生物燃料的作用篇1
关键词：喷气燃料；热氧化安定性；影响因素；改善方法
1.前言
喷气燃料的热氧化安定性对喷气式发动机飞行安全有着十分重要的意义，燃料受热和溶解氧作用生成的沉积物会堵塞燃料管线、喷嘴和燃油系统的精密阀件，腐蚀燃油系统的密封材料，从而破坏发动机的正常工作甚至导致飞行的失败。因此，分析喷气燃料的影响因素以及寻求最佳的提高喷气燃料热氧化安定性的方法就显得尤为重要。
2.影响啧气燃料热氧化安定性的因素研究
2.2影响喷气燃料热氧化安定性的外部因素
外部条件对喷气燃料热安定性的影响首推温度，试验证明：随着温度的提高，燃料产生沉淀和胶质的数量也增多、颜色加深。温度能使许多化学反应速度(包括烃类氧化反应速度)加快。温度升高使燃料分子产生最初自由基的数目增多和分子运动的平均速度增大，从而加速了烃类氧化链反应的进行，生成酸性物质和胶质的倾向增大。当温度高于100-110℃时，喷气燃料沉淀物的生成速度将急剧提高，在此情况下只需几分钟就开始产生沉淀。每一种燃料有一个沉淀物的产生温度范围，温度上升的程度影响沉淀物的生成量，同时也会影响沉淀物颗粒大小和沉淀物的化学组成。温度上升，会使沉积物的胶体化合物增多，同时沉淀物的颗粒增大。
除了温度外，在高温条件下与喷气燃料接触的气相介质组成对喷气燃料沉淀物形成过程有很大影响。氧化聚合作用是沉淀物产生的重要过程，这一过程首先与四周介质带来的氧气量有密切关系。随着空气中氧浓度下降，沉淀物的生成量也随之下降；当与燃料接触的气相介质中氧浓度下降到70g/m3或更低时，氧化聚合反应几乎停止。除此之外，还应该注意到喷气燃料溶解氧的作用，溶解氧一方面直接影响密闭空间内的氧浓度，更主要的是参与了复杂的自由基快速反应，并导致燃料在高温条件下生成沉淀物和沉积物。加热烃类时，氧很容易形成引发和传递自动氧化反应的自由基。如果把溶解氧的含量降低到1g/m3级，燃料的氧化作用就不太明显，此时燃料自身的热分解机理将起主要作用。而这种热分解温度要比自动氧化温度高得多。
此外，喷气燃料在飞机系统内常与多种金属接触，在高温氧化条件下，金属对燃料氧化过程有催化作用，影响燃料中沉淀物的生成量。某些制造燃料系统部件的金属和合金，如铜和各种牌号的青铜，均具有催化活性，在高温下会大大加速燃料沉淀物的生成。同时喷气燃料在炼制和储运过程中，可能溶解微量的金属，这些金属溶解后成为灰分的组成部分。和飞机燃料系统的金属结构一样，这些微量金属对燃料的氧化也有催化作用。加之飞机燃料系统的某些部件是在高压下高速运行，摩擦使表面产生局部高温，这些微量金属不仅对氧化过程起催化作用，还会被氧化，成为沉淀物的组成部分。
2.3影响喷气燃料热氧化安定性的内部因素
在相同的外部条件下，对喷气燃料热氧化安定性起决定作用的因素是燃料的组成。即在喷气燃料沉淀物生成过程中，起主要作用的是燃料的烃类组成、非烃化合物和氧化产物。喷气燃料的烃类组成对高温下沉淀物的生成有很大影响。一般说来，燃料受热时，烃类氧化反应的活性顺序为：烷烃、环烷烃
喷气燃料中的非烃化合物主要是指含硫、氧和氮的有机化合物，此类非烃化合物含量虽少，却是喷气燃料产生沉淀物的主要因素之一。
喷气燃料所含的硫化物中，以多硫化合物、高级芳香硫醇和脂肪族硫醇最趋向于引起氧化反应。
氮化物含量很少，一般不超过0.0015%。主要是一些含氮的有机碱类，它对于燃料的氧化有安定作用。但此类化合物中如有芳香族结构，则会促使燃料产生沉淀物。
燃料中的氧化物主要包括羧酸、酚类等酸性氧化物和醇、醛、酮、酯等中性氧化物。这些氧化物一部分是石油中原有的或在加工过程中形成的，一部分是产品在贮存过程中形成的。有关研究表明：中性和酸性胶质是燃料高温下产生沉淀物的重要根源之一，这些胶质物不仅是沉淀物的组成部分，更是燃料氧化过程中的强氧化剂或氧化诱发剂，如酸性胶质就是强氧化剂，醇酸是氧化的强烈诱发剂。
油品中的碱性氮化物主要有吡啶系、喹琳系、苯胺系，它们对油品的颜色安定性和沉淀生成均有影响。非碱性氮化物主要是吡咯、吲哚和咔唑及它们的同系物，它们对油品的安定性影响比较大，在非碱性氮化物中，尤以吡咯类化合物对安定性影响最为显著，能使油品生成不溶性胶质，并使颜色变深。除以上因素外，在燃料胶质凝聚过程中，机械杂质和水分也是一个影响因素。
3.改善喷气燃料的热氧化安定性的方法研究
改善喷气燃料热氧化安定性的方法主要有两种：一是改变炼油工艺，改变基础油，该方法不但产量较低，而且成本很高，在目前阶段这种途径的可行性较低；二是向喷气燃料中加入可提高喷气燃料热安定性的添加剂，这种方法以现有技术为基础，充分考虑现代飞机对热氧化安定性喷气燃料的质量要求，并兼顾产品的经济性，因此，通过加入添加剂来提高喷气燃料热氧化安定性的方法较为可行。
目前已经投入使用或正在研制的添加剂主要有抗氧剂、金属钝化剂、脱氧剂、供氢剂和清静分散剂等。
3．1抗氧化添加剂
在喷气燃料的发展过程中，应用于提高喷气燃料热氧化安定性的添加剂主要是抗氧化添加剂。
在喷气燃料中引入抗氧化剂的目地是抑制氧化，延长氧化诱导期，阻止和延缓自由基氧化链锁反应的发生。我们知道，终止或减弱氧化过程的最好方法，一是设法分解过氧化物，终止自由基链反应的继续发展；二是将过氧化物自由基捕捉，减慢链增长速度。
在300℃以下，添加传统屏蔽酚型和二烷基二苯胺型抗氧剂就能够满足燃料对于热安定性的需求。因为抗氧剂能降低或防止燃料中自由基的形成，可以预防燃料在储存中或在较低温度下使用时生成胶质和过氧化物。现在喷气燃料中普遍使用的抗氧剂有胺型和酚型抗氧剂。
以添加抗氧剂2,6-二叔丁基对甲基酚(BHt)和天然抗氧剂茶多酚(tpp)为例对抗氧剂改善喷气燃料热氧化安定性做简要说明。
将盛有燃料的压力溶弹放置在200℃的恒温箱内进行加速氧化试验，加入BHt和tpp的质量分数均为1.0×10-4。图1示出了12h内热氧化沉积物的质量分数wD随时间t的变化。
图1200℃时沉积物质量分数随时间的变化
