面积、类型、光热条件，可将全国的耕地后备资源划分为8个区域。考虑到生态环境保护、耕地动态平衡、城镇化以及能源作物的适应性和增产等因素，采取分步骤实施的开发策略，设定2010年开发10％的后备耕地、2020年最大开发50％，则2010年我国非粮能源作物燃料乙醇生产能力约为255万吨，2020年约1355万吨(见表2)。
当然。这部分土地多数位于我国西北部。由于受到热量条件、水资源条件、风沙盐碱等条件限制，开发利用的成本较高。此外，上述后备耕地资源是目前经济技术条件下可供开发利用的。随着科学技术和现代工业交通运输业的发展。土地开发成本是可以逐步降低的；或由于土地产品需求增加，价格上涨。而使经济效益提高，可以使原来利用不够经济的土地变成比较经济，从而增加了土地的经济供给量。所以，后备土地资源的经济供给量是动态变化的、有弹性的。
提高能源作物单产发展燃料乙醇前景分析
木薯
目前，我国广西木薯种植的主要品种是上个世纪30、40年代引进的南洋红，约70％木薯种植面积使用该品种，由于种植时间长。该品种退化严重，产量低。2005年，广西木薯平均产量为1.2吨～1.3吨／亩，同国际上平均产量最高的国家――印尼的1.6吨／亩相比，产量低1／4。如果引进推广优良新品种以及配套的栽培管理技术，亩产可达3吨～5吨。而且提高了淀粉含量。以广西为例。2010年如果亩产达到2吨。可年新增燃料乙醇产能75万吨；2020年如果亩产达到3吨。可年新增燃料乙醇产能222万吨。
甘薯
我国是世界第一大甘薯种植国，甘薯常年种植面积保持在700万公顷左右，甘薯总产1.5亿吨，占世界总产86％。虽然我国甘薯的种植面积和产量均居世界首位，但甘薯的加工业发展却很缓慢。如果将30％的甘薯用作生产燃料乙醇．目前可生产燃料乙醇450万吨。目前，我国甘薯亩产仅在1.5吨左右。通过培育推广高淀粉含量新品种以及配套的栽培管理
技术，亩产可达3吨～5吨。2010年如果亩产达到2吨，可年新增燃料乙醇产能150万吨；2020年亩产达到3吨，年新增燃料乙醇产能450万吨。
替代种植发展燃料乙醇前景分析
我国高粱种植面积较低，而且甜高粱亩产籽粒达200千克～400千克。略低于普通高粱产量。因此，利用现有高粱土地种植甜高粱对粮食生产不会有太大的影响。2005年我国高粱种植面积为57万公顷。2010年按10％的甜高粱替代率计算，新增甜高粱茎秆乙醇产能为22万吨；2020年按50％的甜高粱替代率计算，新增甜高粱茎秆乙醇产能为112万吨。
综上所述，利用后备土地资源种植非粮能源作物，提高木薯、甘薯等能源作物的单产以及替代种植等方式，2010年燃料乙醇的可供应量约500万吨，2020年燃料乙醇的可供应量约2000万吨。可以满足近期发展需求。
生物燃料乙醇技术评价
生物燃料乙醇是通过发酵法生产的，即利用微生物的发酵作用将糖分或淀粉转化为乙醇和CO2，也可将纤维素类水解生成单糖后再发酵产生乙醇。用于发酵法制取燃料乙醇的原料，按成分分为三种：糖质、淀粉质和纤维素，后两种原料均需要先通过水解得到可发酵糖；按照发酵过程物料存在状态，可分为固体发酵法、半固体发酵法和液体发酵法；根据发酵醪注入发酵罐的方式不同，可分为间歇式、半连续式和连续式。
糖质原料制取乙醇技术是以甘蔗、甜高粱茎秆为原料，经过物理方法预处理后，采用发酵蒸馏的方法生产燃料乙醇淀粉质原料制取乙醇技术是以玉米、木薯、甘薯等淀粉含量高的生物质为原料。经过粉碎、蒸煮和糖化后，形成可发酵性糖。再进行发酵处理，得到燃料乙醇的技术；纤维素原料制取乙醇技术是以秸秆为原料，经过物理或化学方法预处理，利用酸水解或酶水解的方法将秸秆中的纤维素和半纤维素降解为单糖，然后，再经过发酵和蒸馏生产的燃料乙醇的技术。
三种不同生产工艺技术的特性对比见表3。
目前。我国淀粉类原料发酵法制取乙醇技术比较成熟，并已经进行了工业化生产，中粮集团正在广西北海建设年产20万吨燃料乙醇项目。我国在甜高粱、木薯等能源作物开发和利用方面取得了一定成绩，自主开发的固体、液体发酵工艺和技术达到应用水平，并在黑龙江省建成年产5000D屯的甜高粱茎秆生产乙醇示范装置。但是，目前还存在着发酵菌种培育、关键工艺和配套设备优化、废渣废水回收利用等问题。
生物燃料分析篇3
1 双层炉排的设计依据
我国在生物质成型燃料燃烧上进行的理论与应用研究较少，然而它的确是能有效解决生物质高效、洁净化利用的一个有效途径。目前来说，没有弄清楚生物质成型燃料理论，需要将原有燃煤锅炉进行一定程度的改造升级，但是炉膛的容积、形状、过剩空气系数等和生物质成型燃烧是不匹配的，也因此导致了锅炉燃烧效率和热效率很低，污染物排放超标。所以，根据生物质成型燃料理论科学来进行设计研究专用的锅炉是目前急需解决的重要问题。
1.1 燃烧特性
以稻草，玉米秆，高粱秆，木屑为例子，对比它们的工业分析、元素分析、以及发热量的数值，我们可以得出结论：生物质成型燃料的挥发分远远高于煤，含碳量和灰分也比煤小很多，热值比煤要小。（1）原生物质燃烧特性，原生物质尤其是秸秆类的生物质密度较小，体积大，挥发分在60%～70%之间，易燃。热分解时的温度低，一般来说，350C就能释放80%的挥发分，燃烧速度很快。需氧量也远大于外界扩散所提供的氧量，导致供养不足，从而形成CO等的有害物质。（2）生物质成型燃料特性，生物质成型燃料密度远大于原生物质，因为其经过高压才能形成，为块状物，结构和组织的特征使得其挥发分逸出速度和传热速度大幅度降低，而其点火温度升高，性能差，但比煤的性能要强。燃烧开始的时候挥发分是慢速分解的，在动力区燃烧，速度也中等，逐渐过度到扩散区和过渡区，让挥发分所发出热量能及时到达受热面，因而降低了排烟的热损失。在其挥发分燃烧后，焦炭骨架结构变得紧密，运动气流无法让其解体悬浮，因而骨架炭能够保持住它的层状燃烧，形成燃烧核心。它需要的氧气和静态渗透扩散的一样，燃烧时候很稳定并且温度很高，也因而降低排烟的热损失。
所以说，生物质成型燃烧相比之下优点更明显，燃烧速度均匀适中，需氧量和扩散的氧量能很好匹配，燃烧的波浪比较小，更稳定。
1.2 设计生物质成型燃料锅炉的主要要求
（1）结构布置，采用了双层炉排的设计结构，也就是手烧炉排，并且在一定高度加上一道水冷却的钢管式炉排。其组成包括了：上炉门、中炉门、下炉门、上炉排、下炉排、辐射受热面、风室、燃烬室、炉膛、炉墙、对流受热面、排气管、烟道和烟囱等。上炉门是常开设计的，用作投燃料和供给空气。中炉门则可以调整下炉排上燃料的燃烧，并可以清理残渣，只打开于点火和清理的时候。下炉门用来排灰，提供少量空气，在运行时微微打开，看下炉排上的燃烧情况再决定是否开度。上炉排以上的地方是风室，上下炉排间是炉膛，墙上则设计有排烟口，不能过高，不然烟气会短路。但过低也不行，否则下炉排的灰渣厚度达不到。设计的工作原理，让一定的粒径生物质成型燃料通过上炉门燃烧，上炉排产生的生物质屑和灰渣可以在下炉排继续燃烧。经过上炉排的燃烧，生成的烟气与部分可燃气体通过燃料层然后是灰渣层而进到炉膛内，继续燃烧，并且和下炉排上燃料所生成的烟气混合，然后通过出烟口通向燃烬室，再到后面的对流受热面。下炉排可以采取低、中、高这样三个活动炉排，因为燃料粒径和热负荷的大小不同。这样就达到了让生物质成型燃料分布燃烧的目的，能够缓解其燃烧的速度，还能匹配需氧量。完全燃烧率得到提升，消除烟尘也更有效化了。锅炉受热面设计，换热面以辐射换热为主的形式叫作辐射换热面，又称作水冷壁。由计算得出其受热面的大小，为保持锅炉内的炉温和生物质燃料的燃烧，要把上炉排布置成辐射的受热面。而形式是对流的换热面则是对流受热面，也叫作对流管束，其大小能由公式计算得到。引风机选型，引风机是用来克服风道阻力以及烟道的。选择风机的时候必须考虑其储备问题，否则会造成计算带来的误差。风量和风压能由计算来确定，选择型号要依据制造厂的产品目录。
2 对双层炉排生物质成型燃料锅炉的前景分析
生产与利用实际上就是一个把生产目的、手段还有投入人力物力财力之间进行合适的结合的过程。这不是简单的经济过程，是技术与经济相互结合的过程。技术因素和经济因素要协调，才能使这项技术得到更好的推广和发展。
2.1 技术分析
双层炉排生物质成型燃料锅炉设计的热负荷是87千瓦，热水温度95摄氏度，进水的温度是20摄氏度，热效率也能高达70%，其排烟温度200摄氏度。它在技术的性能上十分占优势，有很高的热效率和燃烧效率，也减少了有害气体和烟尘的排放量，符合我国的标准，对环境带来的损害小，所以可以考虑广泛应用于各种活动生产中来。
2.2 经济分析
在经济效益方面，因为该锅炉的燃烧效率较高，所以能很大程度燃烧燃料，因此制造的热能量等损失小，节省了不少燃料费用。对比燃煤锅炉，更为经济适用。另外，成本费里包括了固定资产的投入与运行费用。而固定资产投入费包含了设备与建设费，该锅炉的成本为一万元，安装和土建费则是五千元，运行费也含有电费、原料费、人工费以及设备维修费。而优点是简单的设备能节省人工费。如果对成型技术还有设备做进一步的研究，可以在原有成本上再降低，因此也是可取的，适合经济发展的。
3 结语
（1）在技术上，双层炉排是一个很大的进步，能很好的提高效率，而且控制了污染物的排放量，也达到了工质参数的设计要求，随着燃料能源的价格上涨，还有科研人员加强对生物质成型技术的深入研究，这种锅炉一定能占有不错的市场。（2）用技术经济学来分析锅炉，能得出一个大致结果就是，该锅炉投资较大，但是长期看来，是经济可行的，其效益也是符合投资要求的。只是和燃煤锅炉比较起来，燃煤的价格占有优势，但如果化石能源的价格上涨，并且环保力度加大，双层炉排生物质成型燃料锅炉会越来越占据优势的一面。
参考文献
[1] 刘雅琴.大力开发工业锅炉生物质燃烧技术前景分析[M].工业锅炉，1999.
