生物燃料的优缺点模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇生物燃料的优缺点，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

 以教师的“教”为主的直接灌输式教学方法存在很大的弊端「，〕，教师直接向学生传递教学信息不仅难以把控学生对知识的掌握程度，而且不利于学生综合能力的提高。在生物质化工课程的教学过程中，教师的主要工作是对教学目标、教学内容进行梳理，对教学活动进行组织，对教学的难点重点进行解答，总体上扮演一个管理者的角色;学生才是教学过程的主体，是教学活动的积极参与者和知识的主动建构者。让学生认识到知识的学习过程是一个学生要求学习、教师进行指导的主动学习的过程，而不是教师传授、学生被动接受的过程。    在第一轮教学活动结束后的评教环节中，一位学生提出:“老师在上课时没有给出标准答案”，实际上，作为大学生的学习已经不能拘泥于教师给出的标准答案了，在生物质化工课程的教学设计中，由于加人了一些当前关注的科研课题，课题本身也没有标准答案。课堂讨论的主要目的是引导学生去思考问题，而“标准答案”是需要学生在学习过程中不断地思考，甚至有可能将来投身到科学研究中去探索的。

1. 2“授之以渔”而非“授之以鱼”   

 建立起系统的专业知识体系，是大学生学习的一个重要任务。为了使学生能够更好地构建自己的知识体系，必须帮助学生培养适合自己的学习方法，即“授之以渔”。在教学过程中，通过对不同的技术进行纵向和横向的对比研究，对热门技术的发展与改进历程进行梳理，与学生一起总结相关内容的内在联系与共性规律等一系列的教学活动，让学生认识到知识的获得有章可循，进而帮助学生找到适合自己的学习方法。

1. 3兴趣是最好的老师   

 兴趣是学生学习的最主要动力。兴趣的培养可以通过榜样的力量来实现。比如，在课堂上可以适时地向同学们介绍一些相关领域的牛人事迹、科研成果，让学生认识到自己所学专业知识的重要性;在学校召开国际会议/学术研讨会期间，鼓励学生担任会场的服务工作，让学生近距离接触科研实际，切实地感受到专业对人才的需求，提高学生的专业荣誉感与责任感。

2 明确教学目标、合理设计教学内容

生物质化工为一门新兴的专业课，是与浙江科技学院化工专业特色紧密结合的。目前，全国范围内仅有少数高校开设了生物质化工专业方向，在选择教材时发现，还没有一本与“生物质化工”同名的书籍，因此，无论对教学目标还是对教学内容都需要进行探索。  

 在培养目标方面，结合行业人才需求和专业认证对学生的毕业要求，制定下列教学目标:   

 1)熟悉生物质化工技术的基本原理、工艺路线及技术参数;   

 2)明确生物质化工技术目前存在的问题及将来的发展方向;   

 3)具有较好的自学能力、分析问题和解决问题的能力;   

 4)具有从事生物质化工技术、生物质能源及生物质材料等的开发设计和科学管理的初步能力。  

  教学内容的选择不局限于一本教材，要体现多元化、前沿化、实用化的课程体系，主要包括课程的基本知识的讲授、问题研讨和探究性项目三部分redlw.com。  

  课程的基本知识分成12章内容，分别是:1)概述;2)生物质直接燃烧技术;3)生物质压缩成形和炭化技术4)生物质热解技术;5)生物质液化技术;6)生物质气化技术;7)沼气发酵及重整技术;8)生物质制氢技术;9)生物质燃料乙醇和燃料甲醇技术 10)生物柴油技术;11)生物质制备平台化合物技术;12)城市固体废弃物能源处理技术。

篇2

能源危机已经触动每个人的神经，也激起了人们寻找可替代能源的强烈愿望。

很多东西能替代汽油

闵恩泽院士介绍，目前国内外研究、应用较多的几种生物质燃料主要有秸秆乙醇汽油、甜菜生物质汽油、纤维素生物质汽油、生物柴油、第二代生物柴油、微藻生物柴油等，很多东西可以替代汽油，我国发展生物质燃料的前景非常广阔。