由图1可见，燃料中加入BHt和tpp时，沉积物量减少，说明热氧化安定性都有所提高，加入抗氧剂可以延长燃料的氧化诱导期。未加抗氧剂的燃料在200℃、2h条件下生成沉积物的质量分数为0.9×10-4，加入BHt、tpp抗氧剂的燃料若生成相同质量的沉积物，时间将分别延长到5h、9h，且在9h之前含tpp的燃料热氧化安定性较好，保持较低的沉积量。其主要原因是加入的抗氧剂与燃料氧化过程中产生的过氧化自由基作用，阻断了链反应的进行。
抗氧剂能够通过对自由基和过氧化物的作用而有效提高喷气燃料的贮存安定性和并非太高使用温度下的热安定性，但对提高现代先进飞机所需的喷气燃料高温热安定性的作用是有限的。由于现代喷气燃料温度在300℃~480℃发生氧化、热裂解混合型反应，对应的燃料性能称为高温热氧化安定性。随着高性能飞机的研制，喷气燃料的工作温度越来越高，其使用温度已经超过300℃，其氧化机理更加复杂，通常认为大分子烷烃在高温下热降解生成了小分子的自由基，从而导致了活性自由基在高温下缩合，最终生成固体物质化合物。
3．2金属钝化添加剂
由于喷气燃料在贮存和使用过程中，在地面和飞机燃料系统中会与各种金属材料接触，燃料中可能会有金属离子，特别是铜离子。金属钝化剂的作用是通过与金属离子特别是铜离子结合成钝态络合物，来阻止金属离子对燃料的氧化催化作用。目前使用的金属钝化剂主要是铜钝化剂，这是一些水杨酸型多元碱，n,n-二水杨酸一1,2一乙二胺。金属钝化剂的作用并非在于直接提高喷气燃料的热安定性，而是在于提高抗氧化剂的作用效率，因此，通常是与抗氧化剂联合使用。
3．3脱氧添加剂和供氢添加剂
喷气燃料自由基热氧化历程和金属对燃料氧化的催化作用，都离不开燃料中溶解氧的作用，如果能够脱除溶解氧或使溶解氧不参与自由基氧化历程，则必然会大大减慢燃料的氧化速度，提高喷气燃料的热安定性。而脱氧剂是一类通过化学反应脱除燃料中溶解的分子氧的化合物。脱氧剂分子在加热条件下与溶解氧分子发生氧化反应，生成二次氧化还原产物，从而在飞机飞行过程去除喷气燃料中溶解氧，提高燃料的高热安定性。目前可应用的脱氧剂主要是取代苯基衍生物和芳基磷化氢，但还没有得到广泛使用。
对供氢剂的研究始于美国在1993年开始执行的“先进燃料组成与使用”的计划，研制它的最初目地是通过吸热反应来降低燃料和飞机各系统的温度，使喷气燃料能够有效排除飞机过高的热负荷，满足巡航速度在ma=5的高超音速飞机对喷气燃料热安定性的要求。已经考察的供氢剂主要有甲基环已烷和反式萘烷；由于萘烷在研究中表现出良好的高温热安定性，因此进一步研究了萘烷作为喷气燃料高温热安定性添加剂的应用。研究表明当燃料系统沉积以热缩合为主时，萘烷在试验中显现出的提高燃料高温热安定性的潜力很大。对于这类添加剂的研究只是处于起步阶段，并且就目前的飞机性能而言，对它的研究更具有技术储备的意义。
以上几种添加剂中，抗氧剂和金属钝化剂己经普遍使用在喷气燃料中，而脱氧剂和供氢剂是国外正在研究的新型添加剂。加入了抗氧剂和金属钝化剂的喷气燃料热氧化安定性较好，尤其是喷气燃料的储存安定性得到了提高。但在高温条件下使用时，这两种添加剂对提高喷气燃料的热氧化安定性作用不明显，仍然出现了一些问题。
3．4清静分散添加剂
清净分散剂在油中的应用，主要是为了分散清洗己经形成的氧化沉积物，防止其进一步聚积，并且效果比较明显。同时在喷气燃料工作的燃油系统中，氧化安定性不好的直接后果也是氧化沉积物的形成，造成一系列故障。把清净分散剂分散清洗沉积物的作用应用在喷气燃料中，使喷气燃料在高温工作的过程中减少沉积物的生成，分散已经生成的沉积物，可以有效的改善喷气燃料的高温热氧化安定性。
清净分散剂原来主要用于汽油机及柴油机曲轴箱油，为了清除发动机内已形成的污垢，这些污垢主要是油的氧化产物和燃料不完全燃烧的生成物。
近年来研制生产的新型清净分散剂多数具有高碱性，可以中和油品氧化生成的含氧酸，阻止它们进一步氧化缩合，起到酸中和作用。并且由于清净分散剂具有清净、分散、增溶、中和作用，能够阻止燃料高温氧化产物的聚积和沉积，有效减少燃料高温氧化产物的危害，被广泛应用到高温燃料中。据文献报道大分子硫磷酯和双丁二酰亚胺等清静分散剂能很好的提高喷气燃料的高温热氧化安定性。
图2显示的是加入清静分散剂――大分子硫磷酯前后喷气燃料的沉积物生成量和实验时间的关系，由图2可知，加入大分子磷酸酯的喷气燃料的各点温差变化值都相应的减小，说明在各点上生成的沉积物相应的减少，喷气燃料的热氧化安定性确实得到了提高。
图2喷气燃料的沉积物生成量和实验时间的关系
表1和表2分别为大分子硫磷酯对喷气燃料静态和动态氧化沉淀物生成量的影响。从表1可以看出：在静态热氧化安定性测定的实验条件下，大分子硫磷酯能明显减少喷气燃料沉淀的生成量，提高喷气燃料的静态热氧化安定性。表2表明在较高温度下不合格的喷气燃料，通过加入一定量的大分子硫磷酯后，己经成为合格的喷气燃料，完全符合喷气燃料的正常使用标准。
清净分散剂通过对喷气燃料中形成沉积物的颗粒物质的中和、分散和增溶，阻止沉积物的生成，从而提高了喷气燃料的热氧化安定性。清静分散剂与辅助剂配合使用应用于喷气燃料高温条件下比较理想，可以有效提高喷气燃料的高温热氧化安定性。
4.结论
影响喷气燃料热氧化安定性的因素有很多，本文从内外部两个方面分析了温度、空气、金属以及燃料组成等因素对喷气燃料安定性的影响。在此基础上探讨了改善喷气燃料热氧化安定性的方法，以便选用合适的添加剂达到改善喷气燃料性能的目的。
参考文献：
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生物燃料的作用篇2
前言
我国是一个能源生产和消费大国，又是以煤为主要能源消费的国家，煤炭消费总量的80%是直接燃烧的，造成环境污染问题严重，除城市烟尘污染外，酸雨现象、汽车尾气等也是造成环境污染的方面。随着环保排放要求的提高和治污减霾力度的加大，治理环境污染并减少污染物排放已经是我们每一个人必须去付诸努力的。因此城市大中型燃煤锅炉系统老化，脱硫系统无法达到环保指标要求，环保改造也是必然趋势。我国能源储备与未来几十年的发展需求之间已经出现很大的缺口，只有通过节约能源和开发新的可替代能源才能解决这一问题。而生物质燃料作为一种绿色可再生和能循环利用的能源，排放符合环保要求，改造费用低，施工周期短，正在逐渐被研究推广和应用。