生物燃料分析篇4
1、概述
生物质颗粒燃料是在一定温度和压力作用下，利用木质素充当粘合剂，将松散的秸秆、树枝和木屑等农林生物质压缩成棒状、 块状或颗粒状等成型燃料。中质烟煤相当；基本实现 CO2零排放，NOx和 SO2的排放量远小于煤，颗粒物排放量降低；燃烧特性明显得到改善，利用效率显著提高。 因此，生物质固体成型燃料技术是实现生物质高效、 清洁利用的有效途径之一。 生物质固体成型燃料主要分为颗粒、块状和棒状 3 种形式，其中颗粒燃料具有流动性强、燃烧效率高等优点，因此得到人们的广泛关注。
随着我国的再生能源快速发展，生物质成型燃料技术及其清洁燃烧设备的研究开发提高了秸秆运输和贮存能力，燃烧特性明显得到了改善，可为农村居民提供炊事、取暖用能，具有原料来源广泛、价格低、操作简单等特点，是生物质能开发利用技术的主要发展方向之一。
自2006年1月1日我国颁布实施了再生能源法。使我国生物质能源发展走上了快速规范化的道路。生物质能在我国主要是以农作物秸秆为主体的资源。秸秆长期被作为农村传统的用能，随着我国农村经济的发展，农民，特别是新一代的农民难以接受传统的、直烧秸秆生活用能的落后方式。但又苦于缺乏先进廉价的使用。也只能花高价用液化气、电、型煤等现代能源。由于现代能源的紧张和价格的日趋上涨，长期花高价用现代能源，农民又难以承受。特别是城镇及城市接壤区域居民采暖，800-900元每吨的煤，一个冬天要用上1-2吨满足采暖需要，农民甘愿受冻也不愿花如此大的费用，而城镇及城市接壤区域居民采暖受到环境要求的严格限制。目前，居民冬季用煤采暖的已越来越少。从这一点看，在现代社会有相当多的农民没有得到，也很难得到良好的能源服务，他们的现代生活水平还较低。国家早就重视如此重要的民生问题，从20世纪90年代初中国农业部和科技部就开始投资进行农作物秸秆资源化利用的研究、开发、试点示范和技术推广工作。近几年，中国农作物秸秆的清洁、方便能源利用的技术研究和开发工作已取得了一些成果，有些技术已趋于成熟，并得到一定程度的推广。现在，中国主要的农作物秸秆能源利用技术有秸秆气化集中供气技术、秸秆压块成型及炭化技术、利用秸秆制取沼气技术和秸秆直接燃烧技术。由于中国农村经济的发展，农民及城镇居民生活水平的提高，居民对清洁能源的需求，加上这些秸秆能源利用技术的不断发展和逐步完善，秸秆能源利用将逐渐由传统的、低效不卫生的直接燃烧方式向优质化和高效化方向发展。
国外关于生物质成型燃料与燃烧技术设备的应用以趋于成熟化和普遍化，我国生物质成型燃料的发展还刚开始，与之相适应的燃烧技术设备处于一种滞后状态。目前一些成型燃料的应用，主要是在现有燃烧设备的基础上，直接应用或改造应用，既使河南省科学院研制具有较高水平的家用颗粒燃料炉灶，也存在着技术不到位的情况，难以产业化发展，没有做到商品化应用。
有些单位在取得了生物质颗粒燃料炊暖炉灶的基础上，立足于建立一个秸秆成型颗粒燃料与高效清洁燃烧设备系统技术产品的有机统一，协调发展的机制。在进行“生物质冷成型燃料加工设备系统”和生物质颗粒燃料炊暖炉灶的研制过程中，重点解决了目前百姓采暖困难问题，创造了“生物质颗粒燃料供热锅炉”的成果。采用了生物质颗粒燃料炊暖炉灶的核心技术，实现了生物质高效、清洁燃烧、节能排放的目标。应用广泛，可满足城镇及城市接壤区域居民采暖需求。
2、物质颗粒燃料成型和清洁燃烧技术及设备
2.1传统成型方法。
它与现有的饲料制粒方式相同，即原料从环模内部加入，经由压辊碾压挤出环模而成粒状。
包括原料烘干、压制、冷却、包装等。该工艺流程需要消耗大量能量，首先在颗粒压制成型过程中，压强达到50～100MPa，原料在高压下发生变形、升温，温度可达100℃～120℃，电动机的驱动需要消耗大量的电能；其次，原料的湿度要求在12%左右，湿度太高和太低都不能很好成粒，为了达到这个湿度，很多原料要烘干以后才能用于制粒；第三，压制出来的热颗粒（颗粒温度可达95℃～110℃）要冷却才能进行包装。后2项工艺消耗的能量在制粒全过程中占25%～35%，加之成型过程中对机器的磨损比较大，所以传统颗粒成型机的产品制造成本较高。
2.2冷成型技术。
新型冷成型技术通过颗粒成型机直接压制，把秸秆、木料残渣等转化成大小一致的生物颗粒，其燃烧效率超过80%以上（超过普通煤燃烧约60%的效率）；燃烧效率高，产生的二氧化硫、氨氮化合物和灰尘少等优点。
2.3清洁燃烧设备
目前燃烧设备的理论研究和应用研究还较少，国内也引进一些以生物质颗粒为燃料的燃烧器， 但这些燃烧器的燃料适应范围很窄，只适用于木质颗粒，改燃秸秆类颗粒时易出现结渣、碱金属及氯腐蚀、设备内飞灰严重等问题，而且这些燃烧器结构复杂、能耗高、价格昂贵，不适合我国国情，因此没有得到大面积推广。
哈尔滨工业大学较早地进行了生物质燃料的流化床燃烧技术研究，并先后与无锡锅
炉厂、杭州锅炉厂合作开发了不同规模、不同炉型的生物质燃烧锅炉。 此外，河南农业大学研制出双层炉排生物质成型燃料锅炉，浙江大学研制出燃用生物质秸秆颗粒燃料的双胆反烧锅炉等。
3、发展前景分析
我国生物质能资源非常丰富，农作物秸秆资源量超过7.2亿吨，其中6.04亿吨可作能源使用。国家通过引进、消化、吸收国外先进技术，嫁接商品化、集约化、规模化的管理经验，结合中国国情，在农村推广实施秸秆综合利用技术，在节省不可再生资源、缓解电力供应紧张等方面都具有特别重要的意义。秸秆综合利用不但减少了秸秆焚烧对环境造成的危害、减少了温室气体和有害气体排放，而且对带动新农村建设无疑将起到重要的促进作用。从秸秆资源总量看，广大农村、乡镇的各种秸秆产量大、范围广。生物质固体燃料是继煤炭、石油、天然气之后的第四大能源，是可取代矿产能源的可再生资源，是未来一个重点发展方向。
参考文献
[1]刘延春，张英楠，刘明，等.生物质固化成型技术研究进展[J].世界林业研究，2008，21（4）：41-47.
