生物燃料的优点篇1
关键词：纳米材料；纳米尺度；阻燃材料
中图分类号：tB383.1文献标识码：a文章编号：1006-8937（2013）02-0179-02
当前，塑料、橡胶和纤维等聚合物应用十分广泛，但其易燃性给其使用和推广造成了一定的影响。阻燃材料尽管在一定程度上起到了阻滞燃烧、延缓火灾蔓延、争取逃生和救援时间等积极的作用，但也在力学性能、性价比、环境污染等方面存在不足。随着纳米材料在力学、电磁学、热学、光学等多个领域的应用，纳米技术和纳米材料显现出广阔的发展前景。纳米阻燃材料的研制和发展有利于克服和改进传统材料的缺点，蕴含着巨大的社会效应和经济效益。
1纳米材料简介
纳米材料是指在结构上具有纳米尺度及其相应功能特征的材料，1纳米为十亿分之一米，纳米尺度一般是指1～100nm。材料的结构和粒径进入纳米尺度范围时，就表现出表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等多种特殊效应，从而使材料表现出多种奇特的功能。纳米材料按照材质分类，可以分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米材料。纳米技术和多种材料的结合，大大改变了材料的综合特性，为进一步优化材料的功能提供了有力的技术支持。
2阻燃材料的分类和要求
阻燃材料可分为无机和有机、含卤和无卤等多种类型。无机主要指氢氧化铝、氢氧化镁、硅系、三氧化二锑等阻燃材料体系，有机主要以卤系、氮系和磷系为主，它们通过复配或者反应得到形成添加型或者反应型复合材料，进而起到阻燃作用。相比较而言，无机阻燃材料具有低成本，热学性能好，燃烧时有毒气体少等优点，但是它们也具有机械性能差、填充量大且与基材相容性差等缺陷。有机型阻燃材料具有阻燃性能好，与基材相容性好，填充量小等优点，但是具有燃烧时发烟量大且产生有毒气体等缺陷。因此发展低烟、低毒、无卤、物理机械性能优越等环保型阻燃材料成为一直以来重要的研究课题，纳米技术的出现和发展为解决上述阻燃材料的现有缺陷提供了可能。研究表明，纳米阻燃材料应满足下列要求：第一，材料应符合环保要求，燃烧时产生的毒性气体少。第二，材料应具有功能性强、阻燃效率高等特点，同时应克服传统阻燃材料机械物理性能方面的现有缺陷，拓展材料应用范围。第三，降低综合成本，增强材料的性价比。
3纳米阻燃材料的类型
将传统的阻燃剂颗粒细化到纳米级应用到相关材料中即可获得纳米阻燃材料。纳米技术的应用、纳米级颗粒的获得以及纳米尺度所表现出来的特有的多种效应大大增强了阻燃剂和材料间的相容性，一定程度上减少了阻燃剂的应用量，同时也提高了阻燃性能，提升了阻燃材料的性价比。目前，已研制的常用纳米阻燃复合材料大致有以下几种。
3.1聚合物粘土纳米材料
粘土纳米阻燃材料涉及阳离子粘土矿物蒙脱石、阴离子粘土矿物层状双金属氢氧化物、非离子型粘土矿物高岭石等原料，借助插层方法修饰，获得对聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）和聚丙烯（pp）等有效的复合阻燃材料。粘土类阻燃剂的层状硅酸盐中含有炭化层，在高温下能够俘获一些自由基，在改变了材料力学性能的同时，也提高了材料的阻燃性能，还避免了添加卤系阻燃剂后燃烧时发烟量大、产生腐蚀性和毒性气体等缺陷。火灾时，硅酸盐碳化层减缓了材料燃烧时挥发物逸出的速度从而使得粘土类纳米材料在凝聚相分解过程中挥发物的溢出率低。
3.2纳米氢氧化镁阻燃材料
纳米级氢氧化镁阻燃材料的阻燃性、发烟量与基材的相容性等性能要优于微米级的氢氧化镁阻燃材料的相应性能。在一定剂量下，纳米级氢氧化镁阻燃体可以达到UL94标准的V-0级。金属氢氧化物本身优势明显，关键是添加量要比较大，通常在60%以上，而高填充量对阻燃材料的物理机械性能影响较大，而纳米技术正好能很好地解决阻燃剂和基体间的分散性和相容性的问题，两种技术的结合大大提升了氢氧化镁阻燃剂的应用和阻燃后材料的阻燃性能。纳米氢氧化镁阻燃材料具有无卤、低烟、无毒、无滴落、耐酸、稳定性好、分解温度高、不腐蚀设备等多种优异性能，具有广阔的应用前景。
3.3纳米碳酸钙类复合材料
用锡酸锌包覆纳米碳酸钙粉体并应用到聚氯乙烯（pVC）中，得到40～60nm的产品粒径，减少了增塑剂在pVC中的用量，提高了产品的加工性能，再加上硬质pVC本身的高含氯量和高阻燃性，极限氧指数（Loi）可以达到45%，获得了优良的阻燃复合材料。经过甲基丙烯酸处理的纳米碳酸钙/聚苯乙烯（pS）原位复合材料粒径也在
100nm以内，也具有较好的阻燃性能。此外也可以应用脂肪酸、钛酸酯偶联剂以及纳米碳酸钙经过表面处理得到聚丙烯/纳米碳酸钙复合材料，经过实验和应用，都在保持较好阻燃性能的基础上，材料的力学性能方面得到了很大的改善，材料的抗冲击强度也有所提高。
3.4纳米级氧化锑阻燃材料
纳米级氧化锑阻燃pVC材料的阻燃性能高，发烟量低，其性能优于传统的pVC材料的相应性能，而且适合用于纺织品中。纳米级氧化锑颗用量少，而且不会阻塞机器的喷丝孔，使得纺织品能够阻燃。另外，纳米级的氧化锑材料的比表面积很大，对一些纺织品的渗透性能好，具有很强的粘附力，由此形成的纺织材料还具有很好的耐洗牢度，不易褪色。纳米氧化锑具有成本低，平均粒度小，在聚酯材料中分散均匀，相容性好等优点。
3.5eVa/二氧化硅纳米复合材料
纳米二氧化硅改性的聚合物已经获得了广泛的应用，原因是经过纳米化和改性，所获得的纳米复合材料具有质轻、高强度、高韧性等多种优点。eVa类纳米复合材料中纳米填充层在内层聚合物外面形成一层隔离层，从而强化了炭化过程，材料降解过程延长，用锥形量热计测量出的热释放速率峰值极低，阻燃性能较传统阻燃材料有大幅提高。在力学性能方面，研究表明，eVa/二氧化硅复合材料中的体积填充分数为4%时，复合材料的拉伸强度最高，约为基体的两倍，这也充分显现出了纳米技术在提升复合材料的物理机械性能方面的重要作用。
4纳米阻燃材料制备工艺进展
纳米材料的制备方法主要有以下几种。
①溶胶―凝胶法。溶胶―凝胶法是制备纳米材料比较普遍的制备方法。其流程是：将金属氧化物或金属盐溶于水中，通过水解反应后，形成溶胶状纳米级微粒，再将溶剂蒸发，之后形成凝胶物体。这样就形成了有机聚合物与无机分子相互渗透，具有多层有序结构的阻燃材料。该方法化学反应温和，无机成分和有机成分相互掺混，结构紧密，但也存在凝胶干燥时易出现材料收缩脆裂等缺点。
②共沉淀法。共沉淀法是指先期形成的无机纳米粒子与有机聚合物混合沉淀形成阻燃材料的方法。这种方法中，纳米粒子与材料合成分开制作，纳米粒子的尺寸与结构可以很好的控制，同时纳米粒子在聚合物中均匀分布，综合性能好。但该方法中纳米粒子易团聚，均匀分散纳米微粒是最大难题。共沉淀法可分为溶液共沉淀法、乳液共沉淀法与熔融共沉淀法等多种方式。
③插层法。插层法的流程是将纳米微粒制成层状，再将其插入有机聚合物层之间，导致二者达到纳米级复合。这类方法有聚合插层法、熔融插层法及溶液插层法等类型。
④原位共聚法。原位共聚法是指将纳米粒子均匀分散在溶液中，再借助加热、辐射等手段，使聚合物与纳米粒子之间发生聚合等一系列反应，最后得到纳米级分散的阻燃材料。该方法得到的阻燃材料具有粒子纳米特性好，层间焓熵势垒低等优点。
⑤原位自组装法。原位自组装法是指利用聚合物分子与纳米粒子间的分子间力、层间静电力等作用，在原位进行自组装，生成无机主晶核，最后聚合物再将生成的晶体包围在内。这种方法合成双羟基纳米复合物比较有利，纳米相能有序分布。
5纳米阻燃材料的展望
在阻燃剂领域中，无机添加型阻燃剂应用最早，用量最大。如锑系、铝系、磷系、硼系阻燃剂等等。但目前主要存在阻燃剂和基材相容性差和对物理机械性能影响较大等问题。研究表明纳米技术的利用可以提高塑料制品的阻燃性以及机械性能，加强纤维制品的阻燃性以及抗静电能力，加强橡胶制品的阻燃性以及减少其燃烧时的有毒气体的释放和发烟量。纳米阻燃材料可以在发挥无机类阻燃材料低卤或无卤、低烟、低腐蚀等优势的基础上，借助纳米技术大大提高无机类阻燃材料的综合性能。
此外纳米阻燃材料也将在提高材料的热稳定性、减少材料在使用中的团聚、增强阻燃剂和材料间的用量、粒径、层状结构的优化和复配、优化材料的储运和添加过程、提升材料的阻燃效果、促进材料的多功能化等方面得到进一步发展。在纳米阻燃复合材料的微结构及形成机理、材料的阻燃机理细节等基础理论方面加强研究，不断加速发展朝阳的纳米阻燃材料事业，有利于相关产品产业化的顺利实现和拓展。
综上所述，纳米阻燃材料具有阻燃性能好，环保效果好，并且燃烧时放出的有毒气体少，填充用量少，产品趋于多功能化发展的特点，可广泛应用于汽车、航空、电子家电等多个行业，具有很大的发展空间。但是纳米阻燃材料的发展，仍有很多亟待解决的实际问题，如纳米粒子形态的控制、纳米粒子分布工艺以及多功能化的统一等。相信随着高分子材料科学与工程技术的不断进步，随着纳米技术的出现、应用和快速发展，纳米阻燃材料研究必将会取得长足的进步，为更好地保护人民生命财产安全提供坚实的物质技术保障。
参考文献：
[1]欧育湘，陈宇，王筱梅.阻燃高分子材料[m].北京：国防工业出版社，2001.
生物燃料的优点篇2
[关键词]汽车新能源产业技术体系变革发展战略电动汽车
一、引言
汽车作为现代重化工业技术体系的代表产品,不仅是不可再生石油资源的主要消耗者,而且也是造成城市空气污染的主要祸首。汽车所排放的尾气中含有大量noX(氮氧化物)、Co(一氧化碳)、pm(颗粒物)和HC(碳氢化合物)等有害物质,对城市大气环境造成了严重的污染和破坏。解决汽车的环境污染和石油的短缺问题需要寻找可替代石油燃料的洁净能源或改变传统的内燃机技术。然而,由于方法众多,每一种方法都存在各自的优缺点,众说纷纭,争执不下。究竟哪一种新能源适合我国汽车未来能源的发展方向呢?
我们认为,内燃机技术以及汽车产业在产业技术体系中占有核心地位,从整个产业技术体系的发展战略角度出发,分析现有的汽车各种替代能源的优缺点,分阶段实施汽车新能源的发展战略,对于我国实现产业技术的跨越发展具有十分重要的现实意义。
二、汽车代用能源的分类及特点
目前,可代替传统汽油和柴油的汽车代用能源有许多种,可将其归纳为三类:第一类是不可再生能源,包括液化石油气、天然气、煤基液体燃料、甲醇;第二类是可再生能源,包括乙醇、生物柴油、太阳能;第三类是性质不确定能源,其性质的归属取决于生产该能源的原料,包括燃料电池、电能和氢能。
1.不可再生能源
(1)液化石油气(LpG)。LpG分为石油炼制过程中的副产品和油田伴生气两种。
LpG的优点:①能效高。与汽油相比,LpG辛烷值较高;②减少污染。LpG可降低Co2排放25%、CH80%、So270.5%、So99.99%、pb100%、Co89.72%、颗粒物41.67%、噪音40%;不需改变内燃机;石油废弃物利用,有一定的经济价值。
LpG的缺点:能量密度低;车用LpG的质量要求较高,需要提纯处理;存在一定的爆燃危险性,安全性较差;仍然以石油资源为依托,属于不可再生资源。
(2)天然气(nG)。汽车使用的天然气按储存方式主要分:压缩天然气(CnG)、液化天然气(LnG)和吸附天然气(anG)三种。
①压缩天然气(CnG)。CnG是将常态下的天然气以20mpa以上压力压缩在高压罐内供汽车使用。
CnG的优点:污染排放低。天然气汽车尾气中noX及Co2排放量很低,且无pm固体微粒排放;工艺简单。供汽车使用的CnG是用压缩机将天然气压缩储存,燃烧时通过减压装置减压释放,工艺比较简单;天然气储量相对丰富。我国目前天然气资源量约为54万亿立方米,探明的天然气地质储量为3.9万亿立方米,资源探明率为7.2%。并且,天然气的勘探潜力很大,储量较石油丰富。
CnG的缺点:存储体积较大,能量密度低;汽车充气时间较长,一次行驶里程短;储气钢瓶因压力大,有一定的危险性;车用充气源受天然气管网限制;属不可再生资源。
②液化天然气(LnG)。LnG是将天然气在-161℃的低温下液化,并进行净化处理而成。
LnG的优点:更洁净环保。LnG燃尽后无灰渣和焦油,主要排放物是二氧化碳和水蒸气,no2、Co2等有害物质的含量极少;能量密度大。LnG液化后的体积仅是原气态体积的1/625,能量密度高于CnG三倍多;安全性能好。LnG无需高压,不易自燃自爆,安全性能好;车用充气源不受天然气管网限制;具有循环利用能源效应。LnG在汽化至常态过程中将释放出大量的冷能,可回收用于汽车空调或汽车冷藏。
LnG的缺点:生产与运输成本较高。LnG是在低温下液化、缩小体后装入特殊运输设备运送到目的地,并再次气化后方可使用。因此,LnG在中短途运输方面成本过高。属不可再生资源。
③吸附天然气(anG)。吸附储气的原理是在储气容器中以特殊方法装填超级活性炭作为吸附剂。利用吸附剂表面分子与气体之间的作用力吸附气体分子。
anG的优点:储存压力低。anG的压力一般只有4~6mpa,有利于安全;不必使用笨重的钢瓶,减少储气设备重量。
anG缺点:能量密度低;anG技术难度较大,目前还处于研究阶段。
(3)煤基液体燃料。煤基液体燃料是将煤炭通过直接或间接方法液化成液体燃料油,俗称“煤变油”。
煤基液体燃料的优点:我国富煤少油,利用煤变油技术可缓解石油紧张。
煤基液体燃料的缺点:煤变成液态燃料单位成本高;煤转化成液态燃料的生产过程中要消耗大量的能源;煤变油技术仅是将一种不可再生能源转化为另一种形式,不符合能源发展方向;煤变成液体燃料只是将煤炭转变为汽油、柴油,依然不能降低环境污染。
(4)甲醇。甲醇是一种含氧化合物,溶解性强,可与汽油、柴油溶解混合为新型燃料。甲醇可从煤、天然气和油页岩中制取。
甲醇的优点:甲醇作为燃料具有辛烷值高、汽化潜热大、热值较低等特点;作为车用燃料,甲醇的Co、HC和nox排放较汽油和柴油低,几乎无碳烟排放;溶解性好,可与汽油、柴油混合使用。
甲醇的缺点:对环境即有正面影响也有负面影响。甲醇汽油可以减少尾气中Co、CH、nox排放,但尾气中总醛排放增加;甲醇具有毒性。人摄入5～10毫升就会发生急性中毒,30毫升即可致死;甲醇对金属有腐蚀作用,对橡胶皮革有溶胀作用;制取甲醇要消耗不可再生资源。
2.可再生能源
(1)乙醇。乙醇是玉米、小麦、薯类、高粱、甘蔗、甜菜等经发酵、蒸馏、脱水后再在其中加入变性剂而成。车用乙醇汽油是将燃料乙醇和组分汽油按一定比例混配而成。