1生物质燃料概况
生物质燃料作为一种绿色可再生和能循环利用的资源，是当今世界仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源，如果加以利用能产生很大的经济和社会效益，不仅能缓和能源的不足，还能减轻环境污染问题。不仅如此，生物质燃料燃烧后残留的灰渣富含钾、磷和钙，还可以全部作为肥料用于农作物施肥之用。
1.1生物质燃料的种类
生物质燃料主要包括破碎木质燃料、木屑颗粒燃料、锯末压块燃料、玉米秸秆压块燃料等（图1）。
1.2生物质燃料的供应情况
我国土地广阔，土质肥沃，水源丰富，机耕、灌溉条件都很好，在我国各地区都有建成的规模不小的以苹果、柿、桃、核桃、石榴、葡萄、杏、猕猴桃等为主的果品林带，生物质资源丰富。个别地区分别建立了生物质燃料生产加工点，使得生物质燃料的生产、加工、存储及供应正在逐步形成规模化、市场化的产业链条，能够满足市场生物质燃料的消耗需要（表1）。
2生物质燃料的特点
2.1生物质燃料与煤燃烧特性的比较
挥发分影响点火性能、给料量不同。影响燃料点火的主要因素有挥发分、松弛密度等。挥发分与燃料的有机组成和性质有密切的关系。它是用以反映燃料最好、也是最方便的指标之一，对燃料的着火和燃烧情况有较大影响。生物质燃料挥发分含量较高，易于着火，燃烧稳定。由于生物质燃料的挥发分较高，因此供料量相比于煤略有增加，约为煤的1.4倍。以1台10t/h锅炉，按照燃料热值3700kal/kg平均计算，在产生相同蒸汽量的情况下，改造后锅炉平均每小时需生物质燃料量为2吨左右。
2.2燃煤锅炉与燃生物质燃料锅热损失的比较
燃生物质燃料的锅炉当炉膛过量空气系数合适（大约在1.5时）燃烧工况稳定，要比燃煤锅炉的热损失小10%左右，这主要是由燃料特性决定的。其中固体、气体未完全燃烧热损失、散热损失、排烟热损失均有减少。
2.3生物质锅炉与国内同类产品对比分析
为了减少大气污染，各地相应出台了许多措施，包括城市内中心区不得使用燃煤锅炉，或者将燃煤锅炉改为燃油燃气锅炉，电锅炉等环保效果突出的清洁能源。燃煤锅炉燃料成本相对较低，但是燃煤锅炉存在冒黑烟，二氧化硫排放量高，氮氧化合物污染等无法彻底解决的严重缺点。燃油锅炉虽然排烟效果比较理想，但是也存在这二氧化硫排放量高，运行费用高等问题，燃气锅炉和电加热锅炉等形式虽然环保，但是运行成本相对较高，一般用户无法承受其高昂的运行费用，所以与我国目前的经济水平不相适应，市场认可程度不高（表2）。
3经济效益分析
1、锅炉热效率提高同时提高环境效益。燃用生物质燃料，能有效减少二氧化硫的排放量，从循环利用角度看，生物质燃烧对空气的Co2的净排放为零，生物质燃料燃烧后的灰分可以回收做钾肥。
2、节省脱硫费用及脱硫除尘改造费用。煤的含硫量0.8%计算，每吨So2的脱硫费用1000元，改烧生物质燃料后，可节省此项费用。
3、对于年消耗1万吨以上生物质燃料的企业可得到政府节能减排奖励奖金。
4、可以申报CDm（清洁发展机制）项目，出售排放指标。
生物燃料的作用篇3
1.生物燃料的概念
生物燃料是指通过生物资源生产的燃料乙醇和生物柴油，用于替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源开发利用的重要方向。受世界石油资源、价格、环保和全球气候变化的影响，20世纪70年代以来，许多国家日益重视生物燃料的发展，并取得了显著的成效。中国的生物燃料发展也取得了很大的成绩，特别是以粮食为原料的燃料乙醇生产，已初具规模。
2.生物燃料的发展现状
尽管如此，我国的生物燃料产业仍处于初级发展阶段，还有很长的路要走。而美国、巴西等国的生物燃料产业发展已经相对成熟，在美国，用生物燃料如生物柴油、乙醇和生物丁醇替代部分石油基汽油或柴油已成为较普遍的现象。美国提出的目标是到2025年通过大量使用生物燃料，替代从中东进口石油的75%以上。
巴西是世界领先的生物燃料生产国，其50%的甘蔗作物用于生产该国非柴油运输燃料的40%以上。在美国，谷类作物的15%用于生产非柴油运输燃料的约2%，乙醇生产以更快的速度在增长。据估算，巴西和美国生产的乙醇成本低于汽油。2007~2011年间巴西石油公司在可再生燃料方面投资将超过3亿美元。
生物燃料是清洁能源，发展生物燃料对促进经济可持续发展、推进能源替代、控制城市大气污染具有重要的战略意义。对许多石油公司而言，墨西哥湾漏油事故对环境造成的负面影响进一步促使他们将目光投向生物燃料。
可以看出，世界各国对于生物燃料的重视程度越来越高。但由于世界粮食危机日益严重，因此，生物燃料长期的发展潜力在于使用非食用原料，包括农业、城市和林业废弃物以及高速增长的富含纤维素的能源作物，如换季的牧草等，以此缓解生物燃料与粮食的竞争。
3.生物燃料的发展前景
进入21世纪后，随着全球环境问题的日益突出和石油价格的持续上涨以及其他一些因素的影响，生物燃料得到了进一步的重视，成为了可再生能源开发利用的重要方向。它不是一个新鲜事物，早在上世纪70年代，一些国家就已经开始尝试利用生物燃料，以减少对石油的依赖。国外在生物燃料的开发和应用上起步较早，目前已实现规模化生产和应用。
我国从上世纪末开始发展自己的生物燃料技术，主要是利用相对过剩的粮食，开发应用生物燃料乙醇。经过5年的试点和推广使用，我国生物乙醇汽油在生产、混配、储运及销售等方面已拥有较成熟的技术。我国生物燃料发展潜力巨大，前景广阔。尽管如此，由于我国生物燃料仍处于起步阶段，未来发展受到众多因素的制约。首先是原料的问题。我国以陈化粮为原料开展生物乙醇汽油的试点，然而我国陈化粮数量有限，不具备再扩大规模生产的条件，而利用新粮则成本过高。燃料乙醇的新原料包括甜高粱、木薯、甘蔗及生产生物柴油的原料如麻风树、黄连木等油料植物，这些原料能否落实成为制约生物燃料规模化发展的重要因素；其次是技术问题。据发改委的报告称，有些技术虽较为成熟，但发展潜力有限。而另一些技术尚处于技术试验或研究阶段，距离工业化生产还有较大差距。因此，生物燃料技术产业化基础薄弱也制约着生物燃料规模化发展；此外，产品价格和国家政策等问题也是影响发展的重要因素。总的来说，我国生物燃料的发展虽然受到一些因素的制约，但未来前景广阔，我国生物燃料技术将会得到较快发展。