含10％乙醇的秸秆乙醇汽油已在我国推广应用。与传统汽油相比，它优势明显。比如辛烷值提高了、含氧多、燃烧充分，减少汽车尾气一氧化碳排放35％以上、碳氢化合物排放15％以上。生物质生长过程，还能吸收二氧化碳。目前，我国已建有20万吨／年以上、以非粮作物木薯为原料的工厂。在国外，美国能源部投资10亿美元，发展秸秆乙醇工艺。计划到2030年，秸秆乙醇供应达到美国汽油总量的30％，约1.9亿立方米，生产成本也将低于石油汽油。闵恩泽院士说，要立足我们的基础，与国外合作，先实现工业化，再把规模扩大至10万吨／年以上。而大规模发展，酶制剂是基础，原料是关键，要调研了解国内的原料供应情况，研发具有自己特色的酶制剂。

以甜菜为原料的生物质汽油——最新一代生物质车用汽油，比乙醇汽油能量更高，使用更经济；不需要更新销售系统和加油站，不需要调整发动机。国外2010年开始建设工业生产装置。生产工艺包括原料预处理、水相重整、碱催化聚合、加氢脱氧。

同时，国外也在大力研究以纤维素为原料的生物质汽油。纤维素比甜菜等原料来源广泛、价廉。采用纤维素为原料，我国更有可能形成具有自主知识产权的技术。国内对纤维素生产生物质汽油的研发已经开展，并取得一定进展。应重点突破，占领这一高科技发展前沿制高点。

生物柴油大有可为

闵恩泽院士介绍，生物柴油是21世纪崛起的新兴产业，世界生物柴油产能已在3000万吨／年以上。目前，美国产能已发展到1093万吨／年、欧盟为1300万吨／年。国际上已经制定完善的生物柴油标准。

我国生物柴油总产能约150万吨／年，近几年产量30万～50万吨／年，大多以废弃油脂为原料。中国海油建设在海南东方的6万吨／年生物柴油装置，采用中国石化的SRCA工艺，实现了清洁生产，并已在海南的加油站销售。

闵恩泽院士说，中国石化发展生物柴油产业有基础。中国石化拥有完整的从小型到2000吨／年生物柴油中型试验装置；拥有生物柴油质量分析、模拟评定、台架试验装置以及行车试验的经验；拥有世界一流的、处理废弃油脂原料的生物柴油成套技术，以及处理木本植物油和微藻油原料的碱催化蒸馏工艺。此外，中国石化向科技部申请了“十二五”国家生物柴油重大支撑项目，中国石化咨询公司受国家能源局委托，正编制我国生物柴油行业发展的指导意见。这些，对中国石化发展生物柴油提供了有力支持。

期望微藻“点绿成金”

篇3

作者简介：韩杨（1982-），男，四川成都人，电子科技大学机电学院电力电子系，讲师。

基金项目：本文系电子科技大学中央高校基本科研业务费资助（项目编号：2672011ZYGX2011J093）的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）14-0046-02

“新能源发电技术”是电子科技大学电气工程及自动化、机械设计制造及自动化、工业工程三个专业课程体系中的一门重要课程。该课程属于高年级本科生的专业选修课，共32课时、内容多、知识面广、综合性强。[1， 2]由于三个专业的学生知识体系存在一定差异，在教学理念、教学内容、教学方法等方面，需要做出系统的设计和创新。笔者在教学过程中，充分吸收国外高校模块化教学模式、凝练教学内容，充分利用交互式教学方法，采用课堂讲授、提问与解答、课程项目、研究报告等手段，把互动式教学方法成功应用到教学实践中。课程以电能变换与控制为主线，鼓励不同专业背景的学生组成研究小组对课程项目进行协作研究，提升了学生的学习兴趣，培养了学生的自主创新能力。[3， 4]

一、国外“新能源发电技术”教学内容与模式回顾

1.麻省理工学院（MIT）的模块化教学模式

课程简介：课程评估当前和未来潜在的能源系统，包括资源提取、转换和最终使用技术，重点区域和全球能源需求。研究各种可再生能源和传统能源的生产技术，能源最终用途和替代品，在不同国家的消费习惯。

第一部分：能源的背景。欠发达国家日益增长的能源需求、发达国家可持续的未来能源。能源概述、能源供给和需求的问题；能源转换和经济性分析，气候变化和应对措施。模块1：能量传递和转换方法。模块2：资源评估和消耗分析。模块3：能量转换、传输和存储。模块4：系统的分析方法。模块5：能源供应，需求和存储规划。模块6：电气系统动力学。模块7：热力学与效率的计算。