乙醇的优点:减少污染。使用乙醇汽油的汽车尾气中Co降低30%,noX减少10%,苯系物质、氮氧化物、酮类等污染物浓度明显降低;属可再生能源。
乙醇的缺点:乙醇需要与汽油混合使用,不能成为汽油的完全替代品;燃烧乙醇会产生悬浮颗粒,不是完全的绿色燃料;消耗大量土地资源。
(2)生物柴油。生物柴油是采用动物或植物油脂与甲醇(或乙醇)经酯交换反应而得到的脂肪酸甲(乙)酯,是一种可以替代石油柴油的可再生清洁燃料。
生物柴油的优点:环保特性优良。根据美国科学家的研究结果,使用生物柴油可降低90%的空气毒性,二氧化碳排放要比柴油减少60%;车辆成本低。使用生物柴油的汽车与普通柴油车相同,车辆无须任何修改;安全性好。生物柴油的闪火点较高,毒性较低;是一种环境友好的可再生燃料。
生物柴油的缺点:燃烧效果差。生物柴油的粘度约为#2石化柴油的12倍,影响喷射时程,导致喷射效果不佳。由于生物柴油的低挥发性,造成燃烧不完全,影响汽车燃烧效率;制取生物柴油的成本较高;消耗大量耕地资源。
(3)太阳能。太阳能资源丰富,随处可得,无需运输,对环境无任何污染,是未来汽车能源的发展方向。
目前,制约太阳能汽车发展的主要障碍:一是汽车的动力常受时间、地点、季节、气候影响;二是太阳能的采集与转换效率难以满足汽车高速行驶所需要的足够动力;三是太阳能电池板造价昂贵。
3.性质不确定能源
(1)燃料电池。燃料电池是直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的一种装置。燃料电池常用的燃料有氢、天然气、甲醇等,常用的氧化剂有氧气、空气。
燃料电池的优点:洁净、污染低。纯氢和氧结合的燃料电池,可实现零放排。以甲醇、天然气为燃料的燃料电池汽车造成的大气污染仅为内燃机汽车的5%;燃料电池能量转换效率较高;噪音低。燃料电池属于静态能量转换装置,除了空气压缩机和冷却系统以外无其他运动部件,噪音小;燃料多样化。燃料电池所使用的燃料可以是氢、甲醇、天然气,也可以是丙烷、汽油、柴油、煤以及可再生能源;利用生物制氢、水制氢的燃料电池可实现能源再生化。
燃料电池的缺点:成本高。质子交换膜电池中的膜材料和催化剂均十分昂贵;燃料的质量不过关。质子交换膜燃料电池必须使用没污染的氢燃料,而目前纯净氢的制取技术还存在困难。
(2)电能。以电能为动力的汽车分为三种:纯电动汽车(BeV)、燃料电池电动汽车(FCV)和混合动力电动汽车(HeV)。纯电动汽车是指以车载蓄电池为电源,用电动机驱动的车(本文中的电动汽车指的是纯电动汽车)。
电能是一种洁净能源,电动汽车完全可以实现零排放、无污染,但是,目前的电能还不属于可再生能源,主要是因为电能还有相当一部分是通过煤炭、石油等化石类能源转换而来。
电动汽车的优点:洁净无污染。目前,只有电动汽车完全符合零排放,而且电动汽车噪音很低;电能是取之不尽、用之不竭的能源。如果用再生能源(太阳能、水能、风能、生物质能、潮汐)发电,电能可永续使用;电能的利用技术成熟。人类利用电能已有很长一段历史,遍布全国的电网可为电动汽车的充电带来极大的方便;电动汽车结构简单,维修方便。
电动汽车的不足:电池性能还无法满足电动汽车产业化的要求。目前,电动汽车的蓄电池主要有:铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池等。铅酸蓄电池比能量低,质量和体积太大,一次充电行驶里程较短,且寿命短,污染严重;镍镉蓄电池中的重金属镉对环境有污染;镍氢蓄电池有高温使用电荷量急剧下降的缺点;锂离子的问题是安全性和稳定性,此外,大功率锂电池存在技术难度;价格昂贵。蓄电池的价格是目前制约电动汽车产业化的障碍;电池充电时间长,蓄电能力有限;动力性差;电能还没有解决完全可再生和无污染问题。电能的生产还大量依赖煤炭、石油等不可再生资源,此外,汽车废弃蓄电池还有污染问题。
(3)氢能。氢是自然界存在最普遍的元素,在自然界中多以化合物形态出现,主要贮存于水,特别是海水中富含大量的氢,石油、天然气、煤炭、动植物体也含氢。氢的发热值是所有燃料中最高的,而且燃点高,燃烧速度快,是十分优质的二次能源。以氢气为能源驱动汽车,主要有三种方法:汽车携带贮氢罐,以氢气在发动机中直接燃烧产生动力;汽车电池放电电解出氢作燃料;以氢作燃料电池的燃料,用电力驱动汽车。
氢能的优点:氢是洁净能源。氢燃烧非常清洁,除生成水和少量氮化氢外不会产生其他对环境有害的污染物质;氢是高效燃料。每公斤氢燃烧产生的能量为33.6kw・h,是汽油的2.8倍;不需要对现有的技术装备作重大的改造。现在的内燃机稍加改装即可使用氢。
氢能的缺点:廉价的制氢方法是氢能利用的一大障碍。目前,氢的制取需要大量能量,而且制氢效率很低;氢的安全性能差。氢气是一种无色无臭的气体,而且着火界限宽、着火能低、燃烧速度快,容易引发火灾及爆炸。此外,氢特别容易泄漏,加油站、管道和纯化工厂很难完全消除泄漏隐患。
三、发展我国汽车新能源的思路
汽车产业在整个工业体系中占有核心地位,汽车新能源的发展战略不仅关系到汽车产业的可持续发展,而且对于整个工业的发展方向具有举足轻重的作用,因此,我们还需要从产业技术体系角度考虑汽车新能源的发展战略。
产业技术体系是指在工业生产部门各个产业领域所使用的各种产业技术,因其生产过程中的必然联系而构成的统一的有机整体。产业技术体系中的产业技术因其在生产部门生产过程中的影响范围和程度不同而分为源技术、主干技术、旁支技术三个层次。其中,源技术是最核心的、最具影响力的技术,它决定整个工业部门产业技术体系的性质和本质特征,决定了工业部门内部其他产业部门核心技术的产生、变革和地位。而主干技术是在源技术之下,直接与源技术配套的工业部门内部各产业技术,它们只是对一个或几个工业部门有重大作用。而旁支技术则是为主干技术服务的、处于次要地位的各产业技术。
人类历史上的历次产业技术革命都因产业技术体系中的源技术发生重大变革,推动产业技术体系中各层次的产业技术逐步改变,最终导致整个产业技术体系发生变革。第一次工业技术革命正是因蒸汽机的出现,导致人类生产的重心从农业转向工业;第二次工业技术革命由于内燃机和电力技术的发明,使人类生产走上了重化工业道路,也导致今天的资源危机和环境恶化;以微电子、新材料、新能源、生物工程、航天技术、海洋技术等为代表的第三次工业技术革命,并没有改变第二次工业技术革命所奠定的重化工业技术体系性质,却使消耗不可再生资源、污染环境的重化工业技术体系加速发展。今天,人类经济社会面临的生存危机,在本质上是产业技术体系性质造成的,是迄今为止历次产业技术革命都在产业技术开发与应用上忽视了人与自然的关系,从而导致产业技术体系各层次的产业技术都消耗不可再生资源、排放污染环境的废弃物造成的。
当前的产业技术体系还属于重化工业技术体系。重化工业技术体系中的源技术――电力技术和内燃机具有消耗不可再生资源、破坏环境的性质,带动了汽车、钢铁、能源、化工、机械加工等主干技术以及旁支技术也具有同样的性质。因此,要实现人与自然和谐相处,必须从根本上针对重化工业技术体系的源技术――电力技术和内燃机进行革命。
传统的内燃机是直接建立在石油、天然气等不可再生能源结构上的工业动力,是现代大工业各种产品生产的母机。汽车发动机是内燃机最突出的代表。汽车不仅是不可再生资源主要消耗者,也是城市环境恶化的主要元凶,此外,汽车产业更是在整个产业技术体系中关联最多的产业。因此,汽车洁净能源的开发应朝着改变传统的内燃机技术,使其由消耗不可再生资源、污染环境向使用可再生资源、对环境无害的方向发展,以推动整个产业技术体系向生态化变革,从而实现可持续发展的目标。因此,未来汽车的新能源应具备如下条件:
第一,新能源必须是可再生资源。不可再生资源终究会枯竭,用较丰富资源替代紧张资源只能作为短期权宜之计。
第二,新能源必须是洁净的。新能源不应对环境产生任何污染,应完全实现零排放。
第三,新能源有利于变革传统的内燃机技术。变革传统的消耗不可再生资源的内燃机技术不仅对于汽车产业发展有利,也会推动整个产业技术体系向可持续发展的方向努力。
四、我国汽车新能源的发展战略
综上所述,我们认为电能是汽车未来最佳的能源。但是,用电动机取代目前广为使用的传统内燃机不是一蹴而就的事情,因此,汽车新能源的发展战略还需要分阶段实施。
1.用电动机取代使用化石类能源的传统内燃机可作为远期终极目标
选择电能作为汽车未来能源的理由是:第一,电能是完全洁净的能源,电动汽车完全可以实现零排放;第二,电能完全有可能转变为可再生能源。尽管目前电能还不是可再生能源,但是随着太阳能发电、风能发电、生物质能发电、潮汐发电等的普及,电能会迅速转变成可再生能源;第三,有利于产业技术体系变革。传统内燃机被电动机取代,将导致化工、石油、煤炭等行业逐步萎缩,而太阳能发电、风力发电、生物质能发电以及潮汐发电等产业将得到大力发展。层层推进,可推动整体产业技术体系发生变革,有望改变重化工业技术体系消耗不可再生资源、污染环境的本质。
2.发展燃料电池汽车是中期目标
将燃料电池汽车作为中期发展目标的理由是:第一,燃料电池汽车技术已相当成熟,极有可能先于电动汽车进入市场。近几年,世界各大汽车公司都纷纷推出以氢或甲醇为燃料的燃料电池汽车;第二,燃料电池汽车有利于环境保护和节省能源。氢燃料电池可实现零排放,即使使用其他燃料(如甲醇)的燃料电池汽车也是常规汽车排放的30%。另外,燃料电池能效高有利于节省能源;第三,燃料电池完全可能实现由不可再生能源向可再生能源的转化。水解氢燃料电池可以实现资源的循环使用,因为氢与氧的燃烧产物就是水,水可以循环使用,取之不尽,用之不竭。另外,可利用太阳能、风能、潮汐能等可再生能源制氢,实现能源可再生化。目前,制约燃料电池成为可再生能源的是水解氢的制取技术,但是,甲醇等燃料电池技术的使用与推广,可为氢燃料电池的发展奠定良好的基础。第四,燃料电池汽车发动机是传统内燃机的变革,可为电动机最终取代传统内燃机提供经验。
尽管,目前的甲醇燃料电池、通过煤或天然气制取氢的燃料电池与我们所倡导的能源的可再生化发展方向违背。但是,只要太阳能、风能、潮汐能发电技术、水解氢技术一旦成熟,燃料电池实现可再生能源的目标就十分容易。因此,我们将燃料电池作为中期发展目标。
3.液化天然气汽车可作为短期发展目标
液化天然气(LnG)属不可再生资源,不符合能源的发展方向,也与我们的倡导的终极目标相悖。我们将其作为短期发展目标的理由是:第一,液化天然气有助于解决汽车尾气的严重污染问题。液化天然气与汽油、柴油相比,更洁净环保;第二,液化天然气有助于解决目前的石油紧张问题。我国的天然气储量较石油丰富,而且天然气的探明储量在不断增加。此外,使用液化天然气不受天然气管网限制,可充分利用世界天然气资源,这对于我国的能源安全有利;第三,液化天然气使用技术与现存的内燃机技术衔接较好。
但是,天然气资源是不可再生资源,长期过量开发与使用将会导致与石油资源一样的命运。因此,发展液化天然气汽车只可作为短期发展战略。
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生物燃料的优点篇3
近年来，能源短缺困扰世界经济的发展，许多国家纷纷调整能源政策，寻找矿物质能源的替代产品，生物质能源作为一种可替代石油、天然气的可再生清洁能源，得到了世界各国的普遍关注和重视。清洁生物质能源生产技术主要有两种：①以淀粉质和糖质作物（例如玉米、甘薯、甘蔗等）或植物纤维废弃物质（例如农作物秸秆、树枝等）为原料生产燃料酒精；②以油菜、油棕榈、大豆、蓖麻等油类植物或废弃油脂为原料生产生物柴油。这两种清洁能源生产技术是近期最有可能在中国形成生产力、应用于规模化生产的可再生能源技术，也是当前公认的、最富有生命力和实际应用价值的生化工艺。
生物质能源的原料主要来自农村，开发利用生物质能源必将带动能源农业的发展，对中国社会、经济产生积极的影响：一是降低能源的对外依存度，缓解中国的能源压力，保障中国的能源安全；二是根据农村地区的要素禀赋优势，因地制宜发展比较优势产业，使农业向能源产业渗透，成为能源产业链的重要一环，增加农民收入；三是将农作物秸秆等废弃物充分利用起来，通过市场疏导、而不是堵截的方式治理农村生态环境。总之，发展能源农业有助于建立中国能源、农村经济、环境之间的良性互动机制，从根本上解决中国能源短缺、农村经济发展滞后、环境污染严重等问题，起到“一石三鸟”的作用。
中国政府及有关部门对生物质能源的利用极为重视，在连续四个五年计划中都将生物质能源列为科技攻关重点项目。2006年1月1日开始实施的《可再生能源法》在法律高度上明确了可再生能源在现代能源中的地位，并出台了一些具体的优惠政策，但与能源农业发达的国家相比，中国还存在产业规划不够系统、扶持政策不够清晰、相关的配套措施有待细化和明确等问题。他山之石可以攻玉。本文试图通过对生物质能源计划实施相对成功的美国、巴西、德国进行对比分析，了解能源农业发达国家的产业促进政策，从而希望能给中国能源农业的发展带来有益的启示。
二、能源农业发展战略的国际比较
（一）美国的“能源农场”策略
为了控制中东地区的石油资源，美国在军备支出方面付出巨大代价，美国政府逐渐认识到把资金投给动荡不安的中东还不如投给国内的农场主。美国的能源农业是以燃料酒精为突破口发展起来的。在上世纪70年代初，美国开始利用玉米为原料生产燃料酒精，80年代后期，由于石油价格走低，燃料酒精产业的发展一度处于停顿状态。近年来，受石油价格大幅上涨的影响，燃料酒精再次得到重视，生产规模迅速增大。美国人少地多，农业生产发达，玉米等农产品过剩，以粮食为原料生产燃料酒精具有良好的产业化条件和基础。目前，美国玉米酒精年产量已达1000万吨，其中，912万吨被添加到汽油中，替代了运输用能源的3%，在中西部12个州这一比例甚至达到了5%～10%。
为了推动能源农业的发展，美国在总体部署、市场供应、税收优惠、资金支持、技术开发等方面做出了系统的安排。
1.总体部署。1990年以来，美国出台了一系列的法令法规推动生物质能源的使用。例如，1994年，美国环境保护委员会（epa）规定，以燃料酒精为主的可再生清洁燃料在大城市必须全年供应：1998年，国会通过《汽车替代燃料法》，鼓励使用燃料酒精作为替代能源。1999年，美国总统签署的一项国家战略计划提出，到2020年，生物质燃油将取代石化类燃油消费量的10%。2005年实施的《国家能源政策法》规定，销售的汽油中必须包含一定比例（将逐年递增）的生物质能源燃料，在未来的5年内，燃料酒精的产量将增加一倍，到2012年，汽油中添加酒精的数量要达到80亿加仑（2430万吨），2013年，可再生能源要占全部能源的7.5%以上。2005年，美国农业部（usda）宣布实施综合能源战略，支持燃料酒精、生物柴油等可再生能源的开发、生产和使用，成立能源理事会，协调与美国能源部、环保局等部门的合作，监督综合能源战略的实施。