生物燃料的作用篇4
[关键词]生物质颗粒燃料清洁燃烧
正文
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
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生物燃料的作用篇5
【关键词】生物质颗粒;直燃式;技术改造
概要
生物质能作为煤、石油、天然气以外的第四大能源，是一种既环保又可再生循环利用的洁净能源。生物质是一种洁净的低碳燃料，其含硫和含氮量均较低，同时灰分含量份额也较小，所以燃烧后So2、nox和灰尘排放量比化石燃料都要小的多。由于生物质的燃烧特性与燃煤相似，因此大部分生物质锅炉结构都与燃煤锅炉类似，层燃链条炉排依然是最主要的生物质燃烧装置。
1生物质成型燃料及生物质颗粒的固化
生物质燃料中较为经济的是生物质成型燃料，生物质成型颗粒就是利用秸秆、薪柴、植物果壳等农林废弃物，经粉碎―混合―挤压―烘干等工艺压制而成，可以制成粒状、棒状、块状等各种形状。原料经挤压成型后，密度为0.8-1.4t/m3，能量密度与中质煤相当，燃烧特性显著改善、火力持久黑烟小，炉膛温度高，而且便于运输与储存。
用于生物质成型的方式主要有螺旋挤压式、活塞冲压式、环模滚压式等几种。目前，国内生产的生物质成型机一般为螺旋挤压式，生产能力多为0.2-0.4t/h，电机功率7.5kw-18kw，电加热功率2-4kw，生产的成型燃料为棒状，直径为50-70mm，单位电耗70-100kw/h。曲柄活塞冲压机通常不加热，成型密度偏低，容易松散。
2生物质工业锅炉
从燃烧机理分析，生物质固体燃料与煤的燃烧机理十分相似，但生物质的挥发分由于析出温度低而易着火。实践表明，直接采用燃煤锅炉改烧生物质效果不好，会产生炉前热量聚集且不稳定、炉前料斗易着火、锅炉停炉和启动时冒黑烟、热效率低等问题。
生物质燃料的燃烧特性
国内直燃式生物质工业锅炉常见的燃烧方式主要有层燃式（包括固定式炉排、下伺式燃烧、链条炉排、往复炉排燃烧等）、室燃式（粉体燃烧）、悬浮式（流化床燃烧）。
（1）层燃式
采用分段供料的往复炉排，可以让燃烧区段的推料速度不同，利用这一特性提高前段炉排的行进速度，解决生物质易燃烧、燃烧过快的问题。将炉排后部速度降低，有助于燃料中固定碳的充分燃烧。在热功率较大的生物质层燃锅炉中，采用分段供料的往复炉排比较常见。
链条炉排必须根据生物质种类确定炉排速度和料层厚度，合理布置前后拱、炉墙、炉膛容积及配风，并设置合理的启停炉顺序，方能保证生物质燃烧正常进行。
（2）室燃式
目前市面上出现一种生物质半气化自动控制燃烧机，它是以生物质颗粒为燃料的高温裂解出的气体为燃料，内胆采用锆硅结晶，高压浇筑后经高温炉烧制而成，需要在1000度高温下烧制三天，无疏松气孔。
（3）悬浮式（流化床燃烧）
流化床燃烧对燃料的适应性比较广，生物质无须固化就可以在流化床上充分燃烧，并且应用于锅炉容量较大且燃料品种较杂的工业锅炉，目前国内流化床锅炉最小容量为7mw。
3生物质层燃锅炉独特结构
3.1锅炉本体
由于水管锅炉对流管束易积灰且不易清理，生物质灰粒比较疏松，比煤灰更易粘附在对流管束上，停炉清理时间长。相比之水火管锅炉易清理不易积灰，国外生物质锅炉主要是水火管锅炉。国内的烟管水火管锅炉减少烟管数量从而降低钢耗，已成为最适宜燃烧生物质的炉型。
3.2炉前煤斗
层燃锅炉一般通过炉前料斗对炉膛供料，由于生物质燃料非常易燃，为防止燃烧提前着火或在炉前料斗内燃烧和蔓延，生物质锅炉炉前料斗应设置较完善的燃料隔断和密封设施，生物质颗粒燃料锅炉采用关风机式锁料装置或滚动式拨料装置进行燃料的隔断。
3.3锅炉热效率
目前生物质层燃锅炉效率往往较低，主要原因是生物质挥发分含量高且含碳量少，造成炉排局部燃烧剧烈，大部分炉床只有少量的固定碳在燃烧，所以生物质炉膛炉排配风比较困难。为了充分燃烧，空气过量系数普遍较高，这导致锅炉排烟热损失增加。加上受热面积灰严重，传热恶化。所以在设计生物质锅炉时要充分考虑这两点，优化空气供给，尽可能的延长烟气在炉膛内的时间，定时清灰。
3.4炉膛容积、炉排面积
与燃煤锅炉相比，生物质锅炉炉膛容积需要增加好多，以适应生物质燃料高挥发份的特点，降低炉膛温度，防止炉内结焦挂渣，减少nox的产生。
由于生物质挥发份含碳量较低，固定碳较小，所以需要适当缩短炉排面积。
3.5炉墙、配风
生物质燃烧一般可以分成三个区域―气化区、燃烧区和燃尽区，可以通过炉墙将炉膛划分出三部分，分别为燃料干燥和挥发分析出、挥发分燃尽、固定碳燃烧及燃尽。前拱可以高而短，后拱直段可以缩短，可以通过中间隔墙延长烟气在炉膛内的燃烧时间，保证烟气的充分燃烧。未燃尽的固定碳在炉排后轴继续燃烧，会增加后轴的温度，用后风室的风对后轴进行冷却。
3.6炉排速度
由于生物质颗粒堆积密度低，为保证热量供应，需要加大料床厚度和提高炉排移动速度。但过高的移动速度会导致固定碳燃烧不充分。这样，固化成颗粒成为很好的选择。
3.7锅炉除渣、除尘
生物质燃料锅炉的烟尘中硫氧化物、氮氧化物的含量较低，但粉尘含量相对较大，颗粒细，离心式除尘器很难除尽，要加布袋除尘器。考虑到尾部烟气的温度高，可以布置双除尘（加多管除尘器和布袋式除尘器）。
4直燃式生物质层燃锅炉实例
一台DZL4-1.25-t燃生物质蒸汽锅炉的热力计算和能效测试结果显示，根据生物质燃料特性以及生物质层燃锅炉特殊进行设计的燃生物质颗粒燃料蒸汽锅炉，已经可以满足正常使用的要求。
5结论
通过对燃煤锅炉的改造和添加环保设备，基本上可以满足用户对锅炉出力、环保的要求，但这并不是生物质颗粒最佳的燃烧方式，同时生物质原材料收集、运输、加工的产业化程度还不高，我国的生物质利用还有很长的路要走。
参考文献：
[1]张百良.生物质成型燃料技术与工程化[m].科学出版社.