第二部分：具体的能源技术。模块1：核能的基础和现状；核废料处理；扩建民用核能和核扩散。模块2：化石能源的燃料转换，电源循环，联合循环。模块3：地热能源的类型；技术、环境、社会和经济问题。模块4：生物质能资源和用途，资源的类型和要求。

第三部分：能源最终用途，方案评估和权衡分析。模块1：汽车技术和燃料经济政策。模块2：生物质转化的生命周期分析；土地使用问题、净能量平衡和能量整合。模块3：电化学方法电能储存、能量转换，燃料电池。模块4：可持续能源，非洲撒哈拉以南地区的电力系统的挑战和选择。

2.瑞典皇家理工学院（KTH）课程内容与要求

课程内容：替代能源和可再生能源的全方位的介绍和分析，包括整合这些解决方案以满足能源服务的要求。包括现有和未来的替代能源，如水能、风能、太阳能、光伏、光热，燃料处理；可再生能源系统面临的挑战；动态整合各种可再生能源。在整个教学过程中，学生的读、写和研讨主题是“先进的可再生能源系统技术”，特别是通过项目工作和多个为期半天的研讨会对相关专题进行研讨，每个人都参与演讲和讨论，并邀请有行业工程背景的专家和政策制定者来课堂参与探讨，丰富课堂内容、提升教学质量。

课程要求：在课程结束时，学生应能够分析和设计能源系统，利用风能、生物能源、太阳能产生电力或用于加热与冷却。完成课程后，学生能详细说明风能、生物能、太阳能基本原理和主要特点，以及它们之间的区别。能掌握这3种可再生能源系统的主要组件，了解基于化石燃料的能源系统对环境和社会的影响。

3.威斯康星大学（UWM）课程内容与要求

课程内容：学习有关国家最先进的可再生能源系统，包括生物质、电力和液体燃料，以及风力、太阳能、水电。学生们将对可再生能源电力和能源供应做工程计算，并要了解可再生能源的生产、分配和最终使用系统。能源存储、可再生能源政策；经济分析，购买和销售能源；风能理论与实践；太阳能可用性，光热和光伏发电系统；水电；地热，潮汐能和波浪发电；生物能源、生物质燃烧热力和电力；生物质气化，生物油热解；生物燃料的生命周期评估。

课程要求：掌握基本的可再生能源系统的工程计算，了解可再生资源评估和能源基础设施一体化。确定可再生能源系统的环境影响。设计和评估可再生能源系统的技术和经济上的可行性。了解能源在社会中的关键作用。了解可再生能源发展的公共政策、市场结构。卓越学生的学习成果：能够运用数学、科学和工程原则进行实验设计，并能分析和解释实验现象。有能力设计一个系统、部件或过程，以满足预期要求，具备解决工程问题和有效沟通的能力。

二、创新人才培养模式下“新能源发电技术”教学设计

通过对该课程的学习，使学生了解中国的能源现状，掌握电源变换与控制技术的基本原理，掌握光伏发电和风力发电的基本原理及系统的构成，加深对中国风力资源和风力发电基本原理的认识，理解生物质资源的利用现状、转换与控制技术的基本原理，了解天然气、燃气发电与控制技术的基本原理和应用情况。吸收国外经验，设计教学模块。

1.电源变换和控制技术

内容要点：电力电子器件的概念、特征和分类，不可控器件——电力二极管，半控型器件——晶闸管，电力场效应晶体管——电力MOSFET，绝缘栅双极型晶体管——IGBT；AC—DC变换电路：二极管整流器——不控整流，晶闸管整流器——相控整流，PWM整流器——斩波整流；DC—DC变换电路：单管不隔离式DC—DC变换器，隔离式DC—DC变换器；DC—AC变换电路原理、分类、参数计算；AC—AC变换电路。