美国通过以上法令法规，从总体上对生物质能源的开发利用进行了规划，以法律手段为能源农业的发展提供了保障。
2.市场供应。2005年的《国家能源政策法》要求汽油中必须添加一定比例的燃料酒精，能源部门也通过政策规定，联邦、州和公共部门必须有一定比例的车辆使用生物柴油。为保证了燃料酒精的市场供应，美国加快了乙醇加油站的布点建设，2006年，乙醇加油站增加了近1／3，目前，境内的乙醇加油站已达到1000个左右。此外，美国的汽车制造商也十分配合生物燃料的推广使用，仅2006年一年，向市场投放的可变燃料汽车就达到100万辆左右。
3.税收优惠·为了推广燃料酒精的生产和销售，美国制定了十分具体的税收优惠政策，主要涉及两种税的减免：一是燃料货物税的减免，减免幅度根据燃料中酒精的含量确定，例如，对e85酒精（85%酒精与15%汽油混合）减免57美分／加仑；二是对生产、销售、使用燃料酒精的企业减免联邦所得税，减免幅度因企业类型不同而异，例如，对酒精生产商减免所得税10美分，加仑，对酒精汽油配制商减免所得税54美分/加仑，对酒精汽油零售商或不通过零售商直接使用酒精汽油的机构销售或使用e85酒精，减免所得税5.4美分，加仑。积极的税收优惠政策有效地刺激了生物燃料在美国的应用。
4.资金支持。据usda统计，2001年以来，usda的农村发展基金已经投放资金2.9亿美元，资助酒精生产工厂以及风能、太阳能等可再生能源项目。2005年的《国家能源政策法》规定，在未来的5年内政府将为可再生能源项目提供30亿美元以上的资金。2006年1月，在美国最大的农业组织－－美国农业社团联盟（americanfarmbureaufederation）年会上，usda宣布将提供1900万美元作为无偿补助资金支持可再生能源生产计划，鼓励农场主和中小企业从事可再生能源的开发，并对可再生能源项目优先提供贷款。
5.技术开发。美国加大了能源农业的研发投入力度，并取得了一系列重大进展。在能源作物选育上，美国科学家利用甘蔗和热带草本植物杂交选育了能源甘蔗，其生物量比一般的糖料甘蔗高一倍左右，酒精发酵量高达23～26吨，年·公顷。在生物质能源生产工艺上，美国进行了技术创新，采用先进高效发酵工艺，使酒精生产的原材料成本在过去的15年中降低了2／3。考虑到粮食酒精生产本身需要消耗大量的石化类燃料，近期美国的生物质能源发展计划出现了战略性转移，粮食酒精开始向农林纤维素酒精过渡。由于纤维素酒精的原料――纤维素酶价格较高，燃料酒精生产在成本上不合算，近期美国在提高酶的生产活力方面重点攻关，利用生物工程技术有效控制生产成本。
（二）巴西的燃料酒精发展计划
目前，全球生物质能源占能源消费总量的平均比重为13.6%，其中，发达国家为6%，而巴西已经达到44%。巴西具有发展能源农业得天独厚的自然条件。该国国土面积851万平方公里，牧场2亿多公顷，农田6200多万公顷，这些土地都非常适宜种植甘蔗、玉米以及大豆、油棕榈、蓖麻、向日葵等能源作物。此外，巴西还有大量能够种植能源作物、但尚未开垦利用的土地。这些有利的自然条件为巴西能源农业的发展提供了充分的保障。
巴西是世界上最早实施燃料酒精计划的国家之一，也是最早实现生物质能源产业化的国家。在上世纪70年代中期，巴西利用本国榨糖业比较发达、甘蔗资源十分丰富的有利条件，开始利用甘蔗生产燃料酒精。经过30年的发展，已经形成完整的“甘蔗种植－燃料酒精－酒精汽车”产业链，产业规模不断增大，到2005年底，燃料酒精年产量已达1200万吨，出口燃料酒精21亿升，成为世界上最大的燃料酒精生产国、消费国和出口国。
燃料酒精的规模化生产降低了巴西能源的对外依存度，保障了能源安全，同时也调动了农民种植甘蔗的积极性，稳定了蔗糖生产，现在，燃料酒精产业已成为巴西的支柱产业。巴西能源农业从燃料酒精产业化发展开始，取得成功后又在生物柴油上加大了投资的力度，并且取得可喜的回报，每桶生物柴油的成本已经降低到26美元。
1.总体规划。在不同的时期，巴西选择了不同的生物质能源发展战略。在生物质能源发展的初期，巴西选择了以传统产业－－榨糖业为支撑，以甘蔗酒精为突破口，实行燃料酒精产业化的发展战略，取得了能源农业发展的先机。在本国燃料酒精产业的规模稳定后，巴西及时提出酒精出口战略，特别是近年来在石油价格急剧上涨、双燃料动力汽车热销、全球对燃料酒精需求量增长的背景下，巴西加大了燃料酒精出口推广的力度，目前，巴西已经开始向委内瑞拉和尼日利亚出口燃料酒精，同日本建立燃料酒精合资企业的计划也在积极商讨之中。此外，巴西政府已经把中国、印度、印度尼西亚等能源匮乏国列入目标国，正在加强政府间的游说。借鉴燃料酒精产业发展的成功经验，巴西将生物柴油的开发利用和产业化列入下一步的发展重点，由总统府牵头、14个政府部门参与，成立了跨部门的委员会，负责制定生物柴油推广政策和措施。
2.市场供应。为了扩大燃料酒精的销售，增加对消费者的吸引力，巴西出台了一系列具体措施保证燃料酒精的市场销售，例如，一些州规定，政府所属的石油公司必须购买一定数量的燃料酒精，以低于汽油的价格销售燃料酒精，等等。在生物柴油的市场供应上，巴西政府也进行了系统的规划：从2008年起，全国市场上销售的柴油必须添加2%的生物柴油；到2013年，添加生物柴油的比例应提高到5%。
3.资金支持。长期以来，巴西出台了各种措施对生产燃料酒精的企业提供资金上的帮助，鼓励生物质能源的生产。例如，对燃料酒精生产企业提供低息贷款，国家的政策性银行设立了生物燃油专项信贷基金，提供最高可达90%的融资信贷。为了鼓励农民种植大豆、甘蔗、油棕榈、向日葵等作物，保证生物质能源生产的原料供应，对直接从事能源作物种植的农户，联邦政府设立了l亿雷亚尔（折合0.34亿美元）的信贷资金。
4.技术开发。在1975～1989年期间，巴西政府投资49.2亿美元，形成了蔗糖酒精生产技术和酒精汽车技术的研究体系，一些研究机构纷纷与企业寻求联合，共同致力于生物燃油技术的推广使用。在全国27个州中，已有23个州建立了开发生物燃油的技术网络。最近，巴西又开发出从甘蔗渣中提取酒精的新技术，进一步提高了甘蔗的酒精产出率。
（三）德国的生物柴油发展之路
由于生物柴油具有可再生、比传统柴油燃烧更彻底、排放尾气二氧化碳更低等优点，从而得到德国政府的大力推广，并且作为生物质能源的发展重点加以引导和扶持。目前，生物柴油已成为第一个在德国全国范围内销售的石油替代燃料，德国也成为世界最大的生物柴油生产国和消费国。
1988年，德国聂尔化工公司率先从油菜籽中提炼生物柴油。经过二十来年的发展，生物柴油的生产规模不断增大，到2005年，生产企业有23个，年生产能力达140多万吨，占整个欧盟15国总生产能力的一半以上。据报道，德国的neckermann可再生资源公司已建成世界最大的生物柴油生产流水线，整个生产工艺从菜籽开始，经过菜籽加工、压榨、抽提、粗油加工几个过程，最后产出生物柴油。著名的壳牌公司也计划在德国北部投资4亿欧元，建设生物柴油提炼厂，预计2008年年产量将会达到2亿升。除了直接从油类植物中提炼生物柴油外，德国对废弃油脂的利用也十分重视，例如，饭馆的废弃食用油不能随意倾倒，必须向环保部门支付收集费，由环保部门统一处理加工成柴油替代品。
1.市场供应。德国政府规定，从2004.年1月起，必须在柴油中强制性地加入一定比例的生物燃油。为了推广生物柴油的使用，德国加强了生物柴油加油站的布点建设，形成密度大、供应快捷、服务完善的生物柴油供应网络。德国现有生物柴油加油站1700多个，平均每20-45公里公路上就能找到一个生物柴油加油站，并且还在以每年120家的速度增长。此外，为了保证生物柴油的质量，德国在生物柴油的质量管理方面做出严格规定，成立了生物柴油质量管理联盟，对生物柴油的原材料供应、生产、运输、销售等环节进行严密的质量监控。
2.配套产业的跟进。相关产业的技术跟进是德国发展生物柴油产业的重要保证。德国汽车业发达，为了配合生物柴油的推广使用，汽车厂家对发动机性能进行了改进。大众汽车公司和奔驰公司主动承诺，未来生产的私人轿车将不再需要改装，可以直接使用生物柴油。随着生物柴油发动机技术的成熟、轿车柴油化趋势的加快，预计生物柴油产业将会获得更大的发展空间。
3.资佥支持和税收优惠。为了鼓励生物柴油的生产和销售，德国每年向油菜种植户提供适当的经济补贴，对生物柴油的生产企业实行完全免税，并且提供一定的产品开发资金，对生物柴油的销售企业给予税收减免的优惠政策。
三、对中国能源农业发展的启示
从美国、巴西、德国生物质能源农业发展的经验来看，能源农业快速发展离不开政府在产业发展方向上的总体规划，在市场、技术、资金、税收政策等方面的全方位支持，这给中国能源农业的发展带来有益的启示：
生物燃料的优点篇4
关键词：电线；电缆；阻燃性能
1.前言
电线电缆的阻燃性能的好坏在一定程度上决定了电气线路的整体安全水平。近年来，随着经济速度的不断加快，各种大型工业设施，高层商业建筑、地下建筑和居民住宅数量的逐渐增多，线缆的使用总量越来越大，且敷设的密集度也越来越高。根据消防部门的统计，我国发生的火灾中，因电气引起的火灾占一半左右。而电气火灾中，由于电线电缆的老化和过载使用引起的火灾占较大比例，同时因火灾时引燃电线电缆中可燃绝缘和护套材料，致使火灾事故进一步扩大，电线电缆的安全时刻影响着我们的日常生活和社会生产。所以关注其阻燃性能的研究，提高电线电缆的阻燃性能至关重要。
2.电线电缆火灾概述
电线电缆是用于传输电能、传递信号及实现电磁能转换的电工产品。电能在传输过程中由于导体工作发热使得电线电缆自身发热温度升高。一般情况下，电缆在工作温度下长期运行不会发生事故。当电缆长期过载或某一用户发生短路等故障，就会使通过电线电缆的电流瞬间飙升，产生极大的热量引起电缆绝缘获护套材料的燃烧。过去人们在布线时都采取成束敷设的方式，只要其中一条线路发生燃烧那么就会造成所有线路共同失火的可能。
线缆长期运行会导致绝缘及护套性能老化因而在电场作用下而被电流击穿，发生短路事故引起火灾。电缆的绝缘和护套材料的易燃性是火灾发生和蔓延的主要原因，而电缆材料在燃烧过程中释放的大量的有毒有害气体则严重危害了人们的生命安全并给人们带来了财产损失。
3.阻燃电线电缆概念
阻燃电线电缆难以着火并具有阻止或延缓火焰蔓延的能力。虽被燃烧，但在撤去火源后，火焰的蔓延仅在限定范围内，残焰及灼烧在限定时间内能自行熄灭，其在火灾情况下有可能被烧坏而不能运行，可以防止火灾的扩大。通常阻燃电缆指的是能通过GB/t18380.3（ieC60332.3）试验合格的电线电缆。
4.阻燃电线电缆种类及性能
4.1.普通阻燃电线电缆
普通阻燃电线电缆绝缘及护套材料一般采用的是含卤素（或加入含卤素阻燃剂改性）的高分子材料，最常用的是聚氯乙烯（pVC）材料。普通的pVC树脂具有极高的电绝缘性，耐化学性，耐磨性、耐老化性能优良，且价格低廉的特点而成为我国目前使用量最大的电缆材料原料，但pVC燃烧时会释放出氯化氢、一氧化碳、二氧化碳、各种芳香烃类、含氯化合物等有毒有害气体。
4.2.低烟型阻燃电线电缆
低烟型阻燃电线电缆可在绝缘及护套材料中加入氢氧化铝、氢氧化镁等无机氢氧化物阻燃剂。其阻燃原理为凝聚相阻燃原理：氢氧化铝、氢氧化镁受热分解释放水分，同时吸收热量降低绝缘及护套材料的实际温度，抑制材料的分解和释放可燃性气体。生成的金属氧化物又是耐火材料，覆盖于材料表面能提高绝缘及护套抵抗火焰的能力，起到隔绝空气阻止燃烧的目的。氢氧化铝、氢氧化镁作为阻燃剂优点如下：无毒、不挥发、价廉、阻燃、消烟。但与基体树脂相容性差，作为阻燃剂时必须大量添加才能达到一定的阻燃级别，大量添加易导致材料成型加工性、力学性能降低。
低烟型阻燃线缆也可在材料中加入锑系化合物。锑系化合物本身不是阻燃剂，而是一种阻燃协同剂，常与卤化物配合使用，在高温下三氧化二锑与卤化物反应生成三卤化锑或卤氧化锑，其阻燃原理为气相阻燃原理：三卤化锑蒸汽能较长时间停留在燃烧区，可稀释可燃性气体，三卤化锑蒸汽密度大，覆盖在聚合物表面，可起到隔热隔氧的作用，这对抑制材料的燃烧是非常有效的；卤氧化锑的分解为吸热反应，可有效降低被阻燃材料的温度和分解速率；液态及固态三卤化锑微粒的表面效应可降低火焰能量；三卤化锑能促进凝聚相的成炭反应，相对延缓生成可燃气体的材料的热分解和氧化分解，且生成的炭层可阻止可燃气逸入火焰区，并保护下层材料免遭破坏。
4.3.低烟无卤型阻燃电线电缆
低烟无卤型阻燃电线电缆的绝缘及护套材料多为热塑性弹性体材料，材料中不含有氟氯溴碘等卤族元素，在制作过程中排除了汞、铬、镉、铅等对环境有较大污染的重金属元素，经常采用的材料有聚酰胺。这种线缆的阻燃机理为中断交换阻燃机理。中断交换阻燃是指将阻燃材料燃烧时产生的部分热量带走，致使材料不能维持热分解温度，因而不能持续产生可燃气体，于是燃烧自熄。例如，当阻燃材料受强热或燃烧时可熔化，而熔融材料滴落时，可将大部分热量带走，致使燃烧延缓，最后可能终止燃烧。这类线缆由于燃烧后对设备和建筑物腐蚀性极小，因而能最大限度的降低经济损失，具有很高的安全性能。但滴落的灼热液滴可引燃其他物质，增加了火灾的危险性，因此选用阻燃剂时要考虑防熔滴。
4.4.氟塑料型阻燃电线电缆
氟塑料型阻燃电线电缆由于其材料的特殊的化学结构而使自身带有阻燃性。这种材料无需改性或作阻燃处理，具有耐高温、抗氧化、不易燃、氧指数高、能自熄等特点，是光纤通信电缆的理想用线。但该类阻燃电线电缆成本超过以上三种线缆，在大众市场上没有价格竞争优势，因此目前只应用于国家安全性工程中。
5.总结：
我国快速发展的经济建设对电线电缆的需求量越来越大，普通电线电缆无法避免潜在的火灾危险性，已经逐渐不适宜经济建设的需求了。阻燃电线电缆因其优秀的控制火灾危险的能力越来越受重视，加强对阻燃性电线电缆的研究，开发出性能优良价格低廉的阻燃材料，满足当前几年和未来的社会需求，是我们必须肩负的责任。
参考文献：
[1]黄辉，徐耀亮.电线电缆阻燃性研究现状[J].上海塑料.2012（03）.
[2]李玉芳，伍小明.无卤阻燃剂的研究开发进展[J].塑料制造.2006（04）.