生物燃料的作用篇6
关键词：燃煤锅炉改造；生物质燃烧机；生物质成型燃料；应用
Doi：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.057
0引言
燃煤锅炉在使用过程中排尘浓度大，产生的二氧化硫含量高，对大气环境造成较大的污染，为加强大气环境治理，采用天然气、生物质、等清洁能源对现有的燃煤锅炉进行整治改造，完成燃煤锅炉大气污染治理，已势在必行。
考虑到采用生物质燃烧机对燃煤锅炉进行改造，现有的锅炉设备和辅机设备不动，只配套一台生物质燃料机和除尘设施，构成简单，总投资少，改造时间短，施工工程量小，能有效的降低二氧化硫、烟尘排放量，达到环保要求。另一方面可避免改用燃气炉带来的经济负担（采用天然气改造，现有锅炉主机拆除，订购天然气锅炉全部设备，加上天然气公司管道配置和调压箱等配套设备，投资较大，而且运行费用也比生物质燃料高）。根据我公司实际情况，综合考虑，决定采用生物质颗粒燃烧机对现有的4吨燃煤锅炉进行改造。
1生物质颗粒燃烧机的构成特点
生物质颗粒燃烧机是一种使用生物质颗粒作为燃料，提供热能转换的设备。其燃烧过程为：燃料被螺旋给料机送入燃烧室引燃后，颗粒以半气化悬浮状态进行低温燃烧，火焰与切线旋流配风会合，形成高温喷射状火焰喷出。
燃烧机采用沸腾或半气化燃烧加切线旋流式配风设计，燃烧充分、稳定，效率高，在微压状态下不发生回火和脱火，热负荷调节范围宽，无污染，环境效益明显。而且投资和运行费用低，运行时比采用天然气的锅炉加热成本降低40%以上，在小型燃煤锅炉改造中得到了大量应用。
我们选用临沂木子原热能科技有限公司自主研制生产的生物质智能燃烧机，整机由控制系统，自动送风系统，点火系统，自动除焦系统组成，主要特点为：
（1）采用耐高温稀土合金材料，无负压开放式燃烧，可连续持久运行，故障率低。
（2）采用双绞笼双进料电机，解决运行中卡料、堵料、进料不畅及回烟，回火问题。
（3）采用公司专利产品，自动除焦除灰装置，可自主设定除焦流程，时刻保持燃烧室内配氧充足，燃烧充分。
（4）采用pLC可编程控制，燃烧设备中送风，送料电机同时接受锅炉压力、水位、温度信号与控制信号，实现运行过程中自动调节。
（5）用于燃煤锅炉改造直接对接即可，无需改变锅炉以前所有配置，且操作简单、使用方便，维护量小。
2燃烧机的安装使用
（1）拆除原燃煤锅炉上煤系统，在前炉拱中间位置根据燃烧机燃烧室出口口径开口，并用耐火水泥将周边密封。将燃烧机燃烧室头端与锅炉开口处对接，固定密封。
（2）检查锅炉供电，供水，风机系统，检查锅炉气泡水位情况，清理炉膛积灰，将生物质原料加入烧燃机料仓。
（3）将锅炉引风机风量调至较小，开启燃烧机。手动启动时，点击控制器面板上的手动键，手动进料，同时按（点火）“启动”键和（鼓风）“小火”键，60秒后，喷火口喷出火焰，按（点火）“停止”键，燃烧机开始工作。
（4）运行中，根据需要调整（鼓风）和（进料）中的“大火”，“中火”，“小火”键来调整火力的大小（即通过变频器控制上料电机和鼓风电机的转速）。一般大风配大料，中风配中料，小风配小料，但尽量不要小风配大料，否则会因配风不足，导致燃烧不尽冒烟。
（5）除灰时间的设置，应根据燃料灰渣情况进行调节，时间短了可导致没有烧尽的燃料推出燃烧室外，时间太长又会导致灰渣太多影响燃烧，一般可在10-20分钟内调节。
（6）自动启动时，点击控制器面板上的“自动”键，10-15分钟后，设备会自动进入工作状态，随锅炉蒸汽压力大小自动调节鼓风、上料参数。
（7）停机时，提前15分钟停止进料，待燃烧室内燃料烧尽后（约0.5小时），停止鼓风，断开电源。
3应用中的几个问题
（1）选用生物质燃烧机时，其热能输出功率要与配套锅炉标称的蒸汽产量匹配，只有良好的匹配，才能发挥生物质燃烧机的性能，保证炉膛稳定燃烧，达到预期的热能输出，获的锅炉良好热效率。在实际应用在中，可选比锅炉标称蒸汽量大一规格，如4吨锅炉可选300万大卡燃烧机，以确保使用效果。
（2）设备的内置参数设定好后，非专业人员不得随意改变，随便改动设备参数，易导致燃烧机出现异常，不能正常工作。
（3）燃料必须使用直径6-8mm木质生物质颗粒，不能使用颗粒碎屑和杂质太多的颗粒。
（4）严禁将任何金属品进入料斗，以防损坏送料系统。
（5）若出现阻料和卡料，可用木棍捅下来，不能用钢筋、铁丝，以防卷入螺杆，造成螺杆损坏。
（6）燃烧正常使用后。要经常检查观察料仓，及时添加燃料，料仓内燃料不能少于三分之一，严禁无燃料工作。
（7）炉膛应保持负压，严禁正压太大。
（8）运行中，不可因用气量增加而加料过猛，当燃料用量增加时，易导致降低燃烧机效率。
（9）工作过程中可通过炉子观火口，观察燃烧室出口生物质颗粒燃烧情况。
（10）经常清理燃烧室内部灰渣，不工作时将生物质颗粒燃烧完成或清理干净。
生物燃料的作用篇7
[关键词]生物质电厂；燃料；皇竹草；组织模式
[作者简介]刘毅，中国能源建设集团广东省电力设计研究院工程师，研究方向：热能与动力，广东广州，510663
[中图分类号]S216[文献标识码]a[文章编号]1007-7723（2013）06-0019-0003
生物质发电主要利用在农林业生产中产生的废弃物作为发电燃料，是一项具有广阔发展前景的可再生能源产业。根据2005年国家颁布实施的《中华人民共和国可再生能源法》，可再生能源被列为能源发展的优先领域，是国家大力推动的能源产业。同时，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2020年）》中，生物质发电也被列为能源领域中重点开发利用的技术，并作为国家能源战略的重要组成部分。随着石油、煤、天然气等资源日益枯竭，生物质发电将越来越受到重视，在未来的应用将越来越广泛。
从目前国内已建成的生物质电厂运行情况来看，多数电厂在燃料的收集、运输和储存过程中均存在难题。特别是50mw的大型机组，燃料组织环节的问题已成为制约电厂生存与发展的关键因素。针对这种情况，本文提出一种新型的燃料组织模式：种植皇竹草作为原料。通过对这种新型燃料组织模式的探讨，笔者希望能为以后的生物质电厂燃料系统的设计提供一种新思路。
一、传统的燃料组织模式
生物质电厂的燃料一般采用在农林业生产中产生的废弃物，如秸秆、锯末等。这些燃料具有密度小、热值低、分布范围广等特点，且具有季节性。一个容量为2×50mw的生物质电厂每年所需燃料量大约为60×104t，燃料收集半径大约为30～60km，根据各地资源分布情况不同而有所差异。
目前最常见的燃料组织模式大致分为以下几个步骤：a）从农户处收集燃料；b）在厂外收储站对收集到的燃料进行切碎、打包等再处理；c）将处理好的燃料运输至场内储料场储存。
而为了降低电厂的初始投资及管理难度，减少电厂的人员，并兼顾燃料供应安全性，降低风险，大多数电厂的燃料组织都是采用电厂自主组织完成和由当地的农户或经纪人组织完成相结合的方式，只是在各自完成的比例上有所差异。