课堂提问：晶闸管的导通和关断条件是什么？相控整流与PWM整流电路区别是什么？交流调压电路的基本原理是什么？什么是逆变？如何防止逆变失败？

课程项目1：让学生设计一个50kW的相控整流和PWM整流电路，进行MATLAB仿真分析，比较两种整流电路的区别，要求分组讨论、制作PPT演讲，撰写研究报告。

2.风能、风力发电与控制技术

内容要点：风的产生、特性与应用；风力发电机组的结构、分类与工作原理；风力发电的特点、控制要求和功率调节控制；风力发电机组的并网运行和功率补偿：同步发电机组、异步发电机组和双馈异步发电机组的并网运行和功率补偿。

课堂提问：简述风能转换的基本原理。风力机的空气动力学参数有哪些？具体怎么求解？风力机有哪几种分类方法？

课程项目2：让学生设计基于全功率变换器的风力发电系统，在课程项目1的PWM整流电路的基础上，设计整流和逆变电路及其控制算法，进行MATLAB仿真，验证工作原理，要求分组讨论、制作PPT演讲、撰写研究报告。

3.太阳能、光伏发电与控制技术

内容要点：太阳能利用方式、分类及原理，中国光伏发电的历史和研究现状；太阳能电池的工作原理，太阳能电池材料的光学性质、等效电路、输出功率和填充因数，太阳能电池的效率、影响效率的因素及提高的途径；太阳能电池制造工艺，多、单晶硅制造技术；太阳能光伏发电系统设备构成，正弦波PWM技术，逆变器基本特性及评价；独立光伏发电系统的结构及工作原理、系统构成；并网光伏发电系统的分类、特点、结构、供电形式和设备构成。

课堂提问：多晶硅和单晶硅的制造工艺有什么不同？根据制作工艺的不同它们各有什么特点？什么是正弦波PWM逆变技术？并网光伏发电系统由哪几部分构成？

课程项目3：让学生设计小功率并网光伏发电系统，在课程项目2逆变电路的基础上，设计单相及三相逆变电路及其控制算法，进行MATLAB仿真，验证工作原理，要求分组讨论、制作PPT演讲、撰写研究报告。

4.生物质能的转换与控制技术

内容要点：生物质能的定义、生物质资源特点及类别；生物质能转换和发电技术、生物质能转换的能源模形式，城市垃圾、生物质燃气发电技术；生物质热裂解发电技术的分类、生物质热裂解机理，生物质热裂解技术及装置简介；我国生物质能的利用现状及开发生物质能的必要性，生物质能发电前景。

课堂提问：生物质能的优缺点是什么？根据其优缺点如何扬长避短充分利用生物质资源？生物质热裂解的机理是什么？请详细分析说明。影响生物质热裂解的因素有哪些？具体是如何影响的？

5.天然气、燃气发电与控制技术

内容要点：天然气水合物的概念，形成机理及化学性质；天然气的综合利用、环境价值与发展前景；小型燃气轮机发电机组的原理及用途、主要形式及应用前景；燃气轮机组的电能变换与控制系统、电网供电及控制；燃气发电机组的并网运行与控制策略，DC-AC低频并网逆变技术，DC-AC/ AC-DC-AC三级变换高频环节并网逆变技术；燃气发电机组高频并网逆变的控制策略。

课堂提问：小型燃气轮机组并网发电的原理是什么？简述燃气轮机组电能变换系统的结构和工作原理。燃气发电机组高频并网逆变是如何实现的？

三、结束语

在充分吸收国外高校“新能源发电技术”模块化教学模式的基础上，以人才培养为中心，凝练教学内容、改革教学方法，提高了学生对该课程的学习兴趣，课堂互动得到明显改善，不同专业背景的学生能够对课程项目进行协作研究，发挥各自的特长收集和吸收国外前沿技术，在PPT演讲、研究报告撰写方面锻炼了学生的综合能力，取得了良好的教学效果。

参考文献：

[1]何瑞文，谢云，陈璟华.电气工程及其自动化专业建设与实践模式探讨[J].中国电力教育，2012，（3）：72-73.