生物燃料的优点篇5
新型案例教学设计
基于对微生物燃料电池多年的研究基础及对环境工程专业的认识，笔者总结了微生物燃料电池与以下课程的结合。
1.水质工程学教学
微生物燃料电池作为一种有应用前景的新技术，近年来得到广泛关注，也取得了进展。而微生物燃料电池可以作为案例，引入到水质工程学的教学中来。在讲授生物处理部分，可以引入微生物燃料电池这项新技术。首先需要向学生讲清楚微生物燃料处理废水的原理。在微生物燃料电池阳极室内，同时发生着厌氧生物处理、电化学氧化、生物氧化与生物混凝等多个过程，并逐一介绍此四个过程的原理特征。然后向学生介绍当前应用微生物燃料电池技术进行污染处理的研究状况。近年来，一系列富含生物可降解有机物的废水，在微生物燃料电池中逐渐被尝试用来产电，同时废水本身得到降解。在介绍完整体研究状况后，任课教师可以根据熟悉的特征废水，展开而深入地向学生展示。需要提及的是，氮污染控制是当下环境保护工作的重点，微生物燃料电池处理含氮废水是该技术在废水处理领域最重要的应用之一，也与中国地质大学（北京）以地下水污染防治为特色的环境工程教学特点密切相关。微生物燃料电池生物脱氮的研究最早开始于2004年，研究者发现当阴极电势控制在-500mV时，微生物能够直接以阴极作为电子供体将no3-还原[7]，这对微生物燃料电池处理含氮废水的实际应用具有十分重要的意义。同时也需要向学生说明，当前受制于材料成本，微生物燃料电池处理废水还只停留在实验室研究，还未真正应用。这样既向学生传授了生物水处理的相关知识，又激发学生进行深入了解研究的动力，培养了学生善于思考与联想的能力。在讲授水处理系统部分时，在讲解完生活污水传统的处理工艺的基础上，可以针对当下相对难以处理的工业废水，介绍基于微生物燃料电池的新型处理工艺。如笔者所在的课题组尝试用UaSB-mFC-BaF的组合工艺处理糖蜜酒精废水[8]，高效去除污染物的同时，并获得1410.2mw/m2的最大功率密度。其中，在UaSB单元高效去除CoD并进行硫酸盐还原，mFC单元氧化硫化物的同时产电，BaF单元去除色度并降解苯酚衍生物。与常规工艺的结合为mFC在污水处理方面的应用提供了新的思路，成为一种很有前途的处理方式。这除了向学生传递了水处理工艺的相关知识，也示范了工艺组合的特点与基本规律，培养了学生讲自己所学的水处理技术融会贯通，灵活运用的能力。
2.固体废物处理处置工程教学
堆肥处理是主要的资源化技术之一，在讲到堆肥部分时，可以介绍微生物燃料电池固体废物堆肥中的应用案例，即微生物燃料电池既可以处理废水，也可以处理固体废物，展示了该技术良好的发展前景。其在固体废物堆肥中，底物不需要频繁更换，而且有机质含量高，堆肥过程自身产热可提高温度，为堆肥过程中形成的高度复杂的微生物种群的富集和生长提供了更加稳定的外部环境，当前以厨余垃圾和园林肥料为原料的堆肥微生物燃料电池也已经有报道[9]。剩余污泥是城市污水处理厂运行中最为头疼的问题，在讲授城市污水处理厂剩余污泥处理处置部分时，可以着重介绍微生物燃料电池在剩余污泥资源化过程中的应用，微生物燃料电池可以将剩余污泥中的化学能转化为最清洁的电能，为污泥资源化提供了新的思路。具体包括直接利用剩余污泥与间接利用剩余污泥两方面，前者是直接以剩余污泥为燃料，在输出电能的同时，能达到良好的污泥减量效果；后者是分别以剩余污泥微波预处理上清液与剩余污泥发酵产生的挥发性脂肪酸作为燃料，可以有效地资源化利用剩余污泥，同时达到污泥减量的目的。将此类案例介绍给学生，既可以传授了固体废物资源化与处置的相关知识点，又可以激发学生的学习热情，提高教学质量，并且进一步培养了学生环境工程意识和环境工程研究的能力，进一步培养了学生分析和解决环境工程实际问题的能力。
3.环境学教学
环境学是环境类专业本科生的专业基础课程，旨在使学生正确理解和掌握与环境问题有关的基本概念、基本知识以及基本原理，以便为学习后续课程奠定必要的基础。而微生物燃料电池与其课程教学也有密切联系，可以成为增强教学效果的有力工具。污染物是环境工程的处理目标，而污染物指标是检验环境技术优劣的标准，在水体污染教学方面，五日生活需氧量（BoD5）的含义与测定是教学中的一项重要内容。常规BoD5测定主要采用呼吸法，该法测定较为复杂，而且耗时长，基于微生物燃料电池工作原理的BoD5传感器具有良好的应用前景，其电流或电压与污染物浓度呈现良好的线性关系，而且能够快速响应，并且测量范围较宽，结果具有良好的重复性，因此成为微生物燃料电池实际应用领域较为重要的直接应用方向。在利用微生物燃料电池类型的传感器测定BoD5时，以待测废水为阳极液，通过之前测定的电压与浓度对应关系，读取电压值，便可换算为BoD5的浓度。此测定方法发现电池转移电荷与BoD5之间呈明显的线性关系，相关系数达到0.99，标准偏差为3%~12%。而且微生物燃料电池类型的BoD5传感器响应快，恢复能力强，当污水浓度发生变化时，电流滞后1h即可达到稳定。而且微生物燃料电池型BoD5测定方法的另一突出优点是可连续运行，无需路外保养。通过介绍微生物燃料电池在测定BoD5中的应用，可以加深学生对BoD5的理解，传授了水体污染指标的概念，也培养了学生触类旁通、理论联系实际的能力。在环境学课程讲授中，会涉及全球的能源与环境问题，也会提到一些新型的清洁能源如氢能、核能等。此时可以介绍微生物燃料电池电助产氢的相关知识，这也是微生物燃料电池可能直接利用的主要形式。根据电化学理论，电解水的分解电压为1.6V，而在无氧气存在的条件下，在双室微生物燃料电池阴极施加一个远小于水的分解电压的小电压（一般小于0.8V），可以促进外电路转移至阴极的电子和阳极转移至阴极的质子结合而生成氢气，从而达到利用微生物燃料电池系统产生氢气的目的，该工艺产生的氢气纯度较高，并可以积累和储存以及运输，克服了以前微生物燃料电池输出功率低、无法直接应用的缺点，从而促进微生物燃料电池技术朝着实际应用又迈进了一步。这一方面可以吸引学生更深的了解微生物燃料电池技术，而且培养学生的研发兴趣与爱好，另一方面传授了氢能等清洁能源的相关知识，拓展了氢能的来源，启发了学生深入探究、勤于联想的能力，取得良好的教学效果。
课堂教学实践
在中国地质大学（北京），笔者主要参与环境工程专业基础课与专业课的教学。在实际教学中，将微生物燃料电池的研究心得与实际教学相结合，对教学起到很好的促进作用。如在环境专业基础课有机化学的教学中，在讲授烯烃部分时，讲到石墨烯作为微生物燃料电池阳极的优点，更多地利用了其比表面积大、易于微生物附着的特征，促进了微生物燃料电池的产电与污染物去除，使得学生对于石墨烯的应用有了更直观的认识，对教学起到了促进与拓展的作用，符合当下理论联系实际的教学思路。在环境专业主干课环境生态学的教学中，将水生生态系统部分引入微生物燃料电池的概念，介绍了产电微生物的工作原理及特性，并介绍了沉积物微生物燃料电池的工作原理及应用，这不仅向学生传递了水生生态系统中的环境微生物的类群与功能，以及污染物在水生生态系统中的迁移转化规律等知识点，而且可以使学生明晰微生物燃料电池的在其中所起的作用，形象地展示了微生物燃料电池参与污染迁移转化的过程，对于此部分知识的教学，起到很好的促进作用。讲到这些案例时，学生的学习热情都比较高涨，教学效果明显提升。可见微生物燃料电池确实是良好的教学载体，有助于提高环境工程教学的质量，笔者在后续教学中还需进一步完善提炼。
生物燃料的优点篇6
【关键词】循环流化床低氮燃烧改造
一、循环流化床的优点
（1）燃料适应范围广。这是循环流化床锅炉的重要优点，几乎可以燃用各种优劣质煤。常见劣质煤如高灰煤、高硫煤、高水分煤、煤矸石、煤泥、油页岩等均可进行掺烧。
（2）燃烧效率高。目前国内自行设计的循环流化床燃烧效率高达95%-99%，对无烟煤可达97%，对其他劣质煤时，燃烧效率比煤粉炉高出约5%左右。
（3）脱硫效率高。可直接向循环流化床内加入石灰石、白云石等脱硫剂，脱去燃料燃烧生成的So2，并可根据燃料中所含的硫量大小确定加入脱硫剂量。
（4）氮氧化物（noX）排放低。在标准状态下，noX的排量可以控制在300ppm以下，利用两段低温燃烧技术，可控制在100-200ppm以下。
（5）负荷调节范围大，负荷调节快。通过调节给煤量、空气量及物料循环量，可实现负荷25%-100%之间的快速调整，调整速度一般可达每分钟4%。
（6）灰渣含碳量低，易于实现综合利用。循环流化床燃烧过程属于低温燃烧，灰渣含碳量低（含碳量一般小于5%），属于低温透烧，灰渣可直接进行综合利用，如作为水泥掺和料或做建筑材料等。
（7）循环流化床锅炉的床内不布置埋管受热面，因而不存在其他锅炉的受热面易磨损的问题。此外，由于床内没有埋管受热面，启动、停炉、结焦处理时间短，可以长时间压火，压火时间可达8小时，方便故障的临时处理。
（8）燃料预处理系统简单。循环流化床锅炉的给煤粒度一般小于13mm，因此与煤粉锅炉相比，燃料的制备破碎系统大为简化，仅需简易破碎便可达到燃烧要求。
（9）给煤点少。循环流化床锅炉的炉膛截面积小，同时良好的混合和燃烧区域的扩展使所需的给煤点数大大减少。既有利于燃烧，也简化了给煤系统。
二、影响循环流化床氮氧化物排放的因素
在循环流化床锅炉中，产生氮氧化物的主要来源是燃料中的n，因此，从总体上看，燃料n含量越高，则氮氧化物的排放量也越高。当空气不分级或者分级不明显的时候，降低过量空气系数，在一定程度上可限制反应区的氧浓度，可控制氮氧化物的生成。
另外，燃烧温度对氮氧化物排放量的影响已趋于共识，即随着炉内床温的提高，氮氧化物的排放量也随之升高。
因此，要将氮氧化物控制在200mg/nm3以下（SnCR之前），需要通过以下几点来实现：控制床温，减少氮氧化物的生成；
低氧燃烧，创造还原性气氛，已生成的氮氧化物进行还原；二次风分级燃烧，燃尽因缺氧燃烧遗留的可燃物。
三、循环流化床低氮燃烧技改设计原理
循环流化床锅炉高效低氮燃烧技术，强调了高效燃烧前提下的二次风合理低氧分级原则与低一次风率方式下的理想料层流态化构建技术的融合，充分照顾到了高效燃烧与De-nox的协调统一。是从优化炉内物料流态化状况、改善着火燃尽特性、保证或提高锅炉热效率和优化汽水风烟参数等四个方面入手，然后引申一步做出的精细化二次风布局与一次风优化方案，进而通过设备改造和科学的燃烧调整过程，产生CFB沿物料流程的温度均衡、还原区有效降氮与氧化区高效脱硫的有机结合、保障燃尽率的局部风煤比均匀、二次风射流立体布局的分级供风和整体低氧燃烧过程的良好燃料适应性等五个方面的最终技术改造效果。本技术强调的是高效燃烧与De-nox过程的高度统一。作为CFB锅炉运行的一般原则，务必要遵循“一次风主调料层温度确保床温，二次风补充氧量紧跟负荷”这一基本要领。
四、循环流化床低氮燃烧改造方案
（1）通过烟气再循环系统，在一次风中引入部分烟气，确保一次风流化效果的同时，有效降低一次风氧量，降低燃烧温度，抑制初期燃烧nox生成。
（2）在布风板上一定的高度处开设一层或两层二次风喷口，将二次风沿炉膛轴向（即烟气流动风向）分级送入炉内，使燃料的燃烧过程沿炉膛轴向分级分阶段进行。在第一阶段，利用烟气再循环技术将通过一次风送入炉膛密相区的空气量减少到一定程度，燃料先在缺氧条件下燃烧，此时密相区的过量空气系数α1的富氧条件下完成燃烧过程。
五、运行调整方法
（1）一次风量需要满足高料层时良好流化，以冷态流化实验的最低流化风量为基准，适当增加，确保在高料层时能够正常流化。
（2）在锅炉启动和低负荷未投二次风之前，主要靠调整一次风量满足流化风量；调整烟气再循环满足燃烧需要的氧量，要平衡流化、床温、大渣燃尽、低氮和低硫排放。
（3）在一次风不能满足以上要求时，需要投入二次风加强燃烧。此时的负荷调整主要调整二次风和煤量。二次风在投入时可先关闭上层风门，对称、均衡的投入下层二次风；随着负荷的增加，逐渐投入上层二次风。二次风控制的原则是：控制氧量，保证二次风能穿透和扰动床料，满足密相区上部富氧燃尽所需的氧量。
特别强调：二次风压有一个低限值，低于此风压，二次风将无法穿透料层，表现为氧量高，炉膛上部温度低，负荷带不上去。二次风门的操作要尽可能全开（至少大于50%）或全关（剩余5%左右，风门漏风冷却二次风喷嘴）。二次风压低于底限值时，要根据炉膛温度分布，关闭或开启相应区域的二次风门，以保证穿透风压。
生物燃料的优点篇7
中图分类号：tK223文献标识码：a
一、生物质能的特点与发展生物质能意义
（一）生物质能的特点
1、可再生性
生物质属可再生资源,生物质能由于通过植物的光合作用可以再生,与风能、太阳能等同属可再生能源,资源丰富,可保证能源的永续利用；
2、低污染性
生物质的硫含量、氮含量低、燃烧过程中生成的硫化物、氮氧化物较少；生物质作为燃料时，由于它在生长时需要的二氧化碳相当于它排放的二氧化碳的量，因而对大气的二氧化碳净排放量近似于零，可有效地减轻温室效应；
3、广泛分布性
缺乏煤炭的地域，可充分利用生物质能。
4、生物质燃料总量十分丰富
根据生物学家估算,地球陆地每年生产1000～1250亿吨生物质;海洋每年生产500亿吨生物质。生物质能源的年生产量远远超过全世界总能源需求量,相当于目前世界总能耗的10倍。
（二）发展生物质能意义
生物质能源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。国外生物质能研究开发工作主要集中于气化、液化、热解、固化和直接燃烧等方面。许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等发展计划。其它诸如加拿大、丹麦、荷兰、德国、法国、芬兰等国，多年来一直在进行各自的研究与开发，并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系，拥有各自的技术优势。
我国生物质能研究开发工作，起步较晚。随着经济的发展，开始重视生物质能利用研究工作，从八十年代起，将生物质能研究开发列入国家攻关计划，并投入大量的财力和人力。已经建立起一支专业研究开发队伍，并取得了一批高水平的研究成果，初步形成了我国的生物质能产业。生物质能是一个重要的能源，预计到下世纪，世界能源消费的40%来自生物质能，我国农村能源的70%是生物质，我国有丰富的生物质能资源，仅农村秸杆每年总量达6亿多吨。随着经济的发展，人们生活水平的提高，环境保护意识的加强，对生物质能的合理、高效开发利用，必然愈来愈受到人们的重视。因此，科学地利用生物质能，加强其应用技术的研究，具有十分重要的意义。
二、生物质能发电工艺
生物质锅炉是将生物质直接作为燃料燃烧,将燃烧产生的能量用于发电。当今用于发电的生物质锅炉主要包括流化床生物质锅炉和层燃锅炉。
（一）流化床燃烧技术
流化床燃烧与普通燃烧最大的区别在于燃料颗粒燃烧时的状态,流化床颗粒是处于流态化的燃烧反应和热交换过程。生物质燃料水分比较高,采用流化床技术,有利于生物质的完全燃烧,提高锅炉热效率。生物质流化床可以采用砂子、燃煤炉渣等作为流化介质,形成蓄热量大、温度高的密相床层,为高水分、低热值的生物质提供优越的着火条件,依靠床层内剧烈的传热传质过程和燃料在床内较长的停留时间,使难以燃尽的生物质充分燃尽。另外,流化床锅炉能够维持在850℃稳定燃烧，可以有效遏制生物质燃料燃烧中的沾污与腐蚀等问题，且该温度范围燃烧nox排放较低,具有显著的经济效益和环保效益。但是,流化床对入炉燃料颗粒尺寸要求严格,因此需对生物质进行筛选、干燥、粉碎等一系列预处理,使其尺寸、状况均一化,以保证生物质燃料的正常流化。对于类似稻壳、木屑等比重较小、结构松散、蓄热能力比较差的生物质,就必须不断地添加石英砂等以维持正常燃烧所需的蓄热床料,燃烧后产生的生物质飞灰较硬,容易磨损锅炉受热面。此外,在燃用生物质的流化床锅炉中发现严重的结块现象，其形成的主要原因是生物质本身含有的钾、钠等碱金属元素与床料(通常是石英砂)发生反应，形成K20·4Si02和na20·2Si02的低温共熔混合物，其熔点分别为870℃和760℃，这种粘性的共晶体附着在砂子表面相互粘结，形成结块现象。为了维持一定的流化床床温,锅炉的耗电量较大,运行费用相对较高。
（二）层燃燃烧技术
层燃燃烧是常见的燃烧方式,通常在燃烧过程中,沿着炉排上床层的高度分成不同的燃烧阶段。层燃锅炉的炉排主要有往复炉排、水冷振动炉排及链条炉排等。采用层燃技术开发生物质能,锅炉结构简单、操作方便、投资与运行费用都相对较低。由于锅炉的炉排面积较大,炉排速度可以调整,并且炉膛容积有足够的悬浮空间,能延长生物质在炉内燃烧的停留时间,有利于生物质燃料的充分完全燃烧。但层燃锅炉的炉内温度很高,可以达到1000℃以上,灰熔点较低的生物质燃料很容易结渣。同时,在燃烧过程中需要补充大量的空气,对锅炉配风的要求比较高,难以保证生物质燃料的充分燃烧,从而影响锅炉的燃烧效率。
三、国内外生物质锅炉的开发及应用
生物质发电在发达国家己受到广泛重视，在奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威、瑞典等欧洲国家和北美，生物质能在总能源消耗中所占的比例增加相当迅速。
（一）国外生物质锅炉的开发及应用