生物燃料分析篇5
与传统燃料电池不同的是,微生物燃料电池的阳极反应是靠微生物催化氧化有机物(底物)而产生电子和质子。电子通过导线传递到阴极,质子通过半透膜渗入阴极池。阴极池中,氧气、质子、电子反应生成水。常用葡萄糖作为底物,反应如下[4]:
阳极反应:c6h12o6+6h2o6co2+24e-+24h+
阴极反应:6o2+24e-+24h+12h2o
电池反应:c6h12o6+6o26co2+6h2o
2 微生物燃料电池的产电机制
微生物燃料电池的产电过程可分解为5个步骤:(1)底物生物氧化:阳极池中,底物在微生物作用下被氧化,产生电子、质子及代谢产物;(2)产生的电子从微生物细胞传递至阳极表面;(3)电子经外电路传输至阴极;(4)产生的质子穿过半透膜,从阳极池迁移至阴极池,到达阴极表面;(5)阴极池中,电子受体(如氧气等)与迁移来的质子和电子在阴极表面发生还原反应。通常,前2个步骤是限速步骤,即电子的产生与传递效率是影响mfc输出功率的最重要因素[2,5]。
2.1 底物生物氧化
2.1.1 产电呼吸代谢[5,6]
微生物在无氧的阳极池中会发生产电呼吸代谢,即通过呼吸代谢过程产生电子、质子及代谢产物。微生物的代谢途径决定电子与质子的流量,它与底物有关,而阳极电势也对它起着决定性作用。
阳极电势较高时,微生物经呼吸链进行代谢,电子和质子通过nadh还原酶、辅酶q及细胞色素进行传递;阳极电势较低,且存在硫酸盐等其他电子受体时,电子会在这些电子受体上累积,而不与阳极反应;当不存在硫酸盐、硝酸盐和其他电子受体时,微生物主要进行发酵,代谢过程也会释放少量电能,同时醋酸等发酵产物可被某些微生物继续代谢,释放电子。
2.1.2 阳极微生物
阳极微生物的种类决定阳极的电子传递方式,如表1所示。理论上各种微生物均可用于mfc,但由于细胞壁中的肽键等不良导体的阻碍,大多数微生物产生的电子不能传出体外,因而不具有直接的电化学活性。通常采用添加可溶性氧化还原介体作为电子传递中间体的方法,实现电子由细胞内传递至阳极表面。此类mfc称为间接mfc(或有介体mfc),其工业化应用由于介体大多有毒、易流失、价格较高而受到很大阻碍[2,7]。
微生物通过代谢活动能产生一些自身生长和繁殖所必需的物质,如氨基酸、核苷酸等,这些物质称为微生物的初级代谢产物。一些微生物能以产生的h2、h2s等初级代谢产物作为氧化还原介体,例如harbermann等设计出利用desulfovibrio desulfurcan菌种生成的硫化物作为介体的微生物燃料电池。该系统不经任何维护连续可运行5年,其电池反应如下[1]:
2+2h2o2co2+8h++8e-
代表有机燃料
so2-4+8h++8e-s2-+4h2o
阳极反应:s2-+4h2oso2-4+8h++8e-或8/3s2-+4h2o4/3s2o2-3+8h++8e-
阴极反应:2o2+8h++8e-4h2o
有一些微生物(如绿脓杆菌)自身能生成易还原的次级代谢产物,影响电子传递。次级代谢产物指以初级代谢产物为前体合成的,对微生物的生命活动无明确功能的物质。
近年来,研究者发现了多种不需介体就可将代谢产生的电子通过细胞膜直接传递到电极表面的微生物——产电微生物。此类微生物以位于细胞膜上的细胞色素或自身分泌的醌类物质作为电子载体,将电子由细胞内传递至电极上,这种mfc称为直接mfc(或无介体mfc)。
2.2 阳极还原[2,8]
阳极还原指电子由微生物细胞内传递至阳极表面,是电池产电的关键步骤,也是制约产电性能的主要因素之一。常见的阳极电子传递方式主要有4种:直接接触传递、纳米导线辅助远距离传递、电子穿梭传递和初级代谢产物原位氧化传递。前2种属于生物膜机制,后2种属于电子穿梭机制。2种机制可能同时存在,协同作用,促进产电过程。
a直接接触 b纳米导线 c氧化还原介体d还原态初级代谢产物原位氧化
图2 微生物燃料电池阳极电子传递机制示意图
2.2.1 生物膜产电机制
生物膜产电机制指微生物在电极表面聚集形成膜,通过直接接触或纳米导线辅助作用而转移电子。这是一种无介体电子传递机制。
直接接触传递指与阳极表面接触的产电微生物菌体可通过细胞膜外侧的c型细胞色素,将呼吸链中电子的直接传递至电极表面,如图2a所示。该方式只是紧靠电极表面的一单层微生物可传递电子给电极,因此电池性能受限于电极表面这一单层微生物的最大细菌浓度。
近期研究表明,某些细菌的细胞表面存在一种可导电的纳米级纤毛或菌毛,起到电子导管的作用,依靠这些纳米导线辅助,可进行远距离电子传递。这些表面纤毛的一端与细胞外膜相连,另一端与电极表面直接接触,将细胞外膜上的电子传递至电极表面,实现电子转移,如图2b所示。这些菌毛可使电子传递到离细胞表面更远处,进行较远距离的电子传递,从而可形成较厚的具有产电活性的生物膜,提高电池性能。
2.2.2 电子穿梭产电机制
生物燃料分析篇6
Abstract The biomass solid fuel is a new high efficience and clean fuel.Its utilization status in tobacco flue-curing of Jinggu County was introduced.The application prospect of biomass solid fuel was analyzed，and in view of the existing problems，countermeasures were proposed for further development.
Key words biomass solid fuel；tobacco leaf；curing；status；prospect；Jinggu Yunnan
生物质固化燃料是将作物秸秆、稻壳、木屑等农林废弃物粉碎后送入成型器械中，在外力作用下压缩成需要的形状，然后作为燃料直接燃烧，也可进一步加工形成生物炭[1]。生物质固体燃料的主要形状有块状、棒状或者颗粒状等[2]。生物质固体燃料具有体积小、容重大、贮运方便，易于实现产业化生产和大规模使用；热效率高；使用方便，对现有燃烧设备包括锅炉、炉灶等经简单改造即可使用；容易点火；燃烧时无有害气体，不污染环境；工艺和设备简单，易于加工和销售；属可再生能源，原料取之不尽，用之不竭等特点[1，3]。
1 景谷县烟叶烘烤燃料使用情况
景谷县位于云南省普洱市中部偏西，地处东经100°02′～101°07′、北纬22°49′～23°52′，总面积7 550 km2，人均占有土地2.67 hm2，人口密度38人/km2。有热区面积48.8万hm2，占总面积的64.6%，北回归线从县城附近通过，总地势由北向南倾斜，最高海拔2 920 m，最低海拔600 m，典型的南亚热带地区。由于生态环境良好、土地资源丰富、光热水气条件优越，适合烤烟种植，烟叶清香型风格特征较明显，具有香气绵长、透发、明快，留香时间较长，饱满丰富感较好，烟气较为柔和等特点，具有较高的使用价值，深受省内外卷烟工业企业的喜爱。目前，烤烟已成为景谷县重要的农业经济作物之一，成为财政收入的重要来源和烟农脱贫致富的重要途径。2016年景谷县烟叶种植面积4 546.67 hm2，收购烟叶1.075万t，全县烟叶烘烤燃料以煤炭为主，按照1 kg干烟叶耗煤量1.5～2.0 kg[4]计算，景谷县2016年的烟叶烘烤用煤达到16 125～21 500 t，在烟叶烘烤中大量使用燃烧煤炭释放出的烟尘、SO2、NOX、Hg、F等对大气环境造成污染[5]。
2 生物质固体燃料应用现状
2.1 生物质固化成型设备研发现状
生物质固化成型技术根据不同加工工艺可以分为热成型工艺、常温成型工艺、碳化成型工艺等几种类型；根据成型压缩机工作原理不同，可将固化成型技术分为螺旋挤压成型、活塞冲压成型和环模滚压技术[6]。我国在生物质固化成型设备上也进行了较多的研究，王青宇等[7]O计了斜盘柱塞式生物质燃料成型机，可以完成连续出料，为生物质颗粒成型提供了一种新思路。张喜瑞等[8]设计了星轮式内外锥辊固体燃料平模成型机，整机工作过程中噪音低，经济效益与生态效益明显，为热带地区固体燃料成型机的发展与推广提供了参考。目前，我国生物质固体成型设备的生产和应用已实现商业化，可以满足生物质燃料固化成型加工需求。
2.2 生物质固体燃料在烟叶烘烤中的应用现状
20世纪90年代，叶经纬等[9]在烟叶烘烤上研制了生物质气化燃烧炉，使用这种生物质气化燃烧炉能源利用率提高了50%以上，同时优质烟叶的比例也有所提高。张聪辉等[10]研究表明，使用烟杆压块的生物质燃料部分代替煤炭，可以满足烟叶烘烤的需求，并且烘烤成本比使用煤炭更低。徐成龙等[11]通过对比不同能源类型密集烤房在烘烤成本、经济效益及烤房温度控制方面的烘烤效果，认为使用生物质燃料的燃烧机烤房改造方便、空气污染小、节能环保，是最具推广价值的烤房。
3 应用前景分析
景谷县为云南省第二大林业县，全县林地总面积为595 862.4 hm2，活立木蓄积48 324 350.0 m3，每年森林采伐量约1 537 300.0 m3；全县农作物平均种植面积40 385.9 hm2，粮食平均产量为467 425.2 t，具备开发生物质燃料的潜力。路 飞等[12]研究表明，景谷县生物质理论资源量高达1 355 647.3 t，资源优势较为明显，可以加工成生物质固体燃料，满足全县烟叶烘烤需要。2014年，普洱市申报的国家绿色经济实验示范区获得国家发改委批复，为普洱市的发展提供了巨大的机遇，目前全市已开展多个生物质能源项目[13]。景谷县在烟叶烘烤中，创新烟叶烘烤模式，推广使用生物质固体燃料，降低烟叶烘烤能耗，减少主要污染物的排放，改善环境质量，符合普洱“生态立市，绿色发展”的发展需求。
4 存在的问题
4.1 认识不到位
目前，烟叶烘烤主要以燃煤作为原料，烘烤设备较为成熟且烘烤工艺较为完善；使用生物质固体燃料，可降低烟叶烘烤污染、维护农村生态环境、促进烟叶烘烤可持续发展等优势，但尚未引起广泛关注。
4.2 配套不完善，投入成本高
开发生物质固体燃料前期投入高，不确定因素较多，风险较大，收益难以控制。目前，景谷县尚无生物质固体燃料加工企业，生物质固体燃料产业配套不完善，燃料使用成本高。将传统烤房改造成生物质燃料烤房需对原有设备进行改造更换，短期内难以大量推广。
4.3 缺乏政策支持
生物质固体燃料在烟叶烘烤中具有良好的社会效益，但政府、烟草行业对生物质固体燃料的生产、传统烤房的改造等未制定明确的扶持措施和奖励办法，没有形成加工使用生物质固体燃料的长效机制。
5 对策
5.1 加强宣传力度，树立可持续发展理念
大力宣传使用生物质固体燃料在节能减排、农林废弃物循环利用、减工降本、提质增效方面的积极作用，让全社会都充分认识到使用生物质固体燃料所具有的良好的经济效益、社会效益和生态效益，为全面推进使用生物质固体燃料营造良好的舆论氛围。
5.2 开发利用生物质固体燃料，提高绿色生态烘烤能力
景谷县林产工业较为发达，农林废弃物资源丰富，目前国内生物质固体成型燃料技术和设备已较为成熟，可就地规划建设生物质固体燃料生产基地，就地消化农林废弃物，保护环境卫生，实现绿色烘烤。
5.3 加大政策和Y金扶持，调动参与积极性
在生物质固体燃料生产、废弃物回收、烤房设备改造利用等方面出台相应的扶持和补贴政策，提高社会和烟农参与使用生物质固体燃料的积极性和主动性。
6 参考文献
[1] 王庆和，孙勇.我国生物质燃料固化成型设备研究现状[J].农机化研究，2011（3）：211-214.
[2] 李泉临，秦大东.秸秆固化成型燃料开发利用初探[J].可再生能源，2008（5）：116-118.
[3] 邱凌，甘雪峰.生物质能利用现状与固化技术应用前景[J].实用能源，1990（3）：21-23.
[4] 王卫锋，陈江华，宋朝鹏，等.密集烤房研究进展[J].中国烟草科学，2005，26（3）：12-14.
[5] 严金英，郑重，于国峰，等.燃煤烟气多污染物一体化控制技术研究进展[J].热力发电，2011，29（8）：9-13.
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[7] 王青宇，蓝保桢，俞洋，等.斜盘柱塞式生物质燃料成型机的设计[J].木材加工机械，2014（3）：48-50.
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[9] 叶经纬，江淑琴，高大勇.生物质能在烤烟生产中的应用技术[J].新能源，1991，13（6）：35-39.