篇4

1.项目建设背景及必要性

1.1项目建设背景

2012年4月19日，国务院办公厅印发了《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划的通知》（[2012]23号），明确了“到2015年，直辖市、省会城市生活垃圾全部实现无害化处理，城市生活垃圾无害化处理率达到90%以上，全国城镇新增生活垃圾无害化处理设施能力58万吨/日”的主要目标，并进一步提出了“在已启动餐厨垃圾处理工作的基础上，继续推动餐厨垃圾单独收集和运输，以适度规模、相对集中为原则，建设餐厨垃圾资源化利用和无害化处理设施”的建设任务。

1.2项目建设必要性

在相当长的一段时期内，国内餐厨垃圾主要作为城市近郊养猪的饲料。由于其来源复杂，极有可能引起疾病的传播，现已被政府明令禁止。城市垃圾处理处置方法通常有焚烧和填埋，如果将城市生活垃圾进行焚烧，由于餐厨垃圾的水份含量常常高达90%左右，发热量为2100～3100kJ/kg，和其它垃圾一起焚烧，不但不能满足垃圾焚烧发电的发热量要求（即5000kJ/kg以上），反而会导致燃烧炉燃烧不充分而产生二英；如果将生活垃圾进行填埋，同样因为混入的餐厨垃圾水分含量高而不宜处理。因此餐厨垃圾有必要进行单独无害化处理。

2.处理工艺确定

2.1XX市餐厨垃圾物理、化学性质分别见表。

以上数据分析表明，XX市餐厨垃圾具有以下特性：

a）含水率高，混合测试样含水率高达87.07%。

b）易腐性，富含有机物，混合测试样有机干物质高达92.8%。

c）油脂及盐分含量高。

2.2餐厨垃圾处理工艺选择

目前，餐厨垃圾处理工艺主要有填埋、焚烧、厌氧消化、好氧堆肥等，各处理方式的优缺点对比分析见表3。

根据表中各种餐厨垃圾处理方式优缺点的比较，结合XX市餐厨垃圾的特性，对XX市餐厨垃圾处理方式的选择做出如下分析：

（1）高含水率的餐厨垃圾，往往成为填埋场垃圾渗滤液的主要来源；餐厨垃圾黏度大，分散性差，也不利于在填埋场摊铺和压实；此外餐厨垃圾有机物含量较高，填埋方式未对其进行有效的资源化利用，因此餐厨垃圾不适宜采取填埋工艺。

（2）高含水率的餐厨垃圾不宜采用焚烧工艺，因为含水率高会增加焚烧燃料的消耗；餐厨垃圾中含有的大量脂类物质在重金属催化条件下生成二英，若处理不当易对环境造成严重的二次污染。

（3）堆肥适合于处理易腐有机质含量较高的垃圾，高含水率的餐厨垃圾在堆肥的过程中易将整个堆垛全部空间填死，空气无法进入内部，致使微生物处于厌氧状态，使降解速度减慢并产生硫化氢等臭气。

（4）结合我国国情及XX市具体情况，相对其它餐厨垃圾处理方式，厌氧消化方式具有突出的优势，主要体现在以下几个方面：

① 厌氧消化后产生的沼气是清洁燃料。

② 固体物质被消化以后，可以得到高质量的有机肥料或土壤改良剂。

③ 在有机物质转变成甲烷的过程中实现了垃圾的减量化。

④ 厌氧消化产生的沼气可以利用进行发电，减少了温室气体的排放量。

⑤可实现分离油脂资源化，厌氧微生物耐盐毒性较强，且节省能耗。

以上分析表明：应用厌氧消化技术处理餐厨垃圾在生态环境方面具有突出的优势，从能量需求、排放产物和运行过程对周围环境卫生影响的角度看，厌氧消化技术能够实现环境、社会和经济效益的协调统一，对环境和经济的可持续发展都具有重要的意义。

基于上述技术分析，推荐XX市餐厨垃圾无害化处理处置工程采用厌氧消化处理技术。

2.3厌氧消化工艺的选择

按照厌氧发酵反应罐的操作条件，餐厨垃圾厌氧消化处理技术可分为以下几类：

（1）按照固体含量可分为：湿式、干式。

（2）按照温度可分为：中温、高温。

湿式厌氧消化和干式厌氧消化的对比分析见表4。

根据以上湿式和干式厌氧消化的对比分析，结合XX市餐厨垃圾含水率较高的特点，本项目适宜采用湿式消化工艺。

篇5

中图分类号：TQ223.122 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）05-0322-02

0 引言

随着乙醇汽油在全国各地的推广，燃料乙醇的产量一路飙升，由此引发了粮食乙醇路线面临和民众争食的问题。生物燃料的发展从之前的“粮源”转变为“非粮”，这样的转变不仅是大势所趋，而且也已经是迫在眉睫了。而进行非粮材料制备燃料乙醇主要的原料有秸秆、甘薯、落叶等作物和边角余料。进行非粮材料制备燃料乙醇的研究对我国的能源安全、促进农村经济发展等有着其重要发展意义。