生物质锅炉的技术研究工作最早在北欧一些国家得到重视，随焉在美国也开展了大量研究开发，近几年由于环境保护要求日益严格和能源短缺，我国生物质燃烧锅炉的研制工作也取得了进展。生物质
燃料锅炉国内外发展现状示于表1。
美国在20世纪30年代就开始研究压缩成型燃料技术及燃烧技术，并研制了螺旋压缩机及相应的燃烧设备；日本在20世纪30年代开始研究机械活塞式成型技术处理木材废弃物，1954年研制成棒状燃料成型机及相关的燃烧设备；70年代后期，西欧许多国家如芬兰、比利时、法国、德国、意大利等国家也开始重视压缩成型技术及燃烧技术的研究，各国先后有了各类成型机及配套的燃烧设备。
丹麦Bwe公司秸杆直接燃烧技术的锅炉采用振动水冷炉排，自然循环的汽包锅炉，过热器分两级布置在烟道中，烟道尾部布置省煤器和空气预热器。位于加拿大威廉斯湖的生物质电厂以当地的废木料为燃料，锅炉采用设有Bw“燃烧控制区”的双拱形设计和底特律炉排厂生产的DSH水冷振动炉排，使燃料燃烧完全，也有效地降低了烟气的颗粒物排放量。同时，还在炉膛顶部引入热空气，从而在燃烧物向上运动后被再次诱入浑浊状态，使固体颗粒充分燃烧，提高热效率，减少附带物及烟气排放量。流化床技术以德国KaRLBaY公司的低倍率差速床循环流化床生物质燃烧锅炉为代表。该锅炉的特点主要体现在燃烧技术上。高低差速燃烧技术的要点是改变现有常规流化床单一流化床，而采用不同流化风速的多层床“差速流化床结构”。瑞典也有以树枝、树叶等作为大型流化床锅炉的燃料加以利用的实例。国内无锡锅炉厂、杭州锅炉厂、济南锅炉厂等都有燃用生物质的流化床锅炉。
（二）我国生物质锅炉的开发及应用
我国生物质成型燃料技术在20世纪80年代中期开始，目前生物质成型燃料的生产已达到了一定的工业化规模。成型燃料目前主要用于各种类型的家庭取暖炉(包括壁炉)、小型热水锅炉、热风炉，燃烧方式主要为固定炉排层燃炉。河南农业大学副研制出双层炉排生物质成型燃料锅炉，该燃烧设备采用双层炉排结构，双层炉排的上炉门常开，作为燃料与空气进口；中炉门于调整下炉排上燃料的燃烧和清除灰渣，仅在点火及清渣时打开；下炉门用于排灰及供给少量空气。上炉排以上的空间相当于风室，上下炉排之间的空间为炉膛，其后墙上设有烟气出口。这种燃烧方式，实现了生物质成型燃料的分步燃烧，缓解生物质燃烧速度，达到燃烧需氧与供氧的匹配，使生物质成型燃料稳定、持续、完全燃烧，起到了消烟除尘作用。20世纪80年代末，我国哈尔滨工业大学与长沙锅炉厂等锅炉制造企业合作，研制了多台生物质流化床锅炉，可燃烧甘蔗渣、稻壳、碎木屑等多种生物质燃料，锅炉出力充分，低负荷运行稳定，热效率高达80％以上。浙江大学等也开展了相关研究工作。下面介绍两种国产的代表性锅炉。
1、无锡华光锅炉股份有限公司
锅炉为单锅筒、集中下降管、自然循环、四回程布置燃秸秆炉。炉膛采用膜式水冷壁,炉底布置为水冷振动炉排。在冷却室和过热器室分别布置了高温过热器、中温过热器和低温过热器。尾部采用光管式省煤器及管式空气预热器。炉膛、冷却室和过热器室四周全为膜式水冷壁,为悬吊结构。锅筒中心线标高为32100m。锅炉按半露天。布置进行设计。
2、济南锅炉集团有限公司
济南锅炉集团有限公司在采用丹麦Bwe技术生产生物质锅炉的同时,也开发出循环流化床生物质锅炉,其燃料主要为生物质颗粒。其燃料主要通过机械压缩成型,一般不需添加剂,其颗粒密度可达到1～017t/m3,这样就解决了生物质散料因密度低造成的燃料运输量大的问题。但颗粒燃料的生产电耗高,一般每生产1t颗粒燃料需耗电30～
55kw,因而成本较高,大约在300元/t。循环流化床锅炉炉内一般需添加粘土、石英沙等作为底料已辅助燃烧。由于燃料呈颗粒状,因而上料系统同输煤系统一致,很适于中小型燃煤热电厂的生物质改造工程,在国家关停中小型燃煤(油)火力热电政策和鼓励生物质能开发政策下有广阔的市场前景。
四、我国生物质直燃发电政策
我国具有丰富的新能源和可再生能源资源，近几年在生物质能开发利用方面取得了一些成绩。2005年2月28日通过了《可再生能源法》，其中明确指出“国家鼓励和支持可再生能源并网发电”，它的颁布和实施为我国可再生能源的发展提供了法律保证和发展根基。随后，与之配套的一系列法律、法规、政策等陆续出台，如《可再生能源发电有关管理规定》(发改能源[2006]13号)、《可再生能源发电价
格和费用分摊管理试行办法》(发改价格[2006]7号)、《可再生能源电价附加收入调配暂行办法》(发改价格[2007]44号)、《关于2006年度可再生能源电价补贴和配额交易方案的通知》(发改价格[2007]
2446号)、《关于2007年1—9月可再生能源电价附加补贴和配额交易方案的通知》(发改价格[2008]640号)等的。与此同时，国务院有关部门也相继了涉及生物质能的中长期发展规划，生物质能的政策框架和目标体系基本形成。2012年科技部日前就《生物质能源科技发展"十二五"重点专项规划》、《生物基材料产业科技发展"十二五"专项规划》、《生物种业科技发展"十二五"重点专项规划》、《农业生物药物产业科技发展"十二五"重点专项规划》等公开征求意见。表示将建立政府引导和大型生物质能源企业集团参与科技投入机制，推进后补助支持方式向生物质能源科技创新倾斜，形成政府引导下的多渠道投融资机制。这些政策的出台为生物质发电技术在我国的推广利用提供了有力的保障。
四、高效洁净生物质锅炉的开发应用建议
（一）重点开发适用于秸秆捆烧的燃烧设备
目前对生物质直接燃烧的研究，比较多地集中在生物质燃烧特性、燃烧方法和燃烧技术等方面，而对各种燃烧技术的经济性研究较少，更缺乏对不同燃烧方法、燃烧技术经济性的比较分析。实际上，由于生物质(尤其是农作物秸秆)原料来源地分散，收集、运输、贮存都需要一定的成本，有些燃烧技术需先对生物质燃料进行干燥、破碎等前期加工处理，真正适用的、值得推广的是能源化利用总成本最低、从收集到燃烧前期加工处理过程耗能最少、对环境影响最小的技术。例如，对于秸秆类生物质，捆烧将会是最有市场竞争力的燃烧方法，所以，应针对我国农村耕种集约化程度较低的现状，开发各种秸秆的小型打捆机械，并重点开发适用于秸秆捆烧的燃烧设备。农林加工剩余物(如甘蔗渣、稻壳、废木料等)则宜就地或就近燃烧利用，如剩余物数量较大且能常年保证供应，则可作为热能中心或热电联产锅炉燃料，热电联产的锅炉型式应优先采用循环流化床锅炉，数量较少或不能保证常年供应的，则可采用能与煤混烧的燃烧设备。
（二）加大科技支撑力度,加强产学研结合,突破关键技术和核心装备的制约
加大科技支撑力度,尽快将生物质能源的研究开发纳入重大专项,开发低成本非粮原料生产燃料乙醇和高效酶水解及高效发酵工艺,研究可适用不同原料、节能环保的具有自主知识产权的生物柴油绿色合成工艺,开发适宜中国不同区域特点的高效收集秸秆资源、发展成型燃料的关键生产技术与装备。
（三）做好技术方面控制
生物质锅炉的开发过程中应当克服以下技术问题：
1、粉尘控制与防火防爆
目前生物质电厂的燃料储运是在常压下进行的，由于生物质燃料自身的特点，在其粉碎过程中或者在运输过程中出现落差的情况下，会产生大量的粉尘，导致了上料系统合锅炉给料系统的粉尘含量高，粉尘浓度甚至进入爆炸极限范围，存在极大的安全隐患。
针对这种情况，需要我们根据国内燃料供应情况，在燃料粉碎、运输及上料环节上对生产工艺做相应修改，如采用封闭式负压储运；在落差较大的位置设置除尘装置；增设粉尘浓度传感器对粉尘进行实时监测；保持料仓的通风性良好，监测并控制料仓的温度、湿度。
2、燃料输送系统的简化
目前燃料输送系统和锅炉给料系统环节较多，工艺复杂，螺旋和斗式提升机经常堵塞的现象。燃料输送系统故障会导致炉前料仓断料，不能满足锅炉负荷下的燃料供应。
为了避免这种现象发生，可以考虑改进现有的给料工艺，减少给料环节，不采用斗式提升机，改用栈桥、皮带，直接将料仓的料输送到炉前料仓。同时严格控制燃料湿度和粒度，防止燃料结团、缠绕，并改进自动化控制手段，保证输料系统连续稳定运行。
3、结焦和腐蚀
生物质燃料的成分和煤粉存在极大差异，尤其灰分中含有大量碱金属盐，这些成分导致其灰熔点较煤粉的灰熔点低，容易产生沾污结焦和腐蚀。因而生物质锅炉产生结焦、腐蚀的工况参数与普通燃煤炉不同，应该根据燃料性质及燃烧特性的不同，对锅炉及其辅助设备的工艺设计提出不同要求，并改进相关自动化控制使工艺运行环境符合现有设备要求。
随着国家大气污染排放标准的提高，因重视对废气排放的控制，炉内脱硫技术是控制空气污染的有效方法。循环流化床是我国燃煤发电重要的清洁煤技术。历经二十余年的发展，我国掌握了300mw亚临界循环流化床锅炉设计制造运行的系统技术，发展超临界参数循环流化床锅炉已经势在必行。国家发改委自主研发超临界600mwCFB锅炉是当前技术的典范。
参考文献
[1]刘强,段远源,宋鸿伟.生物质直燃有机朗肯循环热电联产系统的热力性能分析[j].中国电机工程学报,2013年26期.
生物燃料的优点篇8
河南省建设生物质能化产业的重要性和紧迫性
全球每年生物质的总量大约在1.7×1011吨，估计现在只有6.0×109吨生物质（约占总量的3.5%）被人类利用。按照能源当量计算，生物质能仅次于煤炭、石油、天然气，位列第四，占世界一次能源消耗的14%，是国际社会公认的能够缓解能源危机的有效资源和最佳替代方式，是最具发展潜力的可再生能源。目前，生物质能化利用的主要方向包括：生物液体燃料、生物燃气、生物质成型燃料、生物质发电、生物质化工等方向。生物质能产品既有热与电，又有固、液、气三态的多种能源产品，以及生物化工原料等众多的生物基产品，这些特质与功能是其他所有物理态清洁能源所不具备的。
据国际能源署统计，在所有可再生能源中，生物质能源的比例已经占到了77%，其中生物质发电、液体生物燃料和沼气分别占生物质能源利用总量35%、31%和31%。
很多国家成立专门的生物质能管理机构，主要负责相关政策的制定以及部门的协调事宜，如巴西“生物质能委员会”，印度“国家生物燃料发展委员会”，美国“生物质能管理办公室”等。
很多国家都制定了关于生物质能发展的长期规划，确定了具体的发展目标，如美国“能源农场计划”，巴西燃料乙醇和生物柴油计划，法国生物质发展计划，日本“新阳光计划”，印度“绿色能源”工程等。各国都采取了积极务实的生物质能源发展政策与措施，如欧盟主要采取了高价收购、投资补贴、减免税费以及配额制度等。美国主要采取了担保贷款、补助资金和减免税费等。
2011年，最具代表性的生物燃料――燃料乙醇全球产量达到了7000万吨，美国燃料乙醇产量达到4170万吨。近期美国已把生物质能的重点转向第二代先进生物燃料，《能源独立与安全法》（eiSa）强制要求2022年生物燃料用量达到1.1亿吨，其中先进生物燃料为6358.8万吨。第二代生物燃料指“寿命周期内温室气体排放比参考基准减少50%以上的、玉米乙醇以外的可再生燃料”，主要包括纤维乙醇、沼气、微藻生物柴油等。为实现此目标，美国政府采用了投资补助和运行补贴（每加仑1.01美元，约合2123元/吨，按汇率6.3计算）等方式大力鼓励先进生物燃料相关的研发、中试、示范和商业化项目建设，已建试验、示范装置45套，预计2～3年内可以实现商业化规模生产。
生物质成型燃料方面，欧美的发展最为发达，其主要以木质生物质为原料生产颗粒燃料，其成型燃料技术及设备的研发已经基本成熟，相关标准体系也比较完善，形成了从原料收集、储藏、预处理到成型燃料生产、配送和应用的整个产业链。截至2010年，德国、瑞典、加拿大、美国、奥地利、芬兰、意大利、波兰、丹麦和俄罗斯等欧美国家的生物质成型燃料生产量达到了1000万吨以上。
美国poet公司、美国杜邦公司、意大利m&G公司、西班牙abengoa公司等将于2014年前运行5万吨以上规模的纤维乙醇厂。
生物质精细化工产品目前已达1100多种，如乙二醇、乳酸、丁二酸、丁醇、2，3-丁二醇、乙酰丙酸、木糖醇、柠檬酸、山梨醇等。据分析，从生物质制取的化学品现已占化学品总销售额10%以上，并以每年7%～8%的速率增长。美国国家研究委员会预测，到2020年，将有50%的有机化学品和材料产自生物质原料。壳牌公司认为，世界植物生物质的应用规模在2060年将超过石油。
随着技术的进步，未来生物质能化开发利用将向原料多元化、产品多样化、利用高值化、生产清洁化方向转变，纤维乙醇生产成本进一步下降，与粮食乙醇相比将具竞争优势，成为液体生物燃料的主流产品;大中型沼气是极具潜力的新兴生物能源方向;以纤维素糖为平台的生物化工产业的兴起，将减少对化石资源的依赖，促进绿色发展。远期生物质快速热解制生物燃料和微藻生物燃料也将有较大的发展空间。
总体上看，我国以燃料乙醇为代表的生物质能化产业发展基本达到世界先进水平，推广使用技术成熟可靠、安全可行。在法律、政策、规划、试点等方面开展了创造性的工作，为今后的工作打下了基础。
河南生物质能化产业发展基础
作为农业大省，河南生物质资源非常丰富。仅农业剩余物的干重量每年为7000万吨，占全国1/10。林业剩余物资源量每年为2000多万吨，其中生态能源林近期规划500多万亩，远景规划1200万亩。
河南省生物质能化开发利用起步较早，2004年即在全国率先实现了乙醇汽油全覆盖，成功创造了乙醇汽油推广的“河南模式”。目前，河南省生物质能化利用主要涵盖了生物质成型燃料、液体燃料、气体燃料和发电等方向，涉及燃料乙醇、纤维乙醇、沼气、成型燃料、生物柴油、生物质发电、乙二醇、乳酸等产品，2010年生物质能利用折标煤420万吨。
液体生物燃料产品产量超过70万吨居全国第一，其中燃料乙醇产量超过60万吨，约占全国的30%，燃料乙醇消费量超过30万吨。2009年底，河南天冠建成投产了全球第一条万吨级秸秆纤维乙醇生产装置，实现连续规模化生产，建立了完整的工艺路线，掌握了多项具有自主知识产权的关键技术，部分指标接近或超过国外先进水平，已经通过了国家验收，具备了进一步产业化放大和推广的条件。全省能源林面积超过300万亩，开展了生物柴油的实验生产，具备了规模化生产的技术能力。
建成了国内最早的工业化沼气项目并获得了广泛推广和应用，拥有全球最大的1.5亿立方米/年工业化沼气装置，配套3.6万千瓦沼气发电项目已经并网发电，同时供40万户居民生活、2500辆公交和出租车使用。农村户用沼气达到361万户，普及率18%，大中型沼气达到2360处。
生物质发电总装机45万千瓦居全国前列，年发电量约10.6亿千瓦时。
目前，河南省生物质成型燃料产品产能已超过30万，年产量20多万吨，居华中地区首位，其中建立位于河南省汝州市的生物质压块燃料生产工程，目前年产生物质成型燃料3万吨，正在形成年产10万吨的生产基地，通过示范建设，建立了压块成型燃料生产厂原料最佳收集模式、清洁生产模式、成型燃料产业发展模式，生产电耗为40kw・h/t～50kw・h/t，实现了压块成型燃料的产业化生产。建立在洛阳偃师市和河南汝州市的成型燃料设备生产基地，目前正在形成年产300台套的生产能力。
生物制氢方面国内还没有产业化，近几年，国内少数学者主要围绕提高光合细菌的光转化效率等方面，着手对光合细菌制氢进行了实验研究，并取得了一些重要进展。河南农业大学在国家自然科学基金、863计划等项目支持下，正在按照生产性工艺条件进行太阳能光合生物制氢技术及相关机理的研究，并且已经取得了一定的突破，成为河南省重要的制氢技术储备。
生物质化工产品总产量超过10万吨。河南财鑫集团2010年建成纤维乙二醇中试装置，形成了整套工艺技术，达到国内先进水平，正在进行万吨级产业化示范;河南宏业生化2011年建成全球首套生物质清洁生产2万吨/年糠醛联产乙酸装置，已实现连续规模化生产，达到国际先进水平。
河南农业大学、郑州大学、河南能源研究所等一批科研机构有较强的生物质能源研发实力。
河南省从事生物质能研发和产业推广的单位上百家。
2013年，生物质能化产品总产值超过100亿元。
总体来说，河南省生物质能开发利用起步较早，达到国内先进水平，其中燃料乙醇、沼气和秸秆成型燃料等技术和装备居国内领先地位。
河南省发展生物质能化产业的总体要求
坚持资源开发与生态保护相结合，以不牺牲农业和粮食、生态和环境为出发点，科学开发盐碱地、“三荒”地等宜能非耕地，规模化种植新型非粮能源作物与生态能源林，加强农林牧剩余物资源、城市生活垃圾与工业有机废水、废渣管理，坚持梯级利用、吃干榨净，建立标准化生物质能化原料收储运供应体系，推动生物质能化产业绿色低碳循环发展。
坚持顶层设计与先行先试相结合，把握世界生物质能化产业发展方向，统筹谋划国家生物质能化发展的新模式、新途径，破解关键制约瓶颈和体制机制障碍，以资源、技术、市场发展现状为前提，在河南先行先试，以点带面，积极推进，努力探索具有示范带动意义的生物质能化全产业链发展模式。
坚持自主创新与开放合作相结合，立足现有产业基础，整合聚集国内研发力量和专有技术，强力推进生物质能化核心技术开发，加快关键装备集成，占领世界生物质能化产业发展新高地。开展国际交流与合作，合理引进国际先进技术、装备与人才，带动生物质能化产业全面发展。
坚持重点突破与整体推进相结合，以纤维乙醇产业化为突破重点，推进沼气高值化利用、生物化工和生物质能化装备规模化生产，加快纤维丁醇、航空生物燃料、微藻生物柴油、生物质快速热解制生物燃料等先进产品与工艺研发步伐，整体推进生物质能化高起点产业化开发利用，培育规模大水平高的战略性新兴产业。