[10] 张聪辉，赵宇，苏家恩，等.清洁能源部分代替煤炭在密集烤房中应用技术研究[J].安徽农业科学，2015，43（4）：304-305.
生物燃料分析篇7
本文以洪雅县生物质发电厂项目环评为例，分析其生物质燃料成份与SO2预防及治理措施的关系。
1 洪雅县生物质发电厂概况
项目为利用洪雅县境内的林（竹）木及各类农作物秸秆直接燃烧发电的生物发电厂，其装机容量为1×120t/h生物质高温超高压循环流化床锅炉，配套1×30MW高温超高压凝汽式汽轮发电机组，为生物质直燃式发电项目。项目采用秸杆、林业三剩物及次小薪材作为燃料，用量20.5万t。项目建成后每年可为电网提供清洁能源约2.25亿kW.h/a。
2 生物质燃料成份分析
洪雅县生物质发电厂的生物质燃料来源主要来自于林（竹）木废弃物、秸秆、奶牛粪便等，根据燃料配比比例：玉米秸秆24%、竹枝18%、稻草13%、锯末7%、灌木23%、牛粪15%，采用加权平均，混合生物质燃料的成份如下表1。
3 生物质电厂常规的SO2控制技术
目前，生物质电厂控制二氧化硫的处理方法较多，比较常用的为炉内喷钙脱硫技术。炉内喷钙脱硫技术是通过向炉内直接添加石灰石粉来控制SO2排放。投入炉内的石灰石在850℃左右条件下发生煅烧反应生成氧化钙，然后氧化钙、SO2和氧气经过一系列化学反应，最终生成硫酸钙，化学反应式为：
CaCO3CaO+CO2（煅烧反应）
CaO+SO2+1/2O2CaSO4（固硫反应）
石灰石在煅烧过程中，由于CO2溢出，在固体颗粒的表面及内部形成一定的孔隙，为SO2向颗粒内部扩散及固硫反应的发生创造了条件。在CFB锅炉燃烧条件下，石灰石煅烧反应生成的CaO具有较高的孔隙率，脱硫反应活性好，可以有效增加石灰石有效利用率，提高CFB锅炉炉内脱硫效率。
4 洪雅县生物质发电厂SO2控制技术
根据对该电厂所采用的生物质燃料成份分析，混合燃料含硫量约为0.09%，燃料中灰分中的CaO含量约为23.73%，根据燃料的使用情况（年使用燃料20.5万t）可计算出SO2的产生浓度为326mg/Nm3；根据燃料灰分的产生量（约为1.22t/h（9150t/a））分析，
灰分中CaO含量（t/a）=9150×23.73%=2171.295；
原料中Ca含量（t/a）=2171.295×40÷56=1550.925
核算出原料中的Ca的摩尔数为38，生物质燃料全硫含量校核值约为0.09%，原料中的硫的摩尔数为5，因此，校核燃料的钙硫比=38/5=7.6，大于2.0，固硫率按50%计，因此，项目SO2的最大排放浓度为163mg/Nm3，满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中表1二氧化硫（四川地区）最高允许排放浓度200mg/Nm3的要求，SO2可直接达标排放，不需另采取烟气脱硫设施。
5 结论
本文根据对洪雅县生物质发电厂所采用的混合生物质燃料成份及燃料灰分分析，得到燃料含硫量及灰分中氧化钙的成分，进一步分析出原料中钙的含量，可计算出燃料的钙硫比及固硫率，经以上论证可以看出，生物质发电项目，经过对原料及灰分的成份分析，可得出燃料中钙硫比，其产生的二氧化硫经过燃料中本身含有的钙进行固硫，不需新增其他脱硫设施，可满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中图1二氧化硫的最高允许排放浓度要求。
【参考文献】
[1]姚芝茂，邹兰，王宗爽，武雪芳.我国中小型燃煤锅炉SO2排放特征与控制对策[J].中国环境科学，2011，31（Suppl）：1-5.
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[3]何正浩，李劲.燃煤发电SO2污染控制技术及其在我国的应用与展望[J].电力环境保护，2002，3.
生物燃料分析篇8
了解生物质燃料的组成成分，有助于对其燃烧特性的研究，从而进一步科学、合理地开发利用生物质能。
由上表可以看出，生物质燃料组成成分的特点是：（1）生物质含水分多，含硫量低；（2）生物质含碳量少，固定碳含量更少，热值普遍偏低；（3）生物质含氧量高，挥发份明显较多；（4）生物质灰份少、密度小，尤其是农作物秸秆。因此，生物质燃料的燃烧过程是强烈的化学反应过程，又是燃料和空气间的传热、传质的过程，主要分为挥发份的析出、燃烧和残余焦炭的燃烧、燃尽两个独立的阶段。
三、生物质燃料直接燃烧技术
直接燃烧是目前最简便的生物质能源转化技术，即将生物质直接作为燃料燃烧，燃烧过程所产生的能量主要用于发电或集中供热。作为燃料的生物质包括各种农林业废弃物、城市生活垃圾等。
目前，生物质直接燃烧技术主要有以下几种：
3.1生物质直接燃烧流化床技术
采用流化床技术开发生物质能是考虑到流化燃烧效率高，有害气体排放少，热容量大等一系列优点，适合燃用水分大、热值低的生物质燃料。
生物质直接燃烧流化床技术是采用细砂等颗粒作为媒体床料，以保证形成稳定的密相区料层，为生物质燃料提供充分的预热和干燥热源；采用风力给料装置，使生物质燃料均匀散布在床层表面，有助于燃料的及时着火和稳定燃烧；采用稀相区强旋转切向二次风形成强烈旋转上升气流，可以使高温烟气、空气和生物质物料颗粒混合强烈，并延长物料颗粒在炉内的停留时间；采用稀相区后设置卧式旋风燃烬室，使可燃气体和固体颗粒进一步燃尽，同时可以将烟气中所携带的飞灰、床料分离下来，减轻尾部受热面和除尘设备的磨损。现在我国部分锅炉厂家与高等院校合作，已开发出甘蔗渣、稻壳、果穗、木屑等生物废料的流化床锅炉，并取得成功运行。
3.2生物质直接燃烧层燃技术
生物质直接燃烧层燃技术使用的燃料主要可分为农林业废弃物及城市生活垃圾，由于这两种生物质燃料的燃烧特点不同，因此，所设计的层燃锅炉结构也有所不同。
3.2.1农林业废弃物焚烧技术
一般农林业废弃物的挥发物含量高，析出速度快，着火迅速，而固定碳的燃烧则比较慢，因此对于此类锅炉的设计主要采用采用风力吹送的炉内悬浮燃烧加层燃的燃烧方式。农林业废弃物进入喷料装置，依靠高速喷料风喷射到炉膛内，调节喷料风量的大小和导向板的角度以改变草渣落入炉膛内部的分布状态，合理组织燃烧。为了使大量快速析出的挥发分能及时与空气充分混合，在喷料口的上部和炉膛后墙布置有三组二次风喷嘴，喷出的高速二次风具有很大的动能和刚性，使高温烟气与可燃物充分地搅拌混合，保证燃料的完全充分燃烧。比较难燃烧的固定碳则下落到炉膛底部的往复炉排上，继续燃烧。通过合理地组织二次风，形成合理的炉内空气动力场，可使生物质中的大颗粒物及固定碳下落到炉排较前端，使燃料在炉排上有较长的停留燃烧时间，保证固定碳的完全充分燃烧。
3.2.2城市生活垃圾焚烧技术
目前我国中小城市生活垃圾一般含水量较大，着火困难，直接燃烧具有一定难度，所以燃烧时可掺入一定比例的煤，或者对垃圾进行预处理。我公司生产的城市生活垃圾锅炉使用的是经过消解过的垃圾，燃烧时不须掺煤。消解垃圾经抓斗送到料斗内，垃圾经推料装置送至往复炉排上，往复炉排前部经热空气加热干燥后着火燃烧。为了使大量快速析出的挥发分能及时与空气充分混合，我们在后拱下部及前拱上部各布置有一组二次风喷嘴，喷出的高速二次风具有很大的动能和刚性，使可燃气体与高速二次风充分混合，保证了挥发份的充分燃烧。往复炉排分三级驱动，每级可分别调整炉排的往复运动速度，这样可使燃料在炉排上有较长的停留燃烧时间，保证固定碳的完全充分燃烧。
推入的燃料量通过调节给料机的推料速度来控制。燃料在往复炉排上的燃烧时间通过调节往复炉排的移动速度来控制。为了使燃料层在炉排上有自翻身拨火作用，往复炉排采用倾斜16°的布置方式以及炉排三级之间设置了合理的落差，使燃料从前向后推动前进的同时有一个下落翻动过程，在上级炉排落至下级时有一个较大的翻滚，起到自拨火作用，有利于完全燃烧。为了保证燃料的及时着火和燃烬，设计有较高的前拱和低而长的后拱，高前拱区为垃圾的燃烧提供了足够的空间，低而长的后拱有利于燃料的燃烬。
往复炉的配风与燃煤锅炉也有较大不同。干燥阶段风量仅占一次风量的15%左右，主燃区风量占75%以上，而燃烬区风量仅占10%左右。为了保证挥发分大量集中析出时的完全及时充分燃烧，必须有占总风量15-20%以上的风量作为二次风，本设计的二次风可帮助燃料析出的挥发分在炉膛空间的燃烧，在每组二次风喷嘴的风道上装有调节阀门，实际运行时可根据现场燃料的燃烧情况及时调节各段风量及每组的二次风量。
生物燃料分析篇9
随着社会经济的发展，能源需求不断增加，同时能源使用生态化理念也应运而生，节能减耗清洁生产已经成为企业生产与政府研究的重要课题。在国家生态经济战略推进落实过程中，众多的小型燃煤火电因耗能与污染生产而关停，电力企业也在不断开展能源研发与资源利用技术创新工作，以求实现资源利用最大化。这种情况下，众多火电企业将目光投向了生物质改造利用，因此小型燃煤火电机组转换生物质燃料技术的可行性研究提上日程。笔者在本文中着重分析了小火电生物质改造转化技术的必要性与系统性，并就其应用风险进行了阐述。
1 小火电机组进行生物质改造的意义分析
近年来，一些小型火电电力生产运营过程中存在着污染严重、耗能过多等弊端，这与当今生态和谐社会建设要求严重不符，因此小型燃煤火电发电机组进行生物质燃料改造具有必要性。此外，生物质改造能够降低生产成本，还能提升企业生产生态效益，具有明显的推广优势。
1.1 小火电进行生物质改造的紧迫性
与大型发电机组生产运营情况相比，小火电具有高耗煤、低产量、高污染、低经济效益的“两高两低”特征，因而被冠以“能源消耗与环境污染大户”的专称。随着近年来国家经济结构调整措施的落实，小型火电已经成为经济结构调整的重点整顿对象，并对一批严重耗能与污染的小火电实施了关停政策，迫于形势压力，小火电必须进行生产结构调整，并着重进行能源改造，加大新能源创新与应用研发。
生物质燃料具体表现为柴薪等有形物质，区别于太阳能与风能等清洁可再生能源，生物质燃料的情节性主要取决于燃料改造技术，但是生物质具有一项明显的能源优势便是可再生并且可运输，这就为生物质开发应用提供了便利，也为小型火电进行生物质气燃料改造提供了条件。
1.2 小火电生物质改造技术及其应用意义
现阶段，国家不断提倡进行能源改造与清洁能源研发，这为生物质能源转化应用提供了政策支持，国家还对生物质能源转化应用进行经济政策规定，为生物质能源转化应用提供了良好的外部环境。小型火电进行生物质能源转化主要是进行就地取材，既节省了煤耗，还降低了污染，而且企业发展还享有国家基金与经济倾斜，能为企业经济效益的实现提供保证。