1 非粮材料制备燃料乙醇的研究现状

由于我国粮食供需仍然存在相对紧张的状态，所以国家重点支持薯类、秸秆纤维资源等作为非粮材料制备燃料乙醇的主要原料。可以制造乙醇的非粮材料主要有两大种类：一类是木制纤维类，包括农业废弃物、工业废弃物、林业废弃物、生活垃圾；另一类是薯类，包括马铃薯、甘薯等。比如木质纤维类当中的玉米秸秆作为潜力巨大的生物原料，其被使用的状况还是相对较少的。如果直接将其进行燃烧，不仅使用率较低，而且会造成一些污染和浪费。如果将其转化成气体或者液体燃料，不仅可以大大提高使用率，而且可以优化我国现有的能源结构，减少污染。所以玉米秸秆等纤维质的原料在非粮材料制备燃料乙醇当中具有巨大的发展前景。比如薯类制造乙醇，我国的红薯种植面积广泛，产量更是占全世界总产量的80%。红薯容易种植抗旱性好，耐贫瘠。而且新鲜块根当中的淀粉含量可高达20%，氮源丰富，非常适合作为燃料乙醇的生产原料。

2 燃料乙醇生产的技术和工艺

3 非粮材料制备乙醇燃料

3.1 秸秆类 近几年以来在使用秸秆制造乙醇的预处理技术不断的改进和完善，对于乙醇的制取率也是越来越高。比如冯玮主要分析了使用秸秆作为原料，在进行燃料乙醇制造的时候所存在的问题，以及面向未来的发展方向。对于工艺流程他进行了十分系统的论述，并且针对各个工艺存在的优缺点进行了分析。吕伟民选择使用稀硫酸对秸秆进行了处理，在处理了两分钟之后，又选择利用了绿色木霉纤维素酶进行水解。最后再通过毕赤酵母的作用，最终得到的乙醇生产率在原来的基础之上大大提高，甚至高达86%，其浓度更是超过一般乙醇许多。

3.2 薯类制造乙醇 靳艳玲使用了新鲜的甘薯作为原材料制造乙醇，并且对影响乙醇发酵的一些因素做了相关探讨，比如维生素、无机盐、糖浓度等方面。通过探索最终得到了对于发酵培养基方面的最佳配方。她确认的最佳发酵促进剂是B，其浓度达到了每千克当中含有1.20g，使用这种促进剂就不再需要像传统方式一样添加其他东西，它的初糖浓度已经达到了每千克当中含有270g。在各方面的条件都保持在最好的状态之时，经过二十八小时的时间，每千克当中可以生产出132.86g的乙醇，发酵率高达91.44%。李继德选择将木薯作为原材料，通过实验他得出了以下结论：如果将风量控制到一定的程度，则粉尘的飞扬就会减少，相应的淀粉的损失也跟着减少；进行预煮之时温度最好控制在五十五度左右，进行蒸煮的温度则需要保持在一百三十五度左右。糊化时间要超过十八分钟；糖化的温度是58-60℃；使用酶的量是140-150U/g料，糖化时间需要40-50分钟；对于干酵母的培养可以选择使用两级方式，将大小酒母进行分别培养，其中芽生率保持在22%左右，细胞的数量是1.2亿/mL左右；发酵的顶温需要保持在36℃左右。经过了50个小时左右的时间，制造出来的乙醇质量上佳，已经达到了国际标准，原料的出酒率高达36.02%。