二、燃料组织过程中的常见问题
（一）燃料收集困难
首先，农林业生产具有很强的季节性，在农林作物未收获的时段，将会产生燃料供应不足的问题。其次，生产过程中产生的废弃物的所有权分属千家万户，在收集过程中电厂要与收集半径内的多个农户个体或经纪人打交道，工作量非常大。再次，电厂作为需方，缺乏对供方的约束力，有时甚至还会出现农户单方面涨价或突然停止提供燃料的情况。最后，农户对燃料的收集主要是以人力为主，效率低下，导致其积极性不高。上述因素都会导致燃料收集困难。
（二）燃料运输成本高
我国农村地区实行土地承包责任制，少有机械化集中生产，人均耕地面积少，导致燃料分布零散，运输工作量大，成本高。无论是电厂挨家挨户去收取，还是由农户各自送货上门，运输成本最终都会反映到燃料成本上。即使设置厂外收储站，也只能使运输成本高的问题有所缓解，而无法得到根本改观。
（三）燃料质量难以保证
目前生物质电厂普遍采用炉排炉和循环流化床锅炉。锅炉对燃料含水率的设计值一般在20～30%。但农户均采用自然风干的办法对燃料进行处理，最终含水率一般在30%以上。有时由于风干时间不够长，含水率甚至会远超30%。同时，在燃料收集过程中，由于不可能做到每户每次都详细检测，农户往燃料中掺水掺石块的事情时有发生。
含水率过高会导致燃料在储存时易发酵、自燃，从而产生安全隐患，而且在进入炉膛燃烧时会增加锅炉排烟损失，使锅炉效率下降。往燃料中掺石块则可能会损坏解包机、给料机等上料设备。
（四）燃料供应的安全性难以保证
生物质燃料具有密度小、体积大的特点，因此储存设施占地大，储量却很少。而出于成本控制方面考虑，储存设施的容积也会受到一定的限制。
但是在燃料的组织过程中，存在诸多经常遇到且难以回避的困难。例如，燃料供应的季节性影响、燃料收购的价格上涨、电厂与农户之间产生纠纷、恶劣的气候因素影响等。当这些因素的影响超过厂内和厂外储存设施的缓冲承受能力时，电厂将不可避免地遭遇“无米下锅”的尴尬情景。
据笔者了解，国内的生物质电厂曾出现过多例因燃料供应紧张，燃料收购价格在短时内大幅上涨的事件，甚至还曾有电厂因为缺少燃料而被迫停机。
三、新型燃料组织模式
为了电厂长期安全稳定运行，避免出现以上问题，国内某生物质电厂工程正在尝试采用一种新型的燃料组织模式。该电厂主要采用在电厂周边50km范围内种植的皇竹草作为燃料，同时也可以收集该半径内的各类农林业废弃物作为燃料。
电厂规模为2×50mw机组，年利用小时按6000h计，年消耗燃料量折合成含水率10%的皇竹草约为48×104t。
（一）皇竹草的特性
皇竹草是我国从南美洲哥伦比亚引进的高产量优质牧草，其植株高大，根系发达，为多年生植物，主要繁殖方式为无性繁殖，适宜种值于各种类型的土壤，并具有很强的耐酸性和抗干旱能力。皇竹草性状介于荻苇与高粱之间，其外形和生长形态类似甘蔗，但中空，节间较脆嫩，属于软质秸秆。
皇竹草最适宜在热带和亚热带气候条件下生长，而且对气温条件的适应性较强，在靠近北方的地区也可以种植，但是温度较低会抑制其生长。在我国南方地区种植皇竹草生长周期短，收获期长，春季栽植后2～3个月即可收割，每年可收割4～6次，栽植一次可连续收割6～7年，每亩每年可产鲜草达25t。
皇竹草鲜草含水量为75%左右，除去水分，主要成分为纤维素、木质素和半纤维素，占固体物料总重量的80%以上。除此之外，还含有蛋白质、脂类、灰分、果胶、低分子的碳水化合物等。对含水率10%的皇竹草进行元素分析，结果表明，在同等含水率基础上，其热值低于树枝、锯末的热值，而与水稻、玉米秸秆等大多数生物质的热值相当。
（二）种植模式及规模
该电厂所在地区为经济欠发达的山区，有大量山坡地可用来种植皇竹草。项目公司计划利用山坡荒地共约15×104亩，由当地政府引导农户种植，项目公司负责技术支持和技术服务，并回购收获的皇竹草作为电厂的燃料。
依靠种植，这些荒地年产皇竹草鲜草最高可达375×104t，折合含水率10%的干草约为105×104t，作为电厂的主要燃料。同时在周边地区收集当地的农林废弃物，每年约26×104t，可作为补充，满足电厂需要。
（三）燃料组织模式
该电厂的燃料组织模式策划为：项目公司+政府+燃料公司+经纪人+农户。首先，项目公司和当地政府签订项目合作协议书，政府在政策上给予大力支持，对当地农户的种植予以科学引导。然后，由项目公司组建燃料公司，同时发动并培育一批当地的经纪人，并在每一个种植乡镇为电厂配套建设燃料收储站（约20个）。
农户种植皇竹草可以采用两种模式，一种是自己承包土地种植，将收获的产品卖给燃料公司；另一种则由经纪人承包土地，农户受其雇佣进行种植。
皇竹草收获后，就地进行晾晒，然后由农户自行送至电厂或厂外收储站，或者由燃料公司或经纪人上门收取。收集到燃料后，合格的直接入库储存，需要再处理的则经过切碎、脱水等处理之后再入库储存。
电厂设置20个厂外收储站和1个厂内储料场，共可满足2台机组65天的燃料量。
（四）优点及缺点
这种新型的燃料组织模式有自己独特的优点：a）农户或经纪人可以承包大面积的土地进行种植，燃料的分布变得比较集中，收集工作比较容易；b）燃料产地集中，使运输工作量和成本大大降低；c）电厂收购燃料需面对的对象较少，可以建立起规模较大的长期、稳定的合作关系，而且可以在收购时进行抽检，都有助于保证燃料的质量；d）皇竹草的种植有当地政府和项目公司组织和引导，有利于维持燃料市场的稳定、有序。皇竹草的生长受季节的影响要比其它农作物小得多，通过合理调配收割时间，燃料供应可以做到全年无间断。这些都是电厂燃料供应安全性的有力保障。
以上是新型燃料组织模式的优点，但任何事物都具有两面性，这种模式也有一些缺点：a）皇竹草的种植需要大面积的土地，同时农户的利益也需要担保，这些都需要政府部门的积极参与和大力支持，而且项目实施的初始阶段难度较大；b）该模式具有一定的地域性限制，较适合在南方地区进行。因为皇竹草虽然对气温条件的适应性较强，但是越靠近北方其产量越低，该模式的经济性越差；c）该模式尚未经过工程实际检验，拟采用该模式的生物质电厂尚处于可行性研究报告审查通过的阶段，在以后的项目实施阶段是否会遇到新的困难尚未可知。
四、结语
因为篇幅的关系，本文仅在技术层面对新型燃料组织模式和传统燃料组织模式进行对比分析，未再在经济性方面进行探讨。
本文提出的这种新型的生物质电厂燃料组织模式从技术上来说完全可行，而且可以明显改善甚至解决一些在传统的燃料组织过程中无法回避的难题。但是它也有自己不可忽视的缺点，希望能有后来者继续这个课题，找到能够改善的办法。
[参考文献]
[1]GB50762-2012，秸秆发电厂设计规范[S].
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[3]文科.大型生物质电厂燃料收储运系统工程应用分析[J].广西电力，2011，34（6）.
[4]陆涛.生物质电站收储运系统在农垦环境下的应用[J].可再生能源，2011，29（5）.