坚持政府推动与市场运作相结合，发挥政府主导作用，制定积极的产业政策，引导多种经济主体投入，扶持生物质能化企业规模化发展。建立有效的市场激励机制，营造良好发展环境，发挥市场配置基础作用，以市场开拓带动生物质能化产业持续健康发展。
在发展目标上，充分发挥河南生物质能化开发利用的资源、技术和实践优势，集聚优势企业和科研机构，吸引国内外生物质能化领域领军人才，开展生物质能化资源梯级循环利用，做大做强生物能源装备制造业，在全国率先建成规模最大、实力最强、技术最先进的生物质能化示范区，全面发挥示范区的示范、辐射和带动作用，打造全国的生物质能化源科研、装备制造和推广应用基地，占领世界可再生能源领域新高地。
近期目标（2014-2015年）：规划投资200亿元以上，新增工业产值188亿元以上。重点推进纤维乙醇产业化，稳定粮食乙醇产量，纤维乙醇生产能力达到50万吨/年，纤维乙二醇等多元醇生产能力达到10万吨/年，联产糠醛达到5万吨/年，新增大中型沼气生产能力16.5亿立方米。生物柴油总生产能力达到50万吨/年，其中高品质航空燃油占10%以上。新增年产5～10万吨的成型燃料生产基地2个，生物质成型燃料生产能力达100万吨;初步奠定生物质能化示范省产业基础，确立生物质能化发展基本模式。
中期目标（2016-2020年）：规划投资1000亿元以上，新增工业产值1600亿元以上，其中装备制造700亿元。纤维乙醇生产能力达到300万吨/年，纤维乙二醇等多元醇生产能力达到50万吨/年，联产糠醛达到50万吨/年，新增大中型沼气生产能力62亿立方米。生物柴油总生产能力达到400万吨/年，其中高品质航空燃油占30%以上。建成500个左右的生物质成型燃料加工点，形成约250万吨的生产能力。带动生物质能化技术升级，基本建成国家生物质能化示范省。
河南省生物质能化产业创新的重点任务
重点发展纤维乙醇、纤维乙二醇、纤维柴油、糠醛、沼气，实施醇电、醇气、醇肥、醇化多形式联产，着力提升农林剩余物的资源化利用水平;积极建设工业、畜牧业、农村大中型沼气工程，提高城乡有机垃圾资源化利用水平，加快构建新型农村社区配套的分布式生物能源体系;积极拓展生物质化工，初步形成规模化的生物化工产业链;完善生物质成型燃料体系的原料收集、储存、预处理到成型燃料生产、配送和应用的整个产业链，积极推进生物质成型燃料的产业化、规模化生产及应用模式，开拓生物质成型燃料应用新途径，大规模进行燃油、燃气替代应用，与煤炭形成相当竞争力;大力推进生物质能化装备产业;积极探索开展航空生物燃料、微藻生物柴油、快速热解制生物燃料等先进生物燃料技术示范。
（一）纤维乙醇产业化
在纤维乙醇产业化方面，围绕纤维乙醇生产，着力提升纤维乙醇生产和综合利用技术水平、装备和自动化水平，能源利用转化效率和经济性指标达到国际领先水平。形成包括科技研发、装备制造、工程设计建设、生产运营、人才培养和队伍建设在内的完整产业体系;形成秸杆采集、储存、调运、纤维素酶生产和配送、纤维乙醇生产与集中脱水加工等较为完备的生产经营管理模式，实现纤维乙醇产业化重大突破。
1.纤维乙醇产业化步骤
发挥天冠、中石化、中石油等能源骨干企业人才、技术、资金、管理和市场优势，不断提高生物质资源能源化转化效率，实现不同原料、不同规模、不同产品梯级开发产业化发展。因地制宜，结合城镇化和新农村建设，以产业集聚区为依托，采取不同产品结构模式，设计建设3～10万吨不同规模纤维乙醇厂。实施沼渣和炉灰还田，保持土地资源和粮食生产可持续发展。
――采取“醇―气”模式建设纤维乙醇工厂，实现木质纤维素分类利用，纤维素生产乙醇，半纤维素生产沼气联产，木质素残渣发电供热。
――结合现有秸秆电厂，采取“醇―电”联产模式，首先利用秸秆中的纤维素生产乙醇，剩余木质素废渣作为电厂燃料和半纤维素等产生的沼气联产发电，重点解决醇、气、电一体化技术和装备系统集成。
――在糠醛和木糖（醇）生产集中地区，整合糠醛、木糖（醇）生产规模，以玉米芯为原料，首先用半纤维素生产糠醛或木糖（醇），剩余糠醛或木糖渣中纤维素生产乙醇，剩余木质素作为燃料发电，实现纤维乙醇、糠醛（木糖）和发电联产，提升原料资源利用效率，解决生产环节污染问题，实现“醇―化―电”一体化发展新模式。
2.实施关键技术创新工程
――开展纤维素酶生产技术提升研究，不断提高菌种产酶效率，提升自控水平，进一步降低纤维素酶生产和使用成本，建设配套生产和供应基地。
实施关键技术创新工程，重点开展纤维素酶生产、原料预处理、酶解发酵三大关键步骤技术攻关，进一步提高纤维乙醇的技术经济性。
――加大能源植物优选培育和能源作物基地建设力度，利用河南省未开发荒地，种植能源作物，提高原料亩产和纤维素含量，开展规模化能源作物种植。
――依托车用生物燃料技术国家重点实验室，整合高校基础研究资源，重点解决纤维素酶、木聚糖酶等多酶系生产菌种构建，筛选优化高效、耐逆菌株，提高纤维素酶生产效率和发酵酶活，提高多酶系酶解效率，实现纤维素酶生产和使用成本大幅降低。
――构建高效、长寿命、高耐受性代谢工程菌株，选育驯化适合工业化生产的混合糖发酵菌株，实现纤维素、半纤维素共同发酵生产乙醇，提高原料转化乙醇效率，建设万吨级技术示范工程。
――开发连续高效低能耗预处理技术和设备、提升同步糖化发酵、蒸馏浓缩耦合等工艺技术水平，形成3～10万吨工艺技术包。
（二）沼气利用与农村新能源体系建设
1.工业大中型沼气与高值化利用
实施纤维乙醇-沼气联产，提升食品、轻工、化工、生物医药等行业的废渣、废液联产沼气水平，重点建设日产5万m3、10万m3以上的大规模工业化沼气工程，通过高温全混厌氧发酵、中温上流式厌氧污泥床、膨胀颗粒污泥床相结合的工艺提高厌氧发酵CoD去除率、扩大沼气消化液资源化利用规模，降低有机废水好氧处理的负荷。开展以沼气综合利用为核心的企业泛能网示范，提高能源利用效率，减少污染物排放。鼓励沼气规模化生产生物天然气入站入网，压缩生物天然气（CBnG）用作车用燃气、居民用气及发电。
工业大中型沼气主要围绕纤维乙醇、生物化工、食品等高浓度有机废水、废渣排放企业，按照集中就近原则，合理布局，优先配套建设分布式能源供应系统。
2.农村大中型沼气和农村新能源体系建设
按照坚持走集约、智能、绿色、低碳的新型城镇化道路的要求，将生态文明理念和原则全面融入新型农村社区，构建农村新能源体系。以大中型沼气建设为核心，加快农村能源消费升级，为新农村建设提供高品位的清洁能源，提高农村居民生活质量，改善居住环境，推进生物能源镇（社区）示范，推动绿色、健康、生态文明的新型农村社区建设。依托大型养殖企业或利用秸秆建设大型沼气集中供气工程，并在条件具备的社区试点沼气分布式能源，实现气、电、热联供。开展农村微电网示范，探索可持续的运营模式。开展太阳能热水系统和地热能采暖并提供生活热水示范项目建设。根据各地资源条件，开展沼气、小水电、太阳能、地热能、风能等多种能源组合的用能方式示范，探索适宜中部地区的农村能源发展模式，推动农村新能源体系建设。
3.城市生活垃圾沼气
在省辖市或地区性中心城市，结合城市污水和有机垃圾收集，建设大型或超大型工业沼气工程。对生活垃圾进行二次集中分类处理，构建“有机废弃物―厌氧发酵―沼气发电―沼液沼渣制肥”等循环经济链条。在建或新建垃圾填埋场配套建设填埋气回收装置生产沼气，鼓励大中型垃圾填埋场建设沼气发电机组。
4.生物质热解气化
以城市废弃物和农村生物质废弃物为对象，结合工业园区的能源需求，建立热电气联供的生物质燃气输配系统示范工程。大力推行区域集中处理模式和循环经济园、工业园等园区模式，选取已经启动基础设施建设程序的项目作为示范工程，真正做到科技与需求相结合、技术与产业相结合。提高生物质气化技术水平，限制生物质气化产业发展的一个主要原因是技术仍处于较低水平，未来的发展首先要解决技术问题，包括加强生物质气化基础理论研究，提高气化炉工作效率、燃气净化效率，提高装备系统稳定性，增强系统自动化程度，完善产业链各项关键技术，打造生物质气化技术流水线生产。扩展气化技术应用领域，不但要将生物质气化技术应用于木质生物质原料，还需根据生物质原料来源及单位用途，发展适于工业生物质、农业生物质、城市生活垃圾等多元生物质气化技术，并根据用途发展高品质燃气技术、气化供热、发电、制冷等多联产技术。实现生物质气化技术产业装备生产的规模化，提高装备的设计水平，扩大装备的生产规模，实现设备的系列化、标准化、大型化，并完善上下游相关企业单位，实现装备技术的自主化设计制造，取得自主知识产权，构建完整的生物质气化技术装备设计与制造产业链。
5.生物质制氢
河南省乃至我国的生物制氢技术尚未完全成熟，在大规模应用之前尚需深入研究。目前需要解决的问题还很多，如高效产氢菌种的筛选，产氢酶活性的提高，产氢反应器的优化设计，最佳反应条件的选择等。生物制氢技术利用可再生资源，特别是利用有机废水废物为原料来生产氢气，既保护了环境，又生产了清洁能源，随着新技术的不断开发，生物制氢技术将逐步中试和投产，成为解决能源和环境问题的关键技术产业之一。
（三）成型燃料产业化
在成型燃料产业化方面，发挥河南省科学院能源研究所有限公司、农业部可再生能源重点开放实验室、河南省生物质能源重点实验室、河南省秸秆能源化利用工程技术研究中心等科研院所的人才和技术优势，依托河南省秋实新能源有限公司、河南奥科新能源发展有限公司、河南偃师新峰机械有限公司等企业，加大生物质成型燃料的关键技术突破和产业化推广。完善生物质成型燃料原料、工艺、产品、应用等环节，建设原料收储运模式，优化组合工艺生产线、降低能耗、提高自动化控制程度，加大推广力度和规模。
1.成型燃料产业化步骤
――根据河南省不同地域的生物质原料分布产出规律，结合生物质成型燃料生产模式及生产企业生产实际情况，开展收储运的理论研究和试验示范，建立生物质原料的收储运模式，解决农林生物质原料收储运成本费用问题。建立健全农林生物质原料收储运服务体系，建立适宜不同区域、不同规模、不同生产方式的农林生物质原料收储运体系。在河南省有代表性的区域，建成规模不小于5万吨/年的成型燃料收储运生产示范体系。
――研究生物质物料特性参数、生物质成型过程特性参数以及成型产品特性参数在线式数据采集与控制系统，保证生物质成型燃料全生产系统的智能化控制，保证成型系统稳定持续运行。将生产系统稳定生产时间提高到5000小时/年，实现工业化连续生产。
――根据河南省不同地域原料特性，开发出以木本原料为主的高产能、低能耗的颗粒燃料成型机组，单机生产规模达到3-5吨/小时，成型燃料生产电耗达到60kw・h以下;配套设备完整匹配，形成一体化连续生产能力，示范生产线规模达到1万吨/年;选择代表性区域，建成年产2万吨以上颗粒燃料示范生产基地。
――根据河南省不同地域原料特性，开发出以草本原料为主的高产能、低能耗的块状成型燃料成型机组，单机生产规模达到3-5吨/h，成型燃料生产电耗达到40kw・h以下;配套设备完整匹配，形成一体化连续生产能力，示范生产线规模达到3万吨/年;选择代表性区域，建成年产5万吨以上颗粒燃料示范生产基地。
2.成型燃料规模化替代化石能源关键技术与工程示范
针对目前生物质成型燃料在燃料利用环节存在能源转化效率不高、应用规模小，高效综合利用及清洁燃烧技术水平不高等问题，开展成型燃料气化清洁燃烧关键技术设备研发和推广，从而实现生物质成型燃料的高效清洁燃烧利用，规模化替代燃油、燃气等清洁燃料。
――研发成型燃料高效气化及清洁燃烧关键技术，开发生物质成型燃料沸腾气化燃烧炉、大型高效气化炉，研制低热值燃气高效燃烧及污染控制技术，取得生物质气化系统与工业窑炉耦合调控技术。燃烧设备规模达到mw级，能源转换效率达到75%，各项环保指标达到燃油或燃气炉窑排放指标。建设年消耗千吨的生物质成型燃料的气化燃烧替代工业窑炉燃料的示范工程，实现生物质能源在工业窑炉上应用的突破。
（四）开发相关生物化工及综合利用产品
积极推进生物化工产品技术研究和产业化示范，实现对石油、天然气、煤炭等化石资源的替代。围绕纤维乙醇的副产物如二氧化碳、木质素等开展综合利用，提高产品的附加值;开展纤维质原料制取乙二醇项目产业化示范;拓展生物乙烯及下游产品产业链，开拓乙醇深加工新产业链;开发生物丁醇和生物柴油相关生物化工品。
1.二氧化碳基生物降解材料和化学品
加强高活性、安全、低成本催化体系研究，突破反应条件温和、环境友好的聚合工艺和非溶剂法提取技术，开展二氧化碳基生物降解材料及下游制品的产业化示范。积极研发二氧化碳与甲醇一步法合成碳酸二甲酯等关键技术，重点发展聚碳酸亚丙酯树脂、碳酸二甲酯、聚碳酸酯、发泡材料和阻隔材料等深加工产品。
2.纤维乙二醇、丙二醇、丁醇、糠醛下游产品产业化
依托天冠、财鑫等在生物化工技术研发方面具有优势的大型企业集团，开展纤维质糖平台为基础的生物化工醇技术攻关和产业化示范，重点发展纤维乙二醇、丁醇等高附加值产品产业化示范。依托宏业生化发展糠醛下游深加工产业链包括乙酰丙酸、糠醇、二甲基呋喃、四氢呋喃、呋喃树脂等。
开展纤维乙二醇等多元醇生产技术优化改进和产业化示范，提高生产效率和产品收率、质量，正在建设万吨级产业化示范装置，到2015年完成10万吨级乙二醇、丙二醇生产装置，到2020年形成50万吨生产能力。
开展纤维素水解物生产丁醇菌种的选育（葡萄糖木糖共利用），推进细胞表面固定化技术及其反应器的开发，采用反应-吸附耦合的过程集成研究，缩短发酵周期，提高产物浓度和分离效率，2015年完成2万吨级纤维丁醇示范，2020年形成10万吨/年纤维丁醇生产能力。
开展以糠醛为原料的乙酰丙酸、糠醇、二甲基呋喃、四氢呋喃、呋喃树脂等产品的深度开发，2015年建成连续化和规模化生产基地，2020年形成年加工50万吨糠醛生产规模。
3.生物乙烯及下游产品
开展乙醇高效催化制乙烯产业化示范。着力突破乙醇脱水制备乙烯催化剂关键技术，提高催化剂的选择性、寿命和催化效率，实现生物乙醇生产乙烯工艺的长周期、低成本、稳定运行。完善提升乙烯-聚乙烯-塑料制品和乙烯-环氧丙烷-乙二醇-聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）两条产业链，大力发展塑料制品、包装材料和高端服装面料。
4.木质素高值化开发利用产品
提高木质素综合利用水平，重点开发胶粘剂、有机缓释肥料、木质素复合材料、水泥保湿剂、高值燃料等产品，拓展其在化工、农林、建筑等领域的应用范围。
（五）微生物柴油产业化
根据国内外现有研究成果，结合绿色化和生物精炼概念的理念，实现微生物柴油的产业化。微藻等微生物养殖和生产生物柴油技术实现重大突破，开展万吨级工业化示范。集合微藻等微生物优良品种选育、高效转化、规模化养殖、油脂提取精炼等核心技术，开展工业化养殖、生产示范，实现微生物柴油和副产品的多联产。
1.木质纤维素生物质的综合处理技术
木质纤维素生物质主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，经过一定的物理/化学处理，木质纤维素糖化，用于微生物的培养。副产物中的糠醛等物质会影响微生物的生长和代谢，综合的处理技术目标是将这些副产物控制在最低的水平，同时达到最高的降解效率。酸碱和离子液等化学处理要配合温度、压力，适度的破碎要配合微波、超声、蒸汽爆破技术，从而达到能量消耗最小，水解产物变性最少的效果。这些处理技术综合起来需要针对不同物料有序实施。
2.产油微生物脂类代谢的遗传调控
对于产油微生物油脂过量积累的机制当前还停留在生化水平上。利用基因组学、蛋白组学和转录组学技术，研究产油微生物脂肪代谢的基因调控机制，通过对某些关键基因实施遗传修饰，使其朝着人为设定的代谢流方向发展，最大限度的发挥转化作用。理解脂肪代谢的基因调控原理还有利于通过不同发酵模式调控油脂积累，有利于更好的利用工业废弃物生产油脂，有利于通过培养基营养限制调控脂肪的积累，有利于利用小分子诱导物调控细胞的繁殖和脂肪积累。
3.微生物柴油原位转酯技术
传统的微生物柴油生产周期长、成本高，而且打破微生物坚实细胞壁的操作很难实施。基于微藻等微生物生物柴油生产的周期分析显示，90%的能耗是用在微藻的油的提取工序上，表明油的提取工艺的进步将大大影响生产成本，决定着生物柴油加工产业的经济效益。近期“原位”转酯方法用于藻类生物产油生产受到密切关注，这种在细胞内酯类与醇类接触直接发生转酯反应，而不需要将脂类提取出来再与其发生反应。这种直接转酯技术，不仅能够用于微生物的纯培养物，同时有效适用混合培养产物的生物柴油生产。研究显示，原位转酯技术能够降低样品中的磷脂的量，甚至达到不能检出的水平。生物质的含水量会极大的影响油脂的提取率，而小球藻原位转酯研究发现，适当增加转酯反应底物醇的比例能够从含水量较大的生物质中获得较高产率的生物柴油，将大大减少微生物生物柴油的能量消耗和设备投入，明显降低生产成本。
4.生物精炼概念下的微生物柴油生产技术体系
木质纤维素物质来源广泛，如果在处理过程中将某些附加值较高的化学提取出来将会大大提高收益。同时，将微生物菌体所含的营养物质充分利用也会大大节省原料成本，例如将酵母菌提油后的残渣经过加工脱除抗营养因子后再用到微生物培养基的配制，可以节省大量含氮营养添加物。转酯反应的副产物甘油可以提纯后加工成丙二醇，后者是一种附加值更高的化学原料，甚至粗甘油用于培养基添加会提高微生物油脂的积累。废水处理可以用厌氧发酵生产甲烷或氢气，也可以通过微藻培养回用有机营养物。