3.3 甘蔗渣 和玉米、木薯等淀粉质原料制造燃料乙醇不同，甘蔗渣的成本较低，综合利用的潜力也非常巨大。其中蓝艳华对于甘蔗渣的使用做了具体研究，研究当中主要针对甘蔗渣的特点以及组成方面的问题。并且也提出了甘蔗渣的预处理办法。通过研究她认为甘蔗渣作为原材料进行乙醇制造具有巨大的优势。俞智明也对类似甘蔗渣的粗纤维进行燃料乙醇制造的方式，并且对于制造的四大工艺进行了详细的分析。他认为使用甘蔗渣一类的粗纤维进行乙醇制造，不仅原料相当丰富，而且成品的用途十分广泛。他的研究也为之后制造非粮乙醇奠定了基础，尤其是针对使用低成本的原料进行制造这个方面。

4 秸秆制乙醇的关键技术的突破

首先在预处理技术之上，2002年美国Rogers教授进行了离子液体的研究，他提出当离子液体达到了100摄氏度左右之时，其就具有了溶解纤维素的能力，之后又出现了常温下溶解纤维素的研究成果。其次是在水解之上，以Arkenol公司为代表，选择使用了浓硫酸进行水解。此种水解工艺主要是通过利用两级浓硫酸对生物质原料进行水解，进行水解之后就会得到酸糖混合液，再将这种混合液通过离子排斥法最终分成净化糖液以及酸液。并且排斥得到酸液还能够继续进行回收利用。然后是发酵工艺，Brooks通过对酵母的筛选，最终选定Saccharomyce cerevisiae R-8酵母。此种酵母乙醇生产率已经高达40%，而且耐受性也达到了10%左右。但由于此种酵母对于温度较为敏感，所以在耐受力方面的研究还需要进一步加强。

5 结语

综上所述随着我国面临能源转型这一个大的契机，我国的非粮材料制备燃料乙醇的发展前景将会十分的广阔。但由于我国在这个方面的研究还并不是非常充分，还存在不少的问题，因此需要相关产业不断的发现问题解决问题，提高非粮材料制备燃料乙醇的技术，优化工艺，突破现有的弱点和缺陷。而国家方面也需要为其提供一些政策之上的便利，科研方面也需要帮助相关产业进行突破，保障我国的非粮材料制备燃料乙醇不断的进步和发展。

参考文献：

篇6

1 丁醇性能的优缺点

丁醇可作为汽油的代用燃料.丁醇与其它普通醇类燃料如乙醇和甲醇相比,具有很多优点.丁醇的热值大约是汽油的83%,乙醇和甲醇的热值分别只有汽油的65%和48%,丁醇的热值比乙醇要高30％左右,因此相同质量的丁醇可比乙醇多输出约1／3的动力;丁醇的挥发性远低于乙醇,只有乙醇的1／6左右,丁醇的吸湿性远小于甲醇、乙醇和丙醇;这些低碳醇能与水完全互溶,而丁醇则具有适度的水溶性,丁醇的这一特性使它在纯化阶段降低了能源消耗;丁醇比乙醇的腐蚀性低,能够利用现有管道运输,同时由于比其它低碳醇具有相对较高的沸点和闪点,其安全性更高;此外,丁醇与汽油、柴油的互溶性较好,因此可以不必对现有的发动机结构作大的改动,而且可以使用体积分数几乎为100％的丁醇燃料.



尽管作为发动机燃料丁醇比其它低碳醇具有更多的优势,但将丁醇直接应用到发动机中仍然存在一些潜在的问题,例如:① 与发动机性能的匹配性.尽管丁醇与甲醇、乙醇相比具有更高的能量,但它的热值仍然比传统的汽油或柴油燃料低,因此,汽油或柴油发动机利用丁醇作为替代燃料需要增加燃油供给量.② 尽管甲醇、乙醇的密度比丁醇低,但它们较高的辛烷值允许发动机有更高的压缩比和燃烧效率,较高的燃烧效率减少了温室气体的排放量.③ 丁醇比乙醇、甲醇的黏度高,这使得丁醇应用在柴油发动机中不会产生燃油泵内不足和潜在的磨损问题.然而将丁醇应用于火花点火式发动机(简称SI发动机)时,较高的黏度将产生潜在的沉积或腐蚀等问题.

2 丁醇生产的发展过程

2.1 丁醇生产的历史

Wirtz在1852年发现正丁醇可以作为一种常规的燃料组成部分.十年之后,Pasteur于1862年通过试验得出结论,丁醇是厌氧转化乳酸和乳酸钙的直接产物.1876—1910年,许多学者研究了丙酮-丁醇的生产方法和有关的溶剂［1］.