生物燃料的作用篇8
关键词：大型火电；生物质气化；耦合发电
中图分类号：tm611文献标志码：a文章编号：2095-2945（2017）19-0037-02
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：
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生物燃料的作用篇9
能源是一个国家经济和社会发展的重要基础，也是各国战略安全的重要组成部分。面对传统化石能源日益枯竭、环境污染日益严重以及全球气候变暖的威胁，我国已经将关注目光转向了能源多元化发展和加快可再生能源开发上。燃料乙醇作为可再生能源的代表之一，已成为我国新型能源研发的重点，当前，伴随着低碳之风席卷祖国大地，燃料乙醇的生产和利用在我国得到了迅速的发展。
燃料乙醇是一种新型清洁燃料，是可再生能源开发利用的重要方向。它可以用玉米、小麦等粮食作物和甘蔗、木薯、高粱等非粮食作物通过生物发酵方式来生产，也可以利用植物纤维经过预处理、无机酸或纤维素酶水解再通过生物发酵方式生产。将一定比例的燃料乙醇掺混在普通汽油即可调和成乙醇汽油。乙醇汽油可以有效改善油品的性能和质量，降低一氧化碳、碳氢化合物等主要污染物的排放。
行业步伐加快
同时，燃料乙醇作为新兴行业，可以带动农业、制造业等行业协同发展，拉动经济增长，因而得到各国政府的大力支持。按照技术和工艺的发展进程，目前学术界将燃料乙醇分为三类：第1代的粮食乙醇、第1.5代的非粮乙醇、第2代的纤维素乙醇。粮食乙醇指以玉米、小麦等粮食为原料，使用传统的发酵法制造的燃料乙醇；非粮乙醇指使用木薯、甘蔗、甜高粱秆、红薯等经济作物为原料，使用传统的发酵法制造的燃料乙醇。第1代和第1.5代燃料乙醇均属于淀粉基乙醇，即将原料中的可发酵糖直接发酵制取乙醇。纤维素乙醇指使用玉米秸秆、玉米芯等纤维素物质为原料，经预处理后通过高转化率的纤维素酶，将原料中的纤维素转化为可发酵的糖类物质，然后经特殊的发酵法制造燃料乙醇，在技术上同粮食乙醇和非粮乙醇存在较大的差别，目前是国内外科研机构和企业的研发重点。
我国的燃料乙醇行业起步较晚，但在政府的大力支持下发展迅速。从2001年开始，我国先后在河南、黑龙江、吉林、安徽等9个省市开始试用车用乙醇汽油，采取地方立法的手段，在试点城市封闭运行。“十五”期间，国家批准了包括吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天冠集团有限公司、安徽丰原生物化学股份有限公司和黑龙江华润乙醇有限公司等4家燃料乙醇试点企业，以消化陈化粮为主生产燃料乙醇。近几年，燃料乙醇在全国多个省市进行了推广，取得了很好的成效。目前我国推广乙醇含量10%的乙醇汽油的省份从原来试点的4个向更大的范围推广。随着试点规模的扩大，我国燃料乙醇销售量迅速增长，截止到2011年我国燃料乙醇产销量达193.76万吨，是世界第三大燃料乙醇生产国。
政策大力扶持
为了促进燃料乙醇行业的健康有序发展，从提出此项战略以来，国家对该行业的政策干预从未停止过。燃料乙醇从落地以来，政府对其进行了大力推广，从产品的生产、销售到定价都是由政府“一手操办”。获得政府批准和补贴是燃料乙醇生产开工的必要前提，政府政策变化对燃料乙醇生产效益波动影响很大。
我国人多地少，耕地资源紧缺，粮食供需处于紧平衡状态，以玉米、小麦为原料生产燃料乙醇将威胁到国家的粮食安全，影响粮食正常供给，并导致农产品价格上涨等连锁反应，所以我国严格控制以粮食为原料的燃料乙醇新建和扩建项目。2005年6月，财政部印发《可再生能源发展专项资金管理暂行办法》明确提出：“石油替代可再生能源开发利用，重点是扶持发展生物乙醇燃料、生物柴油等，其中生物乙醇燃料是指用木薯、甘蔗、甜高粱等制取的燃料乙醇。”针对部分地区发展生物乙醇燃料的过热倾向和盲目势头，2006年12月国家发展改革委和财政部联合下发了《关于加强生物燃料乙醇项目建设管理，促进产业健康发展的通知》，要求立即暂停核准和备案玉米燃料乙醇项目，明确提出“因地制宜，非粮为主”的发展原则。
可见燃料乙醇虽然在我国具有良好的使用及推广价值，但乙醇的发展趋势应立足于中国国情，做到不与人争粮，不与粮争地，走以非粮作物，如木薯和纤维素为原料的生产路线。记者认为，想要做到这些都离不开政府的科学指导和政策的合理干预。
企业发力支撑
燃料乙醇产业对于推动我国发展绿色低碳经济、提升生态文明水平有着至关重要的作用。为此国家对该产业大力扶持，众多优惠政策频频抛出，而企业的有力支撑成为了该产业健康有序发展的关键。
作为我国较早涉足燃料乙醇产业的天冠集团经过了多年的积极探索，现已成为绿色生物能源的领军者。在企业成长的同时积极推行循环、低碳发展，为国家能源安全和节能减排工作作出了重要贡献。
天冠集团副总经理路胜旗向《财经界》记者表示，上世纪末，天冠集团率先研制出燃料乙醇，并于2000年向国家及省市有关部门提出了“关于在我国推行清洁燃料乙醇的建议，受到国家层面的高度重视。”2002年，天冠集团30万吨/年燃料乙醇项目得到国家批复，成为国家“十五”重点工程和河南省工业结构调整标志性项目。经过数年的发展，企业已形成年产80万吨燃料乙醇的生产能力，占全国燃料乙醇总量的30%以上，为河南、湖北、河北三省31个城市提供着高品质的绿色能源，累计替代石油资源460万吨以上，带动农民增收300多亿元，有效改善了推广区域的生态环境，产生了显著的经济、社会和生态效益。
天冠集团积极探索燃料乙醇的脚步从未停止，历经十几年的研发，企业成功开发出了具有完全自主产权的纤维乙醇关键技术。2011年12月，天冠集团国内首个万吨级纤维乙醇示范项目正式通过了国家能源局组织验收。2013年，天冠集团的纤维乙醇产业化体系全面成熟，形成了一系列具有知识产权的独创性成果。以此为依托，天冠集团率先获批开建了全球最大的年产15万吨纤维乙醇产业化示范区项目，成为我国纤维乙醇全面产业化的破题之笔，也进一步奠定了我国生物能源产业的国际领先地位。
发展前景广阔
随着国内环保意识的加强，发展低碳经济的呼声越来越高，在此大环境下，燃料乙醇自身所具有的特殊优势注定了它的发展前景将会很广阔。
生物燃料的作用篇10
关键词:环保;生物燃料电池;污水同步处理发电
收稿日期:2010-07-28
作者简介:陈丁丁(1982―),男,江西武宁人,助理工程师,主要从事环境工程方面研究。
中图分类号:tk01
文献标识码:C
文章编号:1674-9944(2010)08-0207-03
1引言
环保生物燃料电池并非刚刚出现的一项技术。1910年英国植物学家马克•比特首次发现了细菌的培养液能够产生电流,于是他用铂作电极放进大肠杆菌和普通酵母菌培养液里,成功制造出了世界第一个微生物燃料电池。1984年美国制造了一种能在外太空使用的微生物燃料电池,使用的燃料为宇航员的尿液和活细菌,不过放电率极低。传统的燃料电池是利用氢气发电,但从来没有尝试使用富含有机物的污水来发电。环保生物燃料电池是一种特殊的燃料电池,以自然界的微生物或酶为催化剂,直接将燃料中的化学能转化为电能。
2环保生物燃料电池的工作原理
环保生物燃料电池(microbialFuelCellmFC)是以微生物作为催化剂将碳水化合物中的化学能转化为电能的装置,由阳极区和阴极区组成,中间用质子交换膜(protonexchangemembrane,pem)分开,如图1所示。环保生物燃料电池的工作过程分为几个步骤:在阳极区,微生物利用电极材料作为电子受体将有机底物氧化,这个过程要伴随电子和质子(naDH)的释放;释放的电子在微生物作用下通过电子传递介质转移到电极上;电子通过导线转移到阴极区,同时,由naDH释放出来的质子透过质子交换膜也到达阴极区;在阴极区,电子、质子和氧气反应生成水,随着阳极有机物的不断氧化和阴极反应的持续进行,在外电路获得持续的电流[1],其反应式如下:
阳极反应:
C.6H.12o.6+6H.2o6Co.2+24H++24e-,
e.0=0.1014V
阴极反应:
6o.2+24H++24e-12H.2o,
e.0=1.123V
图1生物燃料电池结构示意图
3环保生物燃料电池的利用领域