5.生物柴油相关生物化工品
积极利用生物柴油副产品甘油，采用高活性、高选择性的催化剂，突破反应热移除、微生物法二羟基丙酮等关键技术，重点开发环氧氯丙烷、乙二醇、丙二醇、十六碳酸甲酯、二羟基丙酮（DHa）等高附加值精细化工产品，拓展其在医药、化工、食品等领域应用范围，实现资源高效综合利用。
6.生物质乙酰丙酸平台化合物
完成以玉米秸秆为原料水解生产乙酰丙酸工艺的优化设计与中试，解决生产过程设备腐蚀问题，完成乙酰丙酸的分离纯化工艺，完成乙酰丙酸的衍生物乙酰丙酸乙酯的生产工艺设计，将生物质高效转变为乙酰丙酸等平台化合物。完成千吨级的生物质水解生产乙酰丙酸联产糠醛工艺、乙酰丙酸酯化工艺中试装置的建设及运，完成放大级的生物质水解的生产乙酰丙酸工艺包的开发设计。
7.生物质间接液体燃料
开展生物质间接液化技术及产品开发，利用生物质先气化成合成气（由Co和H2组成的混合气体）、然后再将合成气液化得到的产品，如甲醇、二甲醚、费托汽柴油等，逐步建立中试及示范工程。
8.生物质纳米材料
以生物质作为原料合成碳基纳米材料、多孔碳材料及复合材料，所制备的纳米材料具有优异的固碳效率、催化性质和电化学性质，使其在催化剂载体、固碳、吸附、储气、电极、燃料电池和药物传递等领域潜在重要应用，使其成为合成技术研究的热点。
（六）强化生物质能化装备产业化与基地建设
围绕生物质能化产品规模化开发利用，依托特色产业集聚区，发挥骨干装备制造企业的产业基础和技术优势，加强与国内外优势生物质能化装备企业和专业科研院所合作，整合上下游企业，完善特色生物质能化装备产业链。突出集成设计、智能控制、绿色制造和关键总成技术突破，培育一批具有系统成套、工程承包、维修改造、备件供应、设备租赁、再制造等总承包能力的生物质能化装备大型企业集团，建设一批特色鲜明、技术先进、在全国有重要影响的生物质能化装备基地。
1.农林原料收储运装备
以洛阳、许昌等农机产业集聚区为重点，集合国内先进农林机械制造企业，引进国外先进制造技术，骨干企业，重点突破秸秆剪切、拉伸、压缩成型等基础共性技术，大力发展稻麦捡拾大中型打捆机、玉米秸秆收割调质铺条机、棉秆联合收割机、能源林木收获机械、高效粉碎机械与成型机等重大整机产品，带动相关零部件产业配套发展，切实提高生物质收集、装载、运输、储藏的高效性和通用性。
2.纤维乙醇成套装备
以南阳新能源产业集聚区为重点，依托天冠集团现有纤维乙醇成套装备，集成国内外先进技术，加大设计研发力度，加快推进具有自主知识产权的纤维乙醇成套装备技术提升，打造世界领先的纤维乙醇成套装备制造基地。重点开发原料预处理低温低压、大型连续汽爆技术和装备，纤维素酶大型、高效生产技术和装备，大型高效连续酶解发酵技术和装备，高抗堵蒸馏及热耦合干燥成套装备，木质素燃烧高效能量转化装备。2015年前形成年总装10套3～10万吨级纤维乙醇成套装备能力。2020年形成年总装300万吨纤维乙醇成套装备能力。
3.沼气生产及沼气发电成套装备
以南阳新能源、郑州经济技术、安阳高新技术和长葛市等产业集聚区为重点，依托天冠集团、森源集团等骨干企业，加快发展有机废弃物高效率厌氧消化及沼气生产、沼气制取生物天然气、民用沼气加压输送、撬装式CnG加气站以及生物天然气分布式能源集成等成套装备。加强与美国通用、德国西门子和日本三菱等国外优势企业合资合作，大力发展2000千瓦以上大型沼气发电技术和装备。在南阳形成大型工业沼气成套装备基地，在许昌和周口形成农村大中型沼气成套装备基地，在郑州形成生物天然气分布式能源与CnG加气成套装备基地，在安阳形成城市有机垃圾沼气成套装备基地。
4.生物质成型燃料及其高效利用成套装备
依托河南省科学院能源研究所有限公司、河南秋实新能源有限公司等，建成成型燃料成套生产设备和生物质热解气化、高效燃烧及生物质成型燃料气炭油联产设备加工生产基地。
5.生物柴油和生物热解技术装备
依托中石化、中石油集团先进生物柴油和航空生物燃料技术，发挥洛阳、商丘装备制造业优势，加快发展水力空化、临界态甲醇酯化等新型生物柴油装备，形成成套生产能力。加快开发生物质快速热解、生物油催化加氢生产车用燃料技术和装备。
6.生物化工产品关键装备
依托河南财鑫集团、华东理工大学、天津大学，设计研发优化改进秸秆制乙二醇等多元醇高效预处理、糖化、连续氢化裂解反应器和节能精馏分离等关键设备。
依托河南天冠集团、郑州大学、清华大学、浙江大学、中山大学、中科院上海生命科学研究院等，设计研发优化二氧化碳降解塑料反应釜、脱挥挤出造粒、产品改性等关键设备，生物柴油副产物甘油制1，3-丙二醇反应自控流加、膜法分离、脱盐、浓缩、真空精馏等关键设备，纤维丁醇发酵分离耦合反应器、离交树脂产物分离等关键设备。
依托宏业生化、河南省科学院能源研究所、中科院广州能源所、山东省科学院，设计低温低压精馏塔、液相管式推流反应器、高效多级蒸发等关键设备;改进废液无公害化处理、高效分散造粒、低分子量差分离等关键装备。
7.生物柴油和生物热解技术装备
依托中石化、中石油集团先进生物柴油和航空生物燃料技术，发挥洛阳装备制造业优势，加快发展水力空化、临界态甲醇酯化等新型生物柴油装备，形成成套生产能力。加快开发生物质快速热解、生物油催化加氢生产车用燃料技术和装备。
8.高比例灵活燃料汽车和双燃料汽车
与国内外知名汽车发动机制造企业合作，依托郑州日产、海马和宇通开发乙醇/汽油灵活燃料汽车和汽油/天然气、柴油/天然气双燃料汽车。前期开发专用发动机、燃料供给及控制系统、氧传感器等，2015年后形成批量生产能力，配套建设相应的燃料（e85、车用生物天然气）输、供、储设施。2020年灵活燃料汽车产能达到20万辆以上，双燃料汽车产能达到10万辆以上。
（七）其它先进生物燃料技术创新和示范
加大科技研发投入和攻关力度，加快推进生物柴油、航空生物燃料、生物质快速热解制生物燃料等其他先进生物燃料技术取得重大突破。2015年前开展废弃油脂生产生物柴油和万吨级纤维丁醇等示范工程建设，2020年前推动含油林果生产航空生物燃料和高级油产业化发展，微藻养殖和生产生物柴油技术实现重大突破，开展万吨级工业化示范。
1.生物柴油
在郑州、洛阳、开封、商丘、安阳、周口、漯河、焦作等餐饮废弃油脂和工业废弃油脂富集的地区，加快建立工业废弃动植物油脂回收体系、餐厨垃圾油脂回收体系，以餐厨垃圾油脂和工业废弃动植物油脂为主生产车用生物柴油。到2015年形成20万吨/年产能，2020年前在全省推广，形成30万吨规模。
集合微藻优良藻种选育、高效转化、规模化养殖、油脂提取精炼等核心技术，开展工业化养殖、生产示范，实现生物柴油和副产品的多联产。
2.航空生物燃料
在南阳、洛阳、三门峡、安阳等山地丘陵区推进规模化的含油林果原料基地建设和采集体系建立，到2020年实现以含油林果为主要原料生产航空涡轮生物燃料和高级油，规模达到25万吨/年。
3.生物质快速热解生产车用生物燃料
围绕生物质快速热解生产生物油、生物油催化加氢生产车用生物燃料，开展关键技术与工程示范研究。2015年完成千吨级中试。2020年建成5万吨级的生物油催化加氢生产车用燃料示范工程。
生物燃料的优点篇9
关键词：全价值链分析生物质能发电企业应用
邓州公司现状及存在的问题
邓州生物质能项目于2007年由中国大唐集团开发，2010年4月正式开工建设，建设两台1.5万千瓦高温高压机组，总投资26848万元，单位造价8949元/千瓦。2011年9月份#1机投产，2012年2月#2机投产。2015年9月之前一直亏损，当时累计亏损为5815.33万元，2014年被中国大唐集团公司列为低效无效资产。亏损原因主要有两方面，外部原因：一是政府没有严格按照要求规划项目；二是政府承诺没有完全兑现；三是国家政策不能执行到位。内部原因：一是设备选型先天不足，后期改造压力大；二是设计燃料无法保证，各项经济指标超标；三是管理经验欠缺，生产成本较高。
全价值链分析法在邓州公司的运用
全价值链分析法在邓州公司的运用就是遵循“价值思维、效益导向”的原则，结合生物质能电厂的特点，将整个价值链分为三个环节：供应环节、生产环节和营销环节。
（一）供应环节
供应环节主要是燃料、物资、工程、服务的采购供应。其中燃料供应是关键，也是成本控制的主要对象。因此，供应环节影响利润的主要因素就是控制燃料成本。
邓州项目投产以来，燃料成本平均占总成本的60%左右，为第一大成本支出。要降低燃料成本，就要从两方面入手，一是降低入炉燃料单价，二是降低发电料耗。具体做法有以下几点。
1.保障燃料资金供应，掌握燃料采购价格的话语权
邓州公司目前周边生物质能电厂已投产4家，北面镇平电厂距离46公里，是小火电改造机组，1台1.2万机组，每天耗料400吨。西面是凯迪谷城电厂，距离80公里，一台3万机组，每天耗料800吨左右，现已在邓州的榆林、桑庄建两个收购点和邓州公司展开了激烈的竞争，而榆林地区的板皮是邓州公司的主要硬质燃料来源地。南面安能宜城电厂，距离120公里，两台1.5万机组，每天耗料1000吨左右，在邓州公司的东南两面对燃料进行争夺。周边的燃料市场已被纷纷抢占，燃料采购竞争日益加剧，一方面导致燃料收购困难，另一方面导致燃料采购成本升高。因邓州公司隶属于中国大唐集团，可利用其央企优势，融到更多的资金，保持良好的企业信誉，保障燃料款的及时支付。这样比其他私营性质的生物质能电厂更能吸引送料人的目光，使他们自发自愿地给公司供料。这样可基本保证燃料供应，在保证供应充足的前提下，就掌握了定价的话语权，然后根据市场情况，随时调整价格。
2.制定优惠措施，赢得燃料供应商的信任
邓州公司结合实际，制定了8条优惠措施，稳定燃料供应队伍，对重点大户从价格、入场计量和料款结算等方面给予“Vip”服务。一是设立公司采购经理，及时解决问题。对每一名重点供应商都设立一名专职采购经理，及时解决经纪人反映的问题和困难。二是优先签订合同，确定保护价。三是优先计量过磅，在麦收、秋收季节，开辟快速通道，不用排队过磅。四是免费快速提供化验信息。确保第二天将化验、扣杂结果以手机信息形式及时发送。五是优先结算。根据送料情况，确保在5-10天内结算完毕。六是优先帮助开辟运输“绿色通道”。公司出面为每一名重点供应商协调解决运输过程中存在的问题，并为大家办理邓州市政府出具的“绿色通行证”。七是优先提供资金扶持。对于为邓州公司计划开设厂外料场进行收购、加工、存储的供应商给予一定数额的资金支持，免付利息，一年内以料款冲抵。八是帮助协调政府，对于供应商在租地、购买设备、申请农机补贴等方面帮助协调市政府有关部门给予支持。通过这些措施实施到位，培育了一批忠实可靠的燃料供应队伍，确保了燃料供应。
3.加大燃料采购价格管理，降低燃料收购成本
一是利用季节特点，自然降价。比如在夏收、秋收的秸秆量产季节，优先收购小散户送的低价秸秆，待燃料紧缺期再通知大户供应商送料；在花生收获的季节，根据周边市场竞争情况及花生剥壳集中地的花生壳产量，对花生壳进行价格调控。二是通过提高燃料付款效率，自动降价。加快供应商的资金流转速度，缩小燃料中间商的利润空间，可适当降低采购价格。三是按照“零水分”优化小麦秸秆、玉米秸秆、木材板皮等主要燃料的阶梯价格，鼓励供应商多送水分低的优质燃料。四是针对小麦秸秆、玉米秸秆等燃料实施“竞价准入”制度，价低质优确保收购，价高质劣拒绝收购，从而有效降低燃料收购价格。
4.加强燃料的厂后管理，降低入炉燃料成本
一是加大质检力度，打击燃料掺杂使假行为，尤其是严格控制入厂水分。二是强化料场管理，坚持“分类堆放、合理晾晒、烧旧存新”的原则，充分提高燃料热值。三是经济掺烧，根据燃料品种，设计了六种燃料掺烧模型，麦秸秆、玉米杆等软质燃料掺配原则上不得低于20%，通过调整燃料掺烧结构，有效降低入炉燃料成本。四是按时校验皮带秤，确保准确性，为料耗统计计算提供依据。
（二）生产环节
就生物质能电厂来讲，生产环节主要是指从燃料加工、上料、燃烧调整到发电上网这一系列活动。这个环节涉及到燃料质检化验、燃料加工、调度上料、设备管理以及发电运行等方面的活动，这些活动都必须本着安全生产的原则进行，在安全生产的基础上重点对能够提高经济性方面的因素加强管理，因此，生产环节影响利润的主要因素是设备可靠性和经济性。我们的主要做法有以下几点。
1.夯实安全生产基础
邓州项目投产以来，也发生了许多安全事故造成机组停机修理，直接影响发电量11735万千瓦时。究其原因，就是轻视小机组，放松了管理，安全意识不强，安全基础薄弱。为此，邓州公司2015年以来，加大了安全生产治理活动，围绕“七个加强”，强化红线意识，牢固树立“设备是企业的主人、违章就是事故”等理念，全面推进安全生产上台阶。
邓州公司根据其储存生物质能燃料的特点，始终将消防工作作为安全管理重点。针对麦收和秋收季节麦秸秆、玉米秸秆大量收购进厂，严格执行运料车辆安装防火罩、人员车辆严格出入厂登记、进入厂区人员一律交出火种制度；按规定保持料场防火通道畅通，在厂内的主干道路口设置限速标识和道路广角镜，要求供应商车辆遵守厂内交通安全规定。为防止生物质燃料发生自燃，加强对料场巡视监控，进一步明确了料场消防巡检路线和内容，规定每两个小时对料场消防情况巡视一次。控制码垛宽度和高度，预留消防通道，严格执行料场安全及防火规定，确保火灾隐患可控再控。
自2015年以来，我们根据大唐集团公司“三层三级”的工作要求，依照“重心下沉、关口前移、监督有效、保障有力”的思路，持续落实“三基”工作实施计划，深入开展班组建设活动，树立“想当将军的士兵首先要当好班长”的理念，在薪酬待遇、荣誉激励、职业发展等方面对班长倾斜，完善班组绩效评价体系，把安全管理工作的重点放在班组，突出班组长在安全生产工作中的重要地位。
2.提高设备可靠性
邓州公司2012年发生非计划停运24次，因设备原因减少发电量4973万千瓦时，2013年发生非计划停运14次，减少发电量3258万千瓦时，2014年和2015年发生非计划停运次数显著下降，减少发电量分别为2428万千瓦时和1076万千瓦时。
在经历了2012年如此频繁的非停事件后，邓州公司总结经验，并加强力度对设备情况摸清底数，找到问题症结，并有针对有重点地治理改造设备存在的隐患。这几年分别在上料系统、锅炉、汽机、电气系统方面进行了改造，提高了设备可靠性，增加了安全系数，最大限度消除影响产量因素。
（1）对上料系统进行优化改造，将之前料仓上料系统设计的双螺旋输送机拆除，燃料由皮带直接落入料仓，有效杜绝了堵料现象，且可节约用电约40万元/年。此项目改造之后，未再发生过因上料系统堵料而造成机组非停的事件。
（2）2014年组织系统专业人员初步解决了关于锅炉受热面积灰严重的问题，有效延长了锅炉运行周期；对引风机叶轮进行了改造、材质升级，改造后引风机运行平稳，有效保证了锅炉连续稳定运行的需要；对一、二次风机进行联通改造，加装了手动蝶阀进行隔离，有效避免了因一、二次风机故障而导致机组停机，大大提高了设备的可靠性；另外对省煤器进行了改造、材质升级，有效降低了因省煤器泄漏而导致非停的几率；对振动炉排挠性管进行了整体更换，同时对运行方式也做了相应调整，避免了挠性管弯头处多次发生爆管的现象。
（3）通过在#1、2汽机侧分别增设一台疏水扩容器，将经常疏水作用变为启动疏水备用，另外还集中力量解决了机组自动主汽门和高压调门不严的问题，大大提高了设备可靠性，增加了机组安全系数。
（4）增加了快切装置，提高了厂用电切换的可靠性；添加了保安电源装置，确保了厂用电全失情况下的备用紧急用电，提高了机组安全性。解决了电气二次存在的重大隐患，将两台机组380V工作段直流控制电源单电源改造为双电源供电，解决了易引发大面积控制电源失电的问题；电动消防泵保护由电磁感应继电器改为微机型综合保护装置，消除了保护误动的可能，确保消防系统正常。
3.提高机组经济性
邓州项目发电厂用电率设计值为9.7%，综合厂用电率为12.09%，但是在投产前三年实际运行中，发电厂用电率最高达12.47%，综合厂用电率最高达15.48%，综合厂用电率每升高1个百分点，每年减少上网电量210万千瓦时，减少利润135万元。综合厂用电率升高，成为影响利润的主要因素之一。
机组经济性不高还表现在发电料耗这一指标上，投产前三年，发电料耗普遍偏高，平均达到1.6千克/千瓦时，发电料耗每升高0.1千克/千瓦时，每年增加燃料成本550万，减少利润550万元，所以发电料耗偏高也是影响利润的关键因素。
自2013年之后，邓州公司花费大力气，集中力量进行了一系列提高机组经济性的改造，主要有以下几个方面。
（1）利用机组停机检修的机会集中力量进行了阀门内漏的治理，通过对机侧、炉侧共54个阀门的治理，使机组内外漏大幅减少，使除盐水补水量由每天170吨左右降低到70吨左右，补水率比治理前下降了3个百分点，酸碱用量大幅减少。
（2）对耗电大的三台给水泵进行了节能改造，通过拆除末级叶轮，使给水调门的调整开度增大（开度增大了10%），减少给水调门的节流损失，使厂用电率下降了0.25个百分点。
（3）开展了真空系统查漏工作，找到了长期以来#1机真空严密性不合格的原因，主要是由于轴加密封不严引起的真空泄漏，针对问题采取措施规范了#1、2机组轴加系统运行方式和监视重点，保证了机组真空严密性，提高了机组运行的经济性。