2 小型燃煤火电发电机组生物质改造的可行性与风险性分析
2.1 小火电生物质改造技术可行性分析
小型燃煤发电机组进行生物质燃料转换具有明显的可能性。进行生物质能源改造需要资金少，而且还可以进行生物质燃料混燃，其中的各种改造方案都具有明显的可能性。小型燃煤发电机组改造活动集合理化设计、整合技术、试验验证等各环节于一体，因而生物质能源改造具有系统性。生物质能源改造技术的可能性与系统性决定了该技术具有可行性。
2.1.1 生物质能源改造的可能性
现阶段，我国小型火电发电机组进行生物质能源改造主要有三类设计，每种方案设计都具有可能性。
小型火电生物质燃烧利用主要分为生物质纯燃与生物质混燃两种，这两种应用技术都具有可能性。所谓生物质纯燃即指生物质直燃，该种技术应用不存在难点，但是具有一定的应用弊端。生物质直燃技术的应用首先要进行燃料机改进，以使燃料设备能应用于生物质燃烧，还要在生物质燃烧过程中进行纯燃弊端克服。生物质混燃技术在现阶段应用比较广泛，主要是将生物质与煤等碳化燃料进行混合燃烧应用，该技术能够有效降低氮氧化物的排放，而且在混燃过程中还能有效降低生物质的活性指数，有效降低温室气体的排放，具有良好的生态效益。
小型燃煤发电机组生物质燃料改造还包含流化床燃烧技术设计与层燃炉燃烧技术设计，这两方面技术主要是根据生物质燃烧进行的技术设计。其中流化床燃烧技术主要是进行生物质的流态化燃烧，该技术能够保证生物质的充分燃烧，而且能满足生物质多元燃料混合燃烧需求，燃料普适性较高。流化床燃烧技术因为这些优势具有广泛的应用前景。而生物质层燃炉燃烧技术主要是应用层燃炉排进行生物质燃烧，该种燃烧技术应用时间较长，流化床燃烧技术便是基于该种燃烧技术进行的燃烧技术创新，相比于层燃技术，流化床技术能够有效降低火电运行成本，且操作设备简单，易于推广。
小型火电生物质改造主要是针对生物质燃烧进行设备改造，基于此小型电厂进行了燃烧设备与系统改造处理，还进行了发电机组锅炉低成本设计改良。此间的设计与改造主要根据企业经济条件、设备运行情况实际情况进行的改良，具有明显的可行性。
2.1.2 小火电生物质改造系统性分析
小型火电生物质改造作为一项系统化的技术，其技术要点从设计环节到技术可行性预测再到技术方案的确定都经过科学论证，有效提升了改造技术的可行性。
在生物质改造技术中着重进行了燃料供应量设计与工艺系统改良，并基于小型火电设备运行与需求情况进行了锅炉参数设计。小型火电生物质改造转化中还进行了燃料可供性与入炉形式预测分析。生物质供应是影响企业生产运营成本的重要因素，确定合理化的生物质供应也能影响项目成败；而生物质入炉形式是影响生物质能否全面燃烧的关键因素，还能影响到燃烧设备的使用性能，不科学的入炉形式会缩短设备的使用寿命，还能影响企业生产运营的安全可靠性。
2.2 小火电生物质改造转换技术风险性分析
小型火电生物质转换改造技术在应用中尚存在一定风险，主要表现为技术风险、市场风险、实施与投资风险等，这些风险的存在主要影响技术管理水平，需要进行有效的技术管理措施加强。小型火电生物质技术的技术风险主要表现为锅炉改造与生物质燃烧技术。我国的生物质改造技术尚未发展成熟，也并未形成与国际技术的接轨，因此技术设计与应用中管理措施的不到位引发风险不由必然性。此外，生物质改良转换技术还具有一定的市场风险与投资风险。该种风险主要是由于生物质的供应与生产回报具有众多的不确定因素，以致风险指数较高。
3 结语
小型火电生物质燃料改造与转换技术具有十分明显的可行性，但是也具有一定的风险性，虽然风险的存在并不会影响技术的实施与应用，但是我们仍应该加大技术的风险管理，以全面提升转换技术的科学化与可行性水平。
生物燃料分析篇10
引言
生物质能是绿色植物通过光合作用，将太阳能转化为化学能贮存于生物质内部的能量，是仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源。生物质能几乎不含硫、含氮很少，碳通过光合作用，近排放量几乎为零，因此是一种清洁可再生能源。回收生物质能，不仅能够提高农村经济收入，同时减少二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物和粉尘的排放，有利于保护生态环境和经济可持续发展。大型火电耦合生物质气化发电技术就是一种能源高效清洁利用的方法。
1 技术方案
本文以600MW燃煤锅炉耦合1×30MW生物质气化发电为例进行分析，该电厂采用最新高效发电技术和高效静电除尘、石灰石-石膏湿法脱硫、炉内低氮燃烧+SCR烟气脱硝等污染物脱除设备，并利用生物质气化后的合成气送入燃煤锅炉进行再燃，还原主燃区产生的NOx[1]，降低SCR烟气脱硝负荷，将污染物的排放控制在的排放标准以下。
生物质气化采用循环流化床气化技术，气化介质和生物质通过热化学反应生成CO、H2及少量碳氢化合物可燃气。此生物质气化装置将产生的可燃气作为燃料送入燃煤锅炉与煤粉一起燃烧发电。
相比传统的生物质直燃电厂[2，3]，工艺流程短，无需再配备汽轮机、发电机、电网输出以及烟气净化等系统，投资少，占地面积小，配置工作人员少，而且生物质气化综合发电效率达30%以上，生物质燃料可节省25～30%；同时生物质直燃存在严重的碱金属腐蚀及锅炉结焦的问题，对于发电系统的连续运行是极为不利，生物质中碱金属的存在，还会引起NOX催化剂控制设备老化或失效；燃烧方式通用性较好，对原燃煤系统影响较小。
相比常压、空气气化耦合发电方案，加压、富氧耦合发电技术投资略高，但加压富氧气化可以更大规模、更灵活处理生物质，对原料的适应性也更加广泛，气化效率、燃气品质有较大提高[4]，对锅炉的安全性更加有利，同时占地面积小；另外加压富氧气化省去了常压气化中的高温燃气引风机，同时燃气管径较小，消除了生产运行中一个重大的安全隐患。
工艺路线主要为：经过处理且满足粒度要求的生物质燃料，送入加压装置加压后的生物质，通过螺旋输送机送入气化炉，在一定温度下，气化炉内生物质在气化介质的作用下气化生成可燃气，再经过旋风除尘送入余热锅炉，可燃气降温计量后，热可燃气直接送入燃煤锅炉上改造增加的生物质燃气喷口再燃，利用原有发电系统实现高效发电。整个装置主要分为生物质贮存、进料、生物质气化、可燃气除尘、热回收及燃气燃烧。工艺流程图见图1。
2 制气系统
2.1 生物质的贮存系统
生物质贮存仓库收到的生物质原料，经过称重和取样分析水分和热值后存储，生产过程中通过装载机和抓斗等转运装置将生物质送进振动筛，过滤掉不合格的生物质料，再通过螺旋输送机和输送皮带将合格的生物质送到生物质加压进料系统的常压料仓。
2.2 加压进料
常压料仓存放的生物质料，通过进料装置和阀门进入并装满锁斗，然后控制系统用氮气对锁斗充压到0.1～0.3MPa时，生物质燃料再通过下料阀和下料装置进入加压给料仓，在加压给料仓的底部装有螺旋输送机，生物质料由螺旋输送机不断送入生物质气化炉。生物质锁斗在卸完料后，锁斗将恢复到常压状态，重新进料和充压，进行下一次循环物料的输送。
2.3 生物质气化及气体净化
气化炉是整个气化系统的主要设备[2]，采用流化床作为气化炉的炉型，加压给料仓输送过来的生物质从气化炉的中下部进入炉膛反应区；在气化炉的底部，空气和氧作为气化剂送入炉膛，在炉膛内生物质、空气和氧气充分混合，形成一种沸腾流化状态；同时，在气化温度为700～980℃，气化压力为0.1～0.3Mpa的条件下，以及在高温床料有效的传热和传质的作用，加速气化反应速度，最终生成成分为CO、H2、CO2、CH4、H2O、N2及少量焦油的高温可燃气。
生物质原料都含有一定的灰分，因此气化过程中会产生灰渣，一部分灰渣由气化炉底部排出，冷却后送到贮存系统；另一部分灰渣则可通过下游旋风分离器从可燃气中分离出来，灰渣从旋风分离器底部排出，送到贮存系统。可燃气则从旋风分离器的顶部出来，进入下游的余热锅炉。
2.4 热量回收
进入余热锅炉可燃气的温度约为900℃，因温度高，燃獾ノ惶寤密度小，为了减小燃气输送设备的体积和材质等级，同时还要保证可燃气中的焦油不冷凝，高温可燃气经过余热锅炉释放热量降温到400℃左右，同时也根据锅炉运行参数，自行控制温降，余热锅炉产生的低压水蒸汽并入电厂管网系统。
2.5 可燃气的输送和燃烧
经过除尘和余热锅炉的可燃气，气体流量约为5×104Nm3/h，温度约为400℃，压力约为0.2MPa。可燃气经过在线成分分析，根据输入锅炉的热量计算可燃气的流量，将特定量的可燃气再送到燃煤锅炉前独立的燃气燃烧器进入锅炉再燃发电。在事故情况下，可燃气有独立的紧急排放和切断系统，气化炉的安全保护系统将启动紧急停车，将气化系统与燃煤锅炉切断隔离，可燃气将引至安全区域处理，同时启动氮气置换的保护程序，煤气放散装置设有点火装置及氮气灭火设施。
2.6 经济效益和污染物排放
（1）按大型火电耦合生物质气后，年发电量不变的情况
下，每年可以节省约7.5万吨标煤；可分别削减SO2排放约29.48t/a、烟尘排放约14.18t/a及NOx排放约63.77t/a；从温室气体减排角度，可削减CO2排放约12.33万t/a。
（2）按大型火电耦合生物质气后，年发电量不变的情况
下，生物质气发电量约为18万MWh，按照电价0.75元/KWh，则生物质气发电每年收入约13500万元。
（3）一台生物质气化炉系统设备的总投资约为1.9亿元，基本收益率按7.0%，年运行费用考虑厂用电和生物质原料费用约6000万元。
（4）年费用的计算如下，计算公式为[5]：
A-年费用；P-初投资；R-年运行维护费；I-基准收益率取7.0%；n-经济生产年按20年计算
R=6000万，P=19000万，经计算大约需要5年回收成本。可见在争取到生物质标杆电价0.75元/KWh的条件下，采用大型火电耦合生物质气化发电技术的经济效益很好。
3 结束语
随着环保要求的不断严格，生物质能的利用，不仅优化了能源结构，提高当地经济收入，还可有效降低污染物的排放，满足日益严格的排放标准，通过分析大型火电耦合生物质气化发电，无论在技术上、处理规模和投资性价比都具有显著的优势，因此生物质气化耦合发电是理想的发展方向。
参考文献：
[1]吴国强.合成气再燃控制技术研究[D].华北电力大学，2014.