3.1废水同步的处理与发电
3.1.1单一槽设计
电池装置和氢燃料电池有点相似,是一个圆柱形的树脂玻璃密闭槽。微生物燃料电池是单一反应槽,里面装有8条阳极石墨棒,围绕着一个阴极棒,密闭槽中间以质子交换膜间隔。密闭槽外部以铜线组成的闭合电路,用作电子流通的路径。当污水被注入反应槽后,细菌酶将污水中的有机物分解,在此过程中释放出电子和质子。其中电子流向阳极,而质子则通过槽内的质子交换膜流向阴极,并在那里与空气中的氧以及电子结合生成干净的水。从而完成对污水的处理。与此同时,反应槽内正负极之间的电子交换产生了电压,使该设备能够给外部电路供电。单一反应槽是微生物燃料电池设计的创新。大部分燃料电池的设计以两反应槽为主,分别为阳极槽和阴极槽,在阳极槽中以厌氧方式维持微生物生长;阴极槽中则需维持在有氧环境下,使电子与氧结合并且与质子形成水分子。而单一反应槽以质子交换膜连接两槽,其功能不仅可分开两槽水溶液,还可以避免氧气扩散至另一槽内。两槽式的电解槽,需以外力方式提供溶氧至阴极,而单一槽微生物燃料电池可以以连续注水方式将空气带入阴极,从而减少通氧设备的花费。在发电量方面,在实验室里,该设备能产生72w的电流,可以驱动一个小风扇。虽然目前产生的电流不多,但该设备改进的空间很大。从提交发明报告到现在,已经把该燃料电池的发电能力提高到了350w,这一数值最终能达到500~1000w。技术成熟后,可以批量生产的微生物燃料电池的发电能力将获得很大提高,可以产生500kw的稳定电流,大约是300户家庭的用电量。
3.1.2不间断上流微生物燃料电池
华盛顿大学的研究人员日前称,他们把利用废水发电的微生物燃料电池技术又向前推进了一步。去年他们已研究出了这一利用废水发电的新技术,现在,他们又把新技术的发电量比去年提高了10倍。如果利用这一技术能使发电量再提高10倍的话,食品和农业加工厂就有望能安装这种设备用于发电,并能为附近居民提供清洁和可再生电能[2]。华盛顿大学环境工程学项目成员、化学工程助教拉思安晋南特博士在“环境科学技术”网站上介绍了这种不间断上流微生物燃料电池(UmFC)的设计以及工作原理。同过去那些让微生物在含有营养液的封闭系统中工作的实验不同的是,安晋南特为微生物提供的是源源不断的废水。由于食品和农业加工中会不停排放废水。因此,安晋南特的技术更容易在这些工厂得到应用。利用废水发电的微生物燃料电池技术,是在阳极室内安装价格低廉的U型质子交换膜,将阳极和阴极分开。废水中含有的有机物,可为细菌群提供丰富食物,使其得以生存和繁衍。这些细菌在电池阳极电极上形成生物膜,同时在食用废水中有机物时向阳极释放电子,电子通过与阳极和阴极相连的铜导线移动到阴极,废水中的质子则穿过质子交换膜回到阴极,同电子和氧原子结合生成水。而电子在导线中的运动过程就形成了人们所需要的电流。继2005年首次完成了废水发电的微生物燃料电池设计后,安晋南特新推出的U型设计增加了质子交换膜的面积、缩短了两极距离,因此降低了因阻力引起的能耗,使电池发电能力提高了10倍,每立方米溶液的发电量从3w/m3增加到了29w/m3。如果微生物燃料电池系统能够维持20w/m3的电力输出,就可以点亮小功率的灯泡。
3.1.3利用太阳能和光和细菌的环保生物燃料电池
noguera与土木与环境工程教授marcanderson、助理教授trinamcmahon,细菌学教授timothyDonohue,研究员isabeltejedoranderson,以及研究生YunKyungCho和Rodolfoperez合作发展出一种能在污水处理厂应用的大规模微生物燃料电池系统。目前,研究人员们把微生物封装在密闭的无氧测试管中,测试管的形状被做成类似电路的回路。当处理废物时,先把有机废水通入管中,作为副产品电子向阳极移动,然后通过回路流到阴极。另外一种副产品质子通过一块离子交换膜流到阴极。在阴极中,电子和质子与氧气发生反应形成水。一块微生物燃料电池理论上最大可以产生1.2V电压。但是可以像电池一样把足够多的燃料电池并联和串联起来产生足够高的电压来作为一种有实际应用的电源。目前该研究小组正在利用他们在材料科学、细菌学和环境工程方面的优势来最优化微生物燃料电池的结构。
3.2新型的环保燃料电池
英国牛津大学科研人员研制出一种新的环保生物电池,这种环保生物电池装有一种生化酶,可以吸收空气中的氢和氧来发电。这种生化酶是从一种需要氢气来维持新陈代谢的细菌中分离出来的。这种酶的独特之处在于可以与那些如一氧化碳和硫化氢等常规的电池催化剂并存。这种酶是“生长型”的,因此能够以价格低廉、可再生等特点取代传统价格昂贵的铂基催化剂。这种电池消耗的是大气中的氧气和氢气。所使用的酶是从自然界中利用氢气进行新陈代谢的细菌中分离出来的。这种酶的特性是具有高选择性,能够忍受对传统的燃料电池催化剂具有毒害作用的气体,例如一氧化碳和硫化氢。研究人员表示,由于这种酶能够生长,所以对比于其他的氢燃料电池所使用昂贵的铂催化剂而言,这是一种廉价的、可更新的环保燃料电池。
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3.3生物医学的应用
环保生物燃料电池还可以造出另一种重要产品,根据电信号立即测出病人血糖水平的仪器。对于向包括起博器和胰岛素生成器等在内的可植入电控医学设备供电来说,环保生物燃料电池非常有用。这些设备需要无限的电源,这是因为更换这些设备的电池可能需要外科手术。BFC从活的生物体内提取燃料(例如从血流中提取葡萄糖)来产生电流。只要生物个体是活的,这种燃料电池就可以持续起作用[5]。
2010年8月绿色科技
第8期
4结语
尽管环保生物燃料电池经数十年研究仍距实用遥远,燃料电池研究从20世纪90年代初开始又成为热门领域,现在仍在升温阶段。几种燃料电池已经处在商业化的前夜。另外,近20年来生物技术的巨大发展,为环保生物燃料电池研究提供了巨大的物质、知识和技术储备。所以,环保生物燃料电池有望在不远的将来取得重要进展。随着生物和化学学科交叉研究的深入,特别是依托生物传感器和生物电化学的研究进展,以及对修饰电极、纳米科学等研究的层层深入,环保生物燃料电池研究必然会得到更快的发展。环保生物燃料电池作为一种绿色环保的新能源,在生物医学等各个领域的应用的理想必然会实现。
参考文献:
[1]韩保祥,毕可万.采用葡萄糖氧化酶的生物燃料电池的研究[J].生物工程学报,1992,8(2):203~206.
[2]贾鸿飞,谢阳,王宇新.生物燃料电池[J].电池,2000,30(2):86~89.
[3]连静,祝学远.直接微生物燃料电池的研究现状及应用前景[J].科学技术与工程,2005(22):162~163.
[4]尤世界,赵庆良.废水同步生物处理与生物燃料电池发电研究[J].环境科学,2006,9(9):17~18.
[5]宝,吴霞琴.生物燃料电池的研究进展[J].电化学,2004,2(1):1~8.
theResearchandForegroundofBiofuelCell
ChenDingding
(wuningenvironmentalprotectionBareau,wuningJiangXi332300,China)
abstract:Biofuelcellisadeviceconvertingchemicalenergyintoelectricalenergydirectlywiththebiocatalysts,whichhastheadvantagesofabundantfuelresource,mildreactionconditionandgoodbiologyconsistence.and,Biofuelcellarecapableofconvertingchemicalenergypresentedinorganicwastewaterintoelectricityenergywithaccomplishmentsofwastewatertreatmentssimultaneously,whichpossiblycapturesconsiderablebenefitsintermsofenvironmentsandeconomics.