（4）锅炉空预器漏风治理，#1炉空预器漏风率降低为4%，#2炉空预器漏风率降低为4.3%，降低了引风机负荷和排烟温度，有效减少了热损失，设备的能耗有了较大幅度的下降。
4.提高综合效益
（1）质检环节是把好入厂燃料质量的第一道关口，也是保证燃料质价对等的首要因素。怎样把掺杂使假的燃料拒之门外，怎样对含土含渣含水量大的燃料精准扣杂？为确保入厂燃料质量过关，特制定了《入厂燃料验收管理标准》、《入厂燃料异常管理办法》、《生物质燃料验收扣杂、扣霉变实施细则》等制度。同时积极改善燃料质检工作办法，比如采用增加了条码打印系统的地磅软件，提高了质检公开透明度；将以前计量单据与化验单据合为一体，票据审核实现微机化办公，计算机后台自动记录操作行为，杜绝人为性质更改数据；规范燃料的化验操作，制定标准的操作票，组织考试，要求人人过关；质检员随身携带执法记录仪，记录燃料质量情况及工作过程中出现的突发性状况等。
（2）建立数字化料场，确保燃料分类存放，便于燃料进耗存统计和燃料盘点的开展。针对燃料旺季期要合理规划、及时堆垛，比如四季度要优先掺烧花生壳、稻壳等热值高、水分低的燃料，一方面可降低入炉水分，另一方面可腾出场地及时接卸花生壳，同时还要加强料场巡检，对料垛进行测温，并对其进行记录存档，避免发生自燃现象。在收购板皮等燃料的旺季期时采取将水分大的燃料码垛存放2个月以上，优先掺烧水分低的燃料，待板皮水分蒸发后再破碎入炉，可有效降低入炉水分。
（3）调度上料应本着“存湿用干、存新用旧”的原则进行，另外还要控制入炉燃料长度，确保加工尺寸合格；对入厂成品燃料长度不符合入炉标准的应予以二次加工。软质料和硬质料要混合破碎，确保掺配均匀。同时发电部要根据上料情况适当调整锅炉燃烧方式，避免锅炉出生料。经过这几年的经验摸索，我们已经总结出了4种带经济负荷、6种带满负荷的燃烧调整模型。
（三）营销环节
由于生物质能企业上网电量可以全额被电网公司收购，所以与燃煤机组不同之处就在于不用专门为“发电计划”而四处奔走。本环节就是为争取生物质能行业的优惠政策而采取的各种有效手段，因此，营销环节影响利润的主要因素是增值税退税常态化。具体做法有以下几点。
一是专人负责、责任到位。设置办理退税专岗，业务人员认真研究、学习税收优惠政策及文件要求，务必每月按时办理完毕所有退税手续。
二是加强沟通、取得支持。财务负责人每月及时向国税局领导汇报公司生产经营状况，不定期邀请到厂检查指导工作，取得支持，约定退税到账时间。
三是均衡到账、确保盈利。每月根据公司生产经营状况，做到退税按期到账、按需到账、均衡到账，这为确保每月盈利奠定了基础。
自享受增值税退税优惠政策以来，这两年经公司集体的努力，已基本实现增值税即征即退常态化模式。2014年取得增值税退税收入439万元，2015年取得退税收入1028万元，为公司实现盈利提供了重要保障。
当然，除了增值税退税这个关键因素，还有一些对企业利润有贡献的做法值得考虑。
1.提高电费回收率
国家对可再生能源发电企业电价从2012年1月份起实行标杆电价加国家财政补贴方式与电网公司结算，河南省生物质能企业批复电价为0.75元/千瓦时，近几年标杆电价从439.2元/兆瓦时一直下调到现在的355.1元/兆瓦时，每月直接减少176万元的电费收入，对正常的资金需求产生不利影响。电费补贴部分原则是按照季度拨付，若季度拨付不及时，就会造成公司现金流阶段性紧张甚至断流。
在有限的资金流入情况下，如何进行资金筹划，既能够保障公司正常生产经营，同时又能最大限度地降低资金成本，提高资金使用效益，对于生物质发电企业显得尤为重要。
（1）加强电费回收管理。加强与电网公司沟通协调，确保电费回收和电价补贴能够按时到位。在2015年12月资金非常紧张的时期，通过与省电力公司、南阳供电局多次沟通协调，提前收回10-11月电费补贴款1310万元于12月到账，缓解了当时的资金压力，保证了公司资金正常周转。
（2）加强与金融企业合作。邓州公司在大唐河南发电有限公司的帮助下，通过大唐集团财务有限公司签订委托贷款合同作为资金补充，确保资金不断流。同时，在资金宽裕月份及时归还，降低财务费用。
（3）积极推进债务重组，降低财务费用。创新融资方式，通过低费率融资租赁贷款置换公司高利率的存量贷款，优化债务结构。按照河南公司债务重组方案，邓州公司积极响应，提前谋划，经过多次与大唐融资租赁有限公司沟通、协商，于2016年4月份与大唐融资租赁有限公司签订了5000万融资租赁贷款合同，综合费率在基准利率的基础上下浮7.35%，用于置换我公司在交行河南省分行的基准利率存量贷款，每年节约财务费用大概20万元。
（4）利用资金调度平台，保持预算刚性。利用大唐集团公司资金调度中心平台，严格按照年度、月度的预算执行，有效保证了预算的刚性。在有限资金流入的情况下，按照轻重缓急，合理安排支出，将资金用在刀刃上。
2.积极争取优惠政策
生物质能发电企业机组容量虽小，企业盈利能力也不强，但是代表的是生物质能行业的发展方向，国家在“十二五”和“十三五”规划中也多次提出要大力发展生物质能源，因此国家给予一些优惠政策来扶持企业的发展，帮助这个行业脱离困境。所以争取各项优惠政策是实现公司盈利的一个重要保障。
（1）充分利用CDm和CCeR机制，获取减排收益。在邓州公司投入运营之后就注册了清洁能源发展机制（CDm），与贸易瑞士公司签订了购碳协议，2014年经联合国气候变化执行理事会（eB）的签发，获得了36万元的减排收益（一年期）。随着近几年国际经济形势的变化，碳交易市场较为低迷，CDm的开发也处于停滞状态。而同时国内自愿减排项目正在如火如荼的开展，因邓州项目属于在注册CDm之前就已经产生减排量的项目，可以纳入到CCeR的交易之中，所以邓州公司积极联系抓住了此次机遇。目前碳减排量已经由国家发改委签发，下一步我们将仔细研究CCeR政策，待国内碳交易市场供需关系明朗，掌握最佳销售时机，确定交易。
（2）争取地方政策和地方政府支持。邓州公司在2014年3月份开始向当地发改委申报节能减排资金的各项手续，并编制了节能减排专项资金项目申请报告，2015年12月完成了申报工作，取得了节能减排资金102万元。
邓州公司开展多项环保改造项目，于2016年3月份获得了大气污染物防治项目专项资金补助10万元。
价值链分析的运用成果
通过以上产、供、销三个环节在邓州公司这条价值链上相互作用时，从2013年到2016年经过这三年时间的考验，现在已逐步发挥了效益。2014年是扭亏增盈的起步之年，也是各项工作不断规范完善和管理提升的关键年，2015年是攻坚克难、全面实现盈利的一年，从2015年以来直到现在实现了连月盈利，已进入了良性循环的快车轨道。运用价值链分析获得的成果主要有以下几个方面。
（一）发电形势平稳
通过生产一系列环节的分析，结果直接表现在发电量、厂用电率、发电料耗这几个主要指标上。
投产以来发电量基本呈逐年上升之势，发电负荷率更是屡创新高，最高可达106%。具体如图1所示。
投产以来发电厂用电率和综合厂用电率呈逐年下降之势，具体如下图2所示。
从2014年开始公司致力于设备改造降低能耗，通过优化运行和设备改造，发电料耗在2014年与同期数据相比有较大幅度下降，2015年由于软质料增加，发电料耗有小幅回升，直到2016年又呈下降趋势。具体如图3图4所示。
（二）燃料成本可控
经过这几年对燃料市场的不断探索，形成了以邓州为中心，向内乡、社旗、唐河、方城、老河口方向辐射的燃料收购网络。燃料采购量每年至少能保证11个月内两台机组满发。收购情况如图5图6所示。
从图5和图6看出燃料采购量除2012年采购网络还未完全形成和2014年因外界电网因素被迫停机而无法实现大量燃料入厂之外，其余年份均保持30万吨以上的采购量，可维持两台机组全年实现22200万千瓦时电量。
2014年开始燃料实行零水分结算，有效控制了入厂燃料价格，2014年-2016年经历了价格的上涨与下降，还需继续控制好入厂价格，保持平稳发展。具体情况如图7所示。
售电单位燃料成本这一指标可反映出燃料成本的控制情况，通过这几年的走势情况分析，燃料成本容易受燃料市场情况制约，受进料结构制约，受机组经济性制约，总之控制难度较大，目前是呈下降趋势，还应加强管理，保持平稳水平。
（三）降本增效
第一步通过加强预算管理，严格审批需求计划，减少了不必要的计划支出；第二步再通过电子商城的阳光采购和依法合规的制度体系，降低了采购费用；第三步通过管理提升，内控制度的相互制约机制，降低了办公费、招待费等费用的支出。具体情况如图8-图10所示。
自从邓州公司运用价值链分析这一方法工具后，严格从产、供、销三个环节中找出问题症结所在，并量化数据分析，最终以数据为依据说明取得的成果，并在后续的生产经营中持续不断地巩固这一成果。
价值链分析的相关建议
生物质能发电企业赖以生存的源头是燃料供应，而燃料成本是制约经营发展水平高低的最重要指标。以主要燃料花生壳和板皮为例，邓州公司入厂入炉价格在周边地区来说处于较低水平（详见上表格），但是燃料成本控制并不容易，价格下降空间极为有限，想要实现盈利也是举步维艰。
生物燃料的优点篇10
关键词：生物质能源；烘烤；烟叶品质
中图分类号：tS44文献标识码：a文章编号：0439-8114（2017）06-1123-05
Doi：10.14088/ki.issn0439-8114.2017.06.033
abstract：tocomparethequalityofcuredtobaccowhichwerebakedbybiomassfuelandconventionalfuel，thedifferencesofappearanceandinternalqualityofcuredtobaccowereobserved.theresultsshowedthatunderautomaticbakingbybiomassenergy，thepercentageofsuperiortobaccowaslargerandtheeconomicbenefit，internalqualityandqualityestimatewerebetterthanbakingbyconventionalfuel.
Keywords：biomassenergy；bake；qualityofcuredtobacco
烟叶烘烤的优劣直接决定了烟叶的外观等级和价格，事关烟农的切身利益，也是卷烟工业对烟叶原料质量的要求。影响烟叶烘烤质量的主要因素包括温湿度、燃料、烤房结构等。前人对常规烟叶烘烤的研究较多，但大都集中于烤房结构优化[1-5]、不同装烟方式[6-8]、烘烤温湿度调节[9]、燃煤用量配比等方面，对生物质颗粒燃料的研究主要趋向于趋势研究[10-12]，而对生物质用于烤烟的研究相对较少。生物质能源燃料与煤燃烧相比，具有低污染和洁净的特点。生物质燃料一般发热值在15906.237～17580.578kJ/kg之间，灰分低于5%，还可作为优质钾肥还田利用[7]，排放污染物可忽略不计，与煤相比，具有易点火、升温快、火力强、易于控制燃烧等特点。为了进一步明确生物质燃料烘烤对烟叶品质的影响，2014-2015年，对不同燃料烘烤的烟叶的外观品质、内在化学成分、评吸结果进行了综合比较。结果表明，生物质燃料烘烤不仅具有显著的环保优势，而且在提升烟叶的外观及内在品质上也具有明显的优势。
1材料与方法
1.1试验地点及供试品种
2014-2015年在云南省寻甸县烟草科技试验基地、禄劝县九龙镇、撒营盘镇、屏山镇、石林县长湖镇5个试验点进行试验。供试品种选择同一农户、长势正常、成熟度相同的烟叶，供试烤烟品种为云烟87、K326及云烟99。
1.2生物质颗粒燃料制备
收集烟秆、玉米秆晒干，充分粉碎之后以烟秆∶玉米秆=7∶3的比例混合，利用生物质颗粒机制成烟秆生物质颗粒燃料成品（颗粒直径8mm，平均长度4～5cm）备用。生物质颗粒燃料由寻甸县烟草科技试验基地加工制作。
1.3生物质烘烤设备运行参数
在生物质燃料烘烤烟叶的过程中，燃料的自动添加与温度、风机风力、加料间隔时间及加料量呈现动态变化的趋势。由表1可知，试验完成了生物质燃料烘烤烟叶的过程，烘烤后分不同烟叶类型取样检测。生物质新型烘烤机（Km-9）由云南名泽烟草机械有限公司提供。
1.4试验方法
以常规密集型烤房、全新建设的生物质能源烤房、设备对接改造生物质烤房、农村土烤房4种类型进行烘烤对比。对不同燃料、不同类型烤房的烟叶样本进行了分类取样，抽取1kg各种烤房类型条件下初烤烟叶样品C3F进行外观和内在化学成分的对比，并进行评吸比较。其中外观质量的对比主要以不同燃料所烘烤的烟叶上等烟的比例进行比较。内在质量及评吸结果以化学成分检测及评吸结果进行比较。
2结果与分析
2.1初烤烟叶外观质量比较
由表2可知，相同品种、部位及成熟度的烟叶分别用2种不同的烘烤方法烘烤，在外观质量上，生物质烘烤的烟叶无论上等烟比例还是产值都显著高于以煤炭为原料烘烤的烟叶。以上部烟叶来看，上等烟比例约是煤炭烘烤的2倍，产值平均约提高4.17元/kg；以中部烟叶来看，上等烟比例约提升10.40%，产值平均约提高1.32元/kg。烟叶产值提升比例为5.40%～37.05%。
由表3可知，云烟87在常规密集烤房和密集烤房改造的生物质烤房中，生物质燃料烘烤的上部烟叶上等烟比例高出煤炭烘烤34.6%，产值提升1.4元/kg；在土烤房和土烤房改造的生物质烤房中，生物质燃料烘烤的上部烟叶上等烟比例高出煤炭烘烤43%，产值提升2.5元/kg。使用煤炭作为燃料，常规密集型烤房烘烤出的上等烟平均比例较农村土烤房高出12.94%，产值平均高出2.88元/kg；使用生物质作为燃料，密集烤房改造的生物质烤房烘烤出的上等烟比例较土烤房改造的生物质烤房高出11.31%，产值平均高出1.71元/kg。由此可见，生物质燃料比煤炭烘烤，设备对接改造的生物质烤房比密集型烤房、农村土烤房烘烤在提高烟叶品质及产值上具有明显优势。
由表4可知，云烟87在常规密集烤房和密集烤房改造的生物质烤房中，生物|燃料烘烤的中部烟叶上等烟比例高出木柴烘烤15.5%，产值提升1.9元/kg；在土烤房和土烤房改造的生物质烤房中，生物质燃料烘烤的中部烟叶上等烟比例高出木柴烘烤17.4%，产值提升4.6元/kg。以相同燃料烘烤，其上等烟比例及产值略有差异，但差异不明显。
由表5可知，云烟87在常规密集烤房和密集烤房改造的生物质烤房中，生物质燃料烘烤的中下部烟叶上等烟比例高出煤炭烘烤15.7%，产值提升3.56元/kg。
由表6可以看出，云烟99在常规密集烤房和密集烤房改造的生物质烤房中，生物质燃料烘烤的中部烟叶上等烟比例高出煤炭烘烤3.97%，产值提升1.95元/kg。
综上所述，以生物质燃料烘烤出的上等烟比例较煤炭烘烤的上等烟比例高2.54%～23.00%，干烟平均产值高0.98～4.96元/kg；以生物质燃料的农村土烤房设备对接改造烤房烘烤出的上等烟比例较以煤炭或木柴作为燃料的上等烟比例高3.97%～20.57%，干烟平均产值高0.08～5.13元/kg。由此可见，生物质能源烘烤可以明显提高烟叶的外观质量及产值。
2.2烟叶内在化学成分比较
由表7～表9可知，在不同燃料、不同类型烤房条件下，把相同品种、相同部位、相同成熟度的烟叶分别烘烤，无论使用常规密集型烤房或农村土烤房，总体来看（检测结果中个别数值稍有偏差），以生物质作为燃料烤出的初烤烟叶烟碱含量均低于以煤炭或木柴作为燃料烤出的干烟叶，而以生物质为燃料烘烤的烟叶总糖、还原糖、总氮整体含量较高；使用相同的燃料（煤炭、木柴或生物质），常规密集型烤房烘烤烟叶烟碱含量均低于农村土烤房烘烤出的初烤烟叶。
2.3工业评吸结果比较
由表10可知，从15组不同燃料烘烤的初烤烟叶评吸对比结果可以得出，煤炭烘烤的品吸结果共计1068.1分，生物质烘烤的品吸结果共计1071分。生物质烘烤的烟叶评吸效果好于煤炭烘烤。具体表现为香气量增加，烟叶浓度、劲头均高于用煤炭烘烤的同类烟叶，余味舒适度上升，烟气透发顺畅，香气饱满厚实，刺激性小，细腻柔绵的特征明显，总体质量好。
3小结与讨论
烘烤对比试验结果表明，将相同品种、相同部位、相同成熟度的烟叶分别烘烤，无论使用常规密集型烤房或是农村土烤房，生物质燃料烤出的烟叶外观品质更好，上等烟比例及产值均高于煤炭烘烤或木柴烘烤。生物质燃料烘烤出的烟叶化学成分在总糖、还原糖、总氮、水溶性氯离子、蛋白质方面总体偏高，烟碱、淀粉的含量整体有所降低，氯化钾含量水平基本保持一致。生物质能源烘烤通过生物质燃烧机、温湿度一体控制仪，实现烟叶烘烤的自动化控制，烘烤温湿度控制精准，烟叶的烘烤工艺得以完整实现，因此促进了烟叶的外观质量、内在化学成分向有利与卷烟工业需求的方向发展。同时，自动烘烤减少人工烧火温度上下波动较大的影响，降低了烤坏烟的比例。各类初烤烟叶工业评吸对比结果与上述检测结果基本一致，说明生物质能源自动化烘烤出的烟叶品质更符合卷烟工业的需求。
生物质能源烘烤不仅可以节省人工成本，而且原料来源丰富、可以再生。利用生物质农业进行烟叶烘烤，可以明显提高烟叶的外观质量和内在品质，有益于环境生态保护。在煤炭能源逐渐减少、资源不断消耗的形势下，利用生物质新能源进行烟叶烘烤将是烟叶烘烤改革的重要发展趋势[8]。
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