[2]阴秀丽，周肇秋，马隆龙，等.生物质气化发电技术现状分析[J].现代电力，2007，24（5）：48-52.
生物燃料分析篇11
本文采用的产品技术成熟度预测方法有以下两种：
（1）应用Altshuller专利考察模式进行产品技术成熟度预测：通过对大量专利的分析，Altshuller将专利分为五个等级，并发现了专利等级、专利数量和获利能力随技术系统生命周期的变化规律，这些规律和S曲线（产品进化过程曲线）一起被后来的技术预测专家用来进行产品技术成熟度预测。
（2）应用Darrell Mann专利考察模式进行产品技术成熟度预测：受Altshullar专利考察模式的启发，Darrell Mann根据专利的基本功能，重点考察了两类特殊的专利：降低成本的专利和弥补缺陷的专利，得出了这两类专利的数量随技术系统生命周期的变化规律。据此进行产品技术成熟度预测，能够较快确定技术是否已经过了成熟期。
2、微生物燃料电池
微生物燃料电池（MFC）是利用电化学技术将微生物代谢能转化为电能的一种装置，其基本原理是作为燃料的有机物在厌氧阳极室中被产电微生物氧化，产生电子与质子，其中电子被微生物捕获并传递给电池阳极，通过外电路到达阴极，形成回路产生电流。而质子通过隔膜到达阴极，与氧气及电子反应生成水。微生物燃料电池具有无污染、适用范围广泛等优点，目前已经成为治理污染、开发新能源方面的研究新热点。
目前针对MFC专利领域的研究主要为专利趋势分析、分类号研究及检索和专利申请状况分析，但是针对MFC产品技术成熟度预测的研究未见报道。
二、样本构成
1、检索数据库
使用的检索系统为CNABS。
2、检索关键词及主要分类号
关键词：微生物、燃料电池、MFC
主要分类号：分类号： C02F、H01M
3、检索结果
检索截止日为2012年11月30日，经过去除噪音及去除同样的发明创造后，共获取2000-2011年相关专利申请182篇，作为主要统计分析样本；2000年之前未见相关专利申请；2012年专利申请公开不完全，仅作为背景分析，不纳入统计分析样本。
三、微生物燃料电池专利的分级和分类
专利分级使用Altshuller发明的专利五级分级标准，通过全面阅读分析专利信息（权利要求书、说明书及附图、摘要）、确立标志性专利、纵向比较等步骤而得出具体的分级；专利分类中关注Darrell Mann的专利考察模式中重点考察的两类特殊的专利：降低成本的专利和弥补缺陷的专利，确定每份专利或申请所属于的类别，最后统计数量，拟合曲线，与分级过程可同步进行。
1、专利信息分析与整理
在对微生物燃料电池进行分级和分类前，首先通过对专业背景资料和专利信息的阅读，对微生物燃料电池技术的发展有全面的了解，主要分析专利申请所要解决的技术问题，以及解决该问题所采取的技术手段。通过阅读分析，可以主观的了解技术的继承与发展脉络，为分级作准备。
在专利技术发展中，微生物燃料电池的技术改进主要为系统构型的改变、电极材料的改进、交换膜材料的变化及微生物的选用等。
微生物燃料电池在结构上可以分为单室MFC和双室MFC两种。典型的双室MFC由阳极室、质子交换膜和阴极室组成。单室MFC省去阴极室直接把质子膜固定在阴极上，阴极室暴露在空气中，空气中的氧气直接传递给阴极。二者各具有优缺点，在专利发展中发明人对MFC构型进行不断的调整，以克服在先技术的缺陷。例如申请号为20051001185.5（一种以有机废水为燃料的单池式微生物电池）的专利为首个单池式微生物燃料电池；申请号为20051008661.8（生物反应器——直接微生物燃料电池及其用途）的专利申请为双室结构的变形，即主要由筒状的阳极室、阴极室及将两室中间隔开的质子交换膜构成；申请号20071014496.5（一种管式升流式空气阴极微生物燃料电池）的专利，具备了微生物燃料电池构型的优点，并结合了上升流活性碳阳极和无膜空气阴极于一体的，可以使两电极间距离尽可能最小。
从MFC产电机理来看，阳极作为产电微生物附着的载体，不仅影响产电微生物的附着量，同时还影响电子从微生物向阳极的传递，因此早期很多研究都集中在阳极材料的选择和修饰上。阴极作为电子受体，主要是氧化态的物质，近年在专利申请中也较为常见。例如申请号为20071019540.5的专利提供了一种铁离子循环电极及其制备方法；申请号为20071019656.9的专利提供了一种含锰离子的微生物燃料电池阳极的制备方法；申请号为20091004092.0的专利公开了一种用于微生物燃料电池的布阴极组件及其制备方法，该布阴极组件包括防水透气层、布基材料层和导电催化层或者包括防水透气布和导电催化层；申请号为20101001927.1的专利中使用碳化镍钼作为微生物燃料电池阳极；申请号为20101022015.2（一种微型微生物燃料电池）的专利申请中的阳极为金丝微电极阵列，空气阴极为膜电极：质子交换膜、催化剂层和气体扩散层。
膜材料在MFC中的应用主要为分离两极室中的电解液，同时使阳极室中的质子通过，其中质子交换膜被广泛使用。但出于成本的考虑，去膜和采用其他膜对质子交换膜进行取代成为专利申请的一个发展趋势，例如：申请号为20051011421.3（燃料电池用菌紫质质子交换膜的制备方法）的专利采用微生物作为燃料电池中质子交换膜，对环境不造成污染有效地降低了质子交换膜的生产成本；申请号为20081002795.3（一种微生物燃料电池及应用）的专利采用的膜材料为离子交换膜，具有与传统使用质子交换膜MFC相当甚至略高的输出功率与产电性能，能很好的替代传统使用质子交换膜MFC，并可降低微生物燃料电池成本。
微生物的选择影响着代谢通路，从而影响对有机质的去除和/或能量输出功率。在微生物的选用上，根据不同的发明目的有产气肠杆菌（申请号为20081002922.2）、海洋酵母（20091009798.8）、希瓦氏菌（申请号为20091014094.3和20091030567.7）、弗氏柠檬酸杆菌（20091019363.9）、蜡样芽孢杆菌（20111034751.2）等等。
此外，在应用的领域上，除了传统的用于发电和废水处理的微生物燃料电池之外，该技术扩展到其它的广大领域中，例如：申请号为20061003825.2（一种生态厕所）的专利申请利用微生物燃料电池理论，设计了粪便-微生物-质子膜-电极构成的“粪便电池”；申请号为20091009346.8的专利申请公开了一种面向植入式医疗设备供电的微生物燃料电池系统，该系统设置在人体的横结肠中，利用肠道微生物和内容物产电，可为植入式医疗设备提供能源；申请号为20101014660.4（微生物燃料电池及安有该电池的发电装置）的专利申请公开了一种安有微生物燃料电池的发电装置在稻田进行微生物发电中的应用；申请号为20111008632.6的专利申请中的微生物燃料电池能降解挥发性有机物，在处理挥发性有机废气的同时实现电能的回收。
2、分级
Altshuller的专利五级分级标准，具体如表1所示：
经过对专利信息的阅读分析后，确立了标志性专利：申请号为00810805（一种用于废水处理的使用废水和活性污泥的生物燃料电池）的专利为首个进入中国的微生物燃料电池申请，至少用到微生物、电池、废水处理三个领域的知识，采用交叉学科解决了产电的同时能够进行污水处理的的技术问题，创造了一种新的系统（仅在专利领域考虑）。作为首个标志性的专利，在专利等级分析时，定级较高，为4级；申请号为20051001185.5（一种以有机废水为燃料的单池式微生物电池）的专利为首个单池式微生物燃料电池，无须外加动力来提高阴极表面的氧气含量，无须投加电子转移介体，并且阳极池无需氮气吹脱就能较好地维持厌氧状态，使系统发生了质变，经过综合考虑，在专利等级分析时，定为3级。
对于其余的专利或申请进行分级，也要经过纵向比较，分析其所要解决的技术问题及采用的技术手段，根据分类标准来定级，例如：申请号为20061014499.1（可堆叠式单室微生物燃料电池）的专利公开了一种可堆叠式单室微生物燃料电池，这种构型虽然是首次出现，但是为通过数量的叠加来提高产电能力，量的变化更为明显，在Altshuller的专利考察模式中通常将这类专利定为一级。当然，如果专利中出现其他的技术特征，协同使得该专利较之前的专利申请有质的改变，分级可以再考虑；申请号为20091004203.8（一种微生物燃料电池及其制备方法和应用）的专利将微生物燃料电池及电芬顿有效的结合起来，使系统发生了质的变化，用到了全行业的知识，因此定位2级；申请号为20091007803.6（一种用于同步产电脱盐的污水处理工艺及装置）的专利利用微生物燃料电池的内电流在处理污水、产电的同时脱盐。使系统发生了质的变化，用到了全行业的知识，因此定位2级；申请号为20101022182.0（一种植物——土壤微生物燃料电池系统）的专利申请中，使阳极电极置于植物根部周围的土壤内，阴极电极置于土壤表面。主要以植物光合作用生产并释放到根部的有机质为燃料，避免了产电微生物以污水中有机质为燃料时，有机质对产电微生物的抑制作用，从而导致产电效率低的问题。系统发生变化，用到了全行业的知识，定位2级。
经过对分析样本的全面阅读与分析后，最终将微生物燃料电池专利信息整理汇总如表2所示：
四、微生物燃料电池产品技术成熟度预测
1、Altshullar专利考察模式
根据表2内容，绘制专利数量统计曲线和专利等级统计曲线，并与标准曲线进行对比，如图1、图2所示。
统计曲线拐点位置与标准曲线对应的拐点位置如箭头所示。根据曲线拐点可以预测，微生物燃料电池产品技术目前已结束婴儿期，处于快速成长阶段。由专利数量统计曲线可知：技术系统较婴儿期阶段有较快的发展，研发数量稳步增长。而对于专利等级统计曲线的变化：当微生物燃料电池产品技术进入稳定的发展轨道，数量增长明显，某个特定技术空间内的专利密度增大，将会导致专利保护范围的缩小，且会出现大部分针对单一要素进行某一指标的提高的专利技术，从而拉低专利等级。
2、Darrell Mann专利考察模式
在进行专利数据整理时，发现2000-2011年间高校申请和科研院所申请量占总申请量的96%，从侧面说明微生物燃料电池产品技术还处于研发阶段，因为还没有大规模投入使用，反映在Darrell Mann专利考察模式中，以降低成本为目的的专利申请会小于弥补技术缺陷的专利申请。
Darrell Mann专利考察模式主要应用是快速判断技术是否进入成熟期。根据表2内容，绘制弥补技术缺陷专利数量统计曲线和降低成本专利数量统计曲线，并与标准曲线进行对比，如图4、图5所示。
从图4（a）和图5（a）中可以看到在2009年到2010年间弥补技术缺陷专利数量和降低成本专利数量出现了明显下滑，结合图1（a）——专利数量统计曲线，可以看到其原因为2010年专利申请数量明显低于2009年。这种情况的出现有以下的可能：（1）对专利申请的国家和地区进行统计，发现2009年进入中国大陆的专利申请共7份，占2009年专利申请数量总数的17.9%，而2010年其他国家和地区进入中国大陆的专利申请数量为0，2011年同样为0，说明其他国家和地区出于技术发展或专利战略等原因，于2010年起逐渐放弃我国的专利市场，使专利申请数量受到影响，而这个原因很可能是由于遇到了产电能力难以大幅度提高的技术瓶颈以及生产成本的控制难以达到实现广泛应用的目的；（2）微生物燃料电池领域的研究主力为高校和科研院所，2009年有24所高校及科研院所提交了专利申请，2010年仅有19所，研究室的科研方向转向也部分影响了2010年的专利申请数量。
但是该曲线的下滑段并不影响曲线上升的总趋势判断，从图4和图5中可以看出，微生物燃料电池产品技术还未进入成熟期，结合对专利信息的理解和两种分类专利数量对比，应该还处于成长期当中。
五、结论
进入我国最早两份关于微生物燃料电池的申请（申请号：00809995、00810805）均由韩国科学技术研究院于2000年递交，之后才出现由我国高校兴起的微生物燃料电池专利申请，在经历模仿、吸收后、开始创新，因此微生物燃料电池产品技术经历的婴儿期比较短暂，进入成长期比较迅速。
生物燃料分析篇12
The Comparative Study of Physical and Chemical Properties of the Three Kinds of Alternative Fuels and Diesel
SunGuiping，ZhangYongliang，Zhaoxin，LinChaoqun，ZhangXuemin
（China Agricultural University， Beijing 100083）
Abstract： In this paper， based on the main physical and chemical characteristics of three kinds of alternative fuels （illegal cooking oil， DME， biodiesel ） and diesel ，their daily requirements and the engine combustion are analyzed . The density、solidifying point and flash point of the three kinds of alternative fuels and diesel are measured， the different requirements of its daily use are compared. Doing experiments of viscosity and distillation are due to study the difference of viscosity characteristic and distillation characteristic， numerical analysis is used based on the results of viscosity experiments. Experience formula is applied to calculate the surface tension of each fuel and its impact on the engine combustion is analyzed.
Key Words： Alternative fuels； Viscosity Characteristic； Distillation Characteristic
0引言
随着我国经济的发展，对能源的需求也越来越大。受资源的限制，2011年我国原油进口数量达2.5亿吨。汽车工业是我国的支柱产业，进入21世纪后得到了飞速发展，汽车保有量不断增长，但我国石油短缺、最终能源枯竭又是不争的事实。一方面是汽车工业的迅速发展，另一方面是能源紧缺，因此开发代用燃料成为解决当前经济的不断发展和能源危机的重要途径之一[1]。因此寻找合适的车用燃料替代品，对于补充我国能源总量的不足，促进汽车工业的发展有重大意义[2]。1
有关研究表明，目前比较有前途的石油替代燃料包括：气态烃、醇类（甲醇、乙醇）、DME、生物柴油、地沟油等[2]。本文选取3种代用燃料（地沟油、DME、生物柴油）与柴油的主要理化特性进行对比，分析其未来的应用前景。
1 试验简介
1.1 试验装置和方法
采用闭口闪点测定器，按照SH/T0315-92《闭口闪点测定器技术条件》进行燃料闪点的测定；采用低温油品凝点试验仪器，按照GB/T510《石油产品凝点测定法》进行燃料凝点的测定；采用GB265型石油产品运动粘度测定仪，按照GB/T265试验方法进行燃料粘温特性试验；采用石油产品蒸馏试验器，按照GB/T6536《石油产品蒸馏测定法》规定的试验方法进行燃料蒸馏特性试验。
1.2 实验材料
石化石油、地沟油、DME、生物柴油。其中，石化柴油为市售0#柴油；地沟油、DME和生物柴油是由国内某生物质有限公司提供，DME在常温常压下呈液态，是二甲醚的混合液体，生物柴油以豆油为原料。
2 3种代用燃料与柴油的概述
地沟油泛指在生活中存在的各种劣质油，如今不法商贩将其简单的的加工后用作食用油，给人们的身心带来极大的伤害。而将地沟油合理利用，可以生产生物柴油、发酵成为乙醇和沼气等，荷兰还使地沟油为飞机提供燃料成为现实。因此，地沟油替代柴油成为车用燃料，有很广泛的应用前景。
DME的制备原料来源广泛，装机生产能力已有很大的发展。DME的理化性质与柴油很相似，实验测得十六烷值和低热值分别是40.1和42.65，与柴油基本相同，有优良的燃烧性能，且现有的发动机基础结构都完全适用于DME。将其作为车用燃料，碳烟和微粒排放为零，氮氧化物、一氧化碳等有害物的排放也得到很大程度的改善。
生物柴油是通过植物油与醇类进行酯化反应得到的，可实现工业化大量生产。其作为代用燃料，含氧和高十六烷值使得燃烧更充分，可降低尾气中有害气体的排放。同时燃烧过程中产生的二氧化碳与其原料生产过程中吸收大气中的二氧化碳基本平衡，是真正的绿色代用燃料。
3 3种代用燃料与柴油的理化性质
代用燃料要替代柴油，必须具备与石化柴油相近的一些性质，其质量评价标准包括：密度、凝点、闪点、粘温特性、蒸馏特性、表面张力、十六烷值、热值等等，仅对发动机性能影响较大的几项指标予以讨论，其理化特性比较见表1.
3.1 凝点
凝点是衡量燃油低温性能的重要指标，可用于估计燃油不经预热即可输送的最低温度，有很重要的现实意义。同时柴油的低温流动性较差，使得凝点成为柴油使用的重要评判标准。由于燃料是多种烃类的复杂混合物，而每一种烃类的凝点都不同，因此燃料的凝点只是一个近似的温度。
DME、生物柴油和柴油，实验测得凝点分别是-54℃、-30℃、-25℃，表明DME和生物柴油可以很好地补偿柴油较差的低温流动性，使得柴油发动机可以保持比较好的低温使用性能；而地沟油的凝点只有-3.5℃，表明其对发动机的使用环境要求较高，适应性较差。
3.2 闪点
闪点是燃油雾化和蒸发性的评价指标，也是可燃性液体安定性的评价指标。闪点越低，燃油的雾化、蒸发性越强，发动机工作越粗暴，储存、运输越不安全。
地沟油、DME、生物柴油和柴油，实验测得闪点分别是60℃、52℃、58℃、50℃，表明3种代用燃料的闪点都较柴油有一定的提高，它们的使用安全性更好，因此在生产、储存和使用过程中，更安全可靠。
3.3粘度
粘度是用来表征液体性质相关的阻力因子，其对燃油在发动机内的雾化质量及燃烧情况有重要影响，是评价发动机燃油的一个重要指标。燃油粘度过大，喷油嘴喷出的油滴颗粒大且不均匀，雾化效果不好，与空气混合不充分，导致燃烧不彻底。而粘度过小，会影响油泵、油嘴的，增加柱塞的磨损。
粘温特性是指燃料的粘度随温度变化而变化的关系，反映了燃油的一个重要品质。本文对地沟油、DME、生物柴油和柴油，在20～100℃的温度范围内，进行粘温特性试验，得到3种代用燃料和柴油粘温特性对比如图1所示。
由图1可以看出，随着温度升高，3种代用燃料的粘度值逐渐下降，与柴油的粘温特性保持一致。柴油和DME的粘度受温度影响较小，粘温特性曲线较为平缓，而地沟油和生物柴油的粘度受温度影响较大，粘温特性曲线较为陡峭。
与柴油相比，DME在2℃的粘度值减小了12.60%，但40℃-100℃温度范围内，两种燃料的粘度值差值很小，最大为7.24%，表明DME与柴油的粘温特性有很好的一致性。大约60℃左右，生物柴油的粘度值大于柴油，但随着温度升高，差值越来越小，60℃-100℃，生物柴油的粘度值迅速下降了64.95%，远小于柴油的粘度，且两种燃料的差值随温度升高越来越大，最大差值较柴油减少了44.75%，表明高温环境下生物柴油的粘度下降较大，高温下对供油系统偶件（柱塞、柱塞套，出油阀、出油阀座，针阀、针阀体）的效果会变差，容易发生早期磨损，影响发动机的使用可靠性[6]。地沟油的粘度远大于柴油，在20℃时较柴油粘度增加了73.88%，表明其雾化质量较差，燃烧不充分，热效率低；且排气污染增加，不利于环境保护[7]；若要替代柴油成为车用燃料，需要适当的添加剂来降低其粘度值以改善雾化质量[8]。
由图1中4种燃料粘温特性数据，应用数值分析的最小二乘法分析其粘温特性。回归公式如式（1）-（4）所示。
对于柴油：
υ=0.0003X2-0.0700X+4.8798 （1）
对于DME：
υ=0.0003X2-0.0476X+4.0336 （2）
对于生物油：
υ=0.0006X2-0.0814X+5.6875 （3）
对于地沟油：
υ=0.0003X2-0.1306X+8.5805 （4）
式中，υ为混合燃料的粘度，单位是mm/s，X为摄氏温度，X∈[0，100].
3.4 馏程
馏程是石油产品的主要理化指标之一，用来判定油品轻、重馏分组成的多少，可以控制产品质量和使用性能等。柴油的混合燃料需要具备良好的低温流动性，要有一定的轻质馏分加快其蒸发速度，有利于形成可燃混合气，避免滞然期过长和突然爆震，同时减少碳烟等未燃混合物的排放，因此馏程是保证柴油在发动机燃烧室里迅速蒸发气化和燃烧的重要指标[9]。本文对地沟油、DME、生物柴油和柴油进行蒸馏试验，其结果如图2所示。
由图2可以看出，馏出率为50%时，3种代用燃料的蒸发温度远小于柴油，表明它们的平均蒸发性较柴油有所改善，在较低温度下可以有大量燃料挥发与空气混合，缩短暖车时间，而且从低负荷向高负荷过度时，能够及时地供给所需的可燃混合气[5]。馏出率为90%时，3种代用燃料的蒸发温度远大于柴油，表明它们的重质成分含量较多，在汽缸中不易挥发而附着在气缸壁上，燃烧时容易产生积碳，或者沿着汽缸壁流入油底壳而稀释油，同时不宜完全燃烧，影响燃烧效率[5]。
柴油的蒸馏曲线几乎是一条斜率一定的曲线，馏出率的增加随温度的升高几乎不变，而3种代用燃料的蒸馏曲线先是较为平缓，然后非常陡峭。分析其初馏温度相差不大，地沟油、DME、生物柴油和柴油分别是171℃、166℃、188℃、180℃，但终馏温度有很大的差别，分别较柴油升高了16.5℃、37.5℃、34.5℃，说明代用燃料的重质馏分过多，使燃料的雾化和蒸发性能变差。
3.5 表面张力
燃料的表面张力是评判其品质的另外一个重要指标。燃料在发动机气缸内的撕裂、破碎、雾化、吸热和汽化等过程都与表面张力有关，它影响着燃料在喷射过程中所受的阻力、蒸气和液滴与热空气之间的传热和混合等[10]。相同雾化压力下，表面张力大的燃油雾化颗粒粒径相对较大，即雾化质量相对较差[11]。
表面张力与燃料的化学成分、密度和温度等有关。温度越低、密度越大，表面张力越高，其经验公式为[12]
■ （5）
其中，σ为燃料在一定温度下的表面张力，ρ为燃料在该温度下的密度。
经过计算，20℃下地沟油、DME、生物柴油和柴油的表面张力（单位是10-3N/m）分别是25.587、24.562、25.157、25.355。与柴油表面张力相比，生物柴油减少了0.78%，DME减少了4.07%，这两种燃油的雾化质量有所改善。而地沟油的表面张力增加了0.92%，雾化质量变差，不利于其在发动机气缸内的燃烧。
4. 结论
（1）DME和生物柴油可以很好地补偿柴油较差的低温流动性，而地沟油的低温流动性较差。
（2）3种代用燃料的闪点都较柴油有一定的提高，在生产、储存和使用过程中安全性更好。
（3）柴油和DME的粘度受温度影响较小，粘温特性曲线较为平缓且有很好的一致性。生物柴油的粘度受温度影响较大，尤其在高温环境下粘度值下降了64.95%，供油系统偶件的效果会变差，影响发动机的使用可靠性。地沟油的粘度远大于柴油，在20℃时较柴油粘度增加了73.88%，表明其雾化质量较差。
（4）3种代用燃料的平均蒸发性较柴油有所改善，但重质馏分过多，燃烧不充分，不利于环境的保护。
（5）生物柴油和DME的表面张力较柴油有所下降，雾化质量有所改善，地沟油的表面张力较柴油增加了0.92%，雾化效果变差，不利于其在发动机气缸内的燃烧。
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生物燃料分析篇13
0引言
随着现今经济的发展，人们生活质量的提高和健康意识的增强，火灾灾害频频发生，材料阻燃特性研究成为当下一个热议的话题，如何高效的利用材料自身的性质，加以合理的聚合和改造，使之成为阻燃特性好，阻燃性能优异，安全系数高，低烟低毒的材料，本文将从家庭使用的木质材料阻燃特性出发和现今工业在汽车、电子电气方面广泛使用的聚丙烯高分子阻燃剂，全面而系统的分析材料的阻燃技术的发展和技术现状。
1材料阻燃技术在家居木质材料上的应用分析
人们生活水平的不断提升，家居环境的美化，人们的健康意识也不断的更强，带来一些必须考虑的问题，家居环境的密封性使得家居所用材料对材料的阻燃技术有更高的要求，材料的阻燃特性对家居的安全隐患问题起着举足轻重的作用，材料阻燃技术不断的提出新的技术，满足各类需求。现今家庭所用的木质材料大多数是采用的是密度板，密度板有诸多益处，木质板材用于家庭装饰，美观，而且质轻，结构较为规则，一般木质板材表面度经过抛光处理，其现在广泛的应用于家庭装修中。当然木质板材也有很多的缺陷，例如时间长了后，容易变形，模板容易两端翘曲等问题，但是人造板材的使用，也使得木质材料的来源更加的广泛；更重要的一点是人造板材的使用，虽然是阻燃的一种，但是其级别相当于B2级别，也就是可燃性，其燃烧也是随着时间的推移，材质激将逐渐的改变，现如今的家庭火宅情况也时有发生，一旦火灾后，该木质板材将受到破坏性的损坏。现今家居环境室内所用密度板是一种木质的人造板，该板材从阻燃技术出发，京承天然木质材料咋阻燃性能方面的优势，有着良好的阻燃特性，装修材料按其燃烧性能应划分四级，见表1。
现今的阻燃材料多为难燃性，不燃性的材料少之又少，可燃性的材料也较多的被应用在现实生活中，对于易燃性的材料多为一些露天设施，家里的电线等等。对于难燃性的材料，其阻燃特性较为良好，其质量有保障，安全系数较高，较多的被现在的家居材料的所用，开发密度板阻燃特性良好的材料，是当今的材料阻燃技术研究是根本。
3材料阻燃技术在聚合物方向应用分析
聚丙烯是我们熟知的高分子材料，而一般的聚乙烯的材料属于易燃物质，例如我们家居生活中使用的塑料用具都是采用聚乙烯加工制造的，而对于材料阻燃技术的相应你果断要求的提出，聚丙烯高分子材料被广泛的应用于当今的日常生活中，聚丙烯简称pp，广泛用于汽车电子、家庭的装饰、建筑物的防火材料等等领域，聚丙烯和聚乙烯一样，属于B3级别的材料，易燃特性，但是聚丙烯高分子材料燃烧过程中，由于其亲氧气性能较低，燃烧不易产生含碳化合物，大大的增加了其易燃的特性，要保证其阻燃的特性，只有进行诸多的测试和实验，以进一步的推广和使用，研究新型的高分子材料，改善聚丙烯材料的阻燃特性是企业和社会发展的必须，具有重要的战略意义和实际经济意义。
对于聚丙烯类高分析物质，其中对于膨胀型阻燃剂，近年来发展较快，其阻燃特性较好，被广泛的应用在生活中，其阻燃性能高，安全系数高，低烟低毒等优点。以前膨胀型阻燃剂被美国两个特学家提出来，当时没有引起社会的关注，近年来，醉着材料阻燃技术的发展，环保问题的日益凸显，人们追本溯源，开始寻找一种新型的可用于环保的一个低毒的无卤阻燃剂，基于这些问题的提出和综合权衡，给膨胀型阻燃技术提供了广阔的发展空间。其中膨胀型阻燃剂的基本成分和各组分的主要功能见表2所示。
该聚丙烯阻燃材料膨胀所形成的的碳层阻止氧气从周围介质扩散到正在讲解的塑料中，材料的阻燃特性从高分子物质到现今的夹板材料，都是从材料的燃烧特性、低毒等方面考虑，深入的分析材料的阻燃特性，如此，安全系数高、低烟低毒的材料将更加的为现今所关注，从而在很大程度满足用户阻燃特性的要求，达到阻燃的目的。
4结论
对于阻燃特性好，阻燃性能优异，安全系数高，低烟低毒的材料，本文从家庭使用的木质材料阻燃特性出发和现今工业在汽车、电子电气方面广泛使用的聚丙烯高分子阻燃剂，全面的分析了材料的阻燃技术的发展和技术现状。木质材料的合理利用在一定程度上将改善我国森林资源匮乏的现状，木质阻燃材料的研究将期待了家居原始的木质材料易变性等缺点，大量的节约木质材料的使用，而聚丙烯聚合物高分子的使用，也得电子电气、汽车应用材料方面的特性提升，而且一般具有耐用性好，耐腐蚀等优点。材料的阻燃特性的分析和技术的发展将应用在生活的各个方面。
参考文献
[1]王建祺.无卤阻燃聚合物基础与应用[M].北京：科学出版社，2005.