通过ABE(丙酮、丁醇、乙醇)发酵法工业生产丁醇和丙酮始于1912—1916年,这是已知最早的工业发酵法之一,在生产规模上排名第二,仅次于通过酵母发酵法生产乙醇的规模,而且它是已知的最大型的生物技术工艺流程［2-3］.在发酵过程中主要有三类典型的产物:① 溶剂(丙酮、丁醇、乙醇);② 有机酸(乙酸、乳酸、丁酸);③ 气体(二氧化碳、氢).生物合成的丙酮、丁醇、乙醇共享相同的代谢途径,即从葡萄糖到乙酰辅酶A(acetylCoA),但随后的分支进入不同的途径.通过发酵法生产的丁醇皆是生物丁醇,自从19世纪60年代通过ABE发酵法生产丁醇的产量持续下降,几乎所有的丁醇都是通过石油化工方法生产的.发酵法生产丁醇的产量下降,主要是因为石油化工原料的价格比淀粉糖基如谷物、糖蜜的价格低,因此用石油燃料生产丁醇越来越受到欢迎,在这个阶段ABE发酵法被使用得越来越少.

19世纪80年代,石油危机促进了生物燃料的发展.那时人们最关注的代用燃料是乙醇,人们虽然熟悉乙醇的生产,但并没有认识到为了将乙醇与汽油混合,进行脱水这一非常消耗能源的步骤是必要的,同时也没有认识到运输乙醇-汽油燃料的困难性,因为乙醇-汽油燃料不能利用现有的管道运输,任何浓度的乙醇-汽油燃料都会对橡胶密封产生腐蚀和损害.尽管乙醇是一种能量等级较低的醇类物质,而且具有腐蚀性、难于提纯、易挥发、有爆炸危险性等缺点,但它较高的产量使得乙醇成为主要应用的生物燃料.过去的30年中,能源密集型的乙醇生产仍然不能满足人们对燃料、能源、清洁空气的需求.近年来,为了应对石油化工产品和污染治理成本的上升,且生产乙醇的技术、设备稍作调整就可以直接用于生产丁醇,因此,许多国家开始重新关注丁醇.

2.2 利用非粮食生物质提高丁醇生产能力

生物丁醇可通过发酵法利用淀粉或糖类制取,然而,由于成本高、产量相对较低、发酵时间长等原因,使得用ABE发酵法生产丁醇无法在工业规模上与采用合成法生产丁醇进行竞争.随着人们对丁醇这一代用燃料越来越关注,许多公司纷纷研究新方法代替传统ABE发酵法,从而使生物丁醇的生产可达到工业规模.基于生物化学转换非粮食木质纤维素的第二代生物丁醇生产相比现有的能源密集型生物丁醇生产具有一些潜在优势.

有研究表明,改良菌株具有更高的利用淀粉的能力,同时能在发酵培养液中积累较高浓度的丁醇(17～21 g•L-1)［2］.除了使用玉米,丙酮-丁醇生产还使用了液化玉米粉和玉米浆,60 g•L-1的液化玉米粉和玉米浆产生约26 g•L-1的溶剂.由于发酵酶作用物的成本对丁醇价格影响最大,利用其它可再生能源和经济上可行的基材例如淀粉基包装材料、玉米纤维水解物、大豆蜜糖、水果加工工业废料等进行丁醇发酵,从这些替代性可再生资源中生产的溶剂总量为14.8~30.1 g•L-1［3］.在关于多糖的研究中,其焦点是纤维素和半纤维素,它们是地球上最丰富的可再生利用资源.大量糖类已用于生产丁醇,使用改良菌株进行分批发酵,可以提高丁醇的产量.

小麦麸是小麦制粉工业的副产品,主要包括半纤维素、淀粉和蛋白质.经稀硫酸水解的小麦麸皮水解产物中含有53.1 g•L-1的总还原糖、21.3 g•L-1的葡萄糖、17.4 g•L-1木糖和10.6 g•L-1的阿拉伯糖［4］.一种工业酶作用物液化玉米淀粉(LCS)已经被成功用于ABE生产,分批发酵LCS(60 g•L-1)过程中产生18.4 g•L-1的ABE产品,与葡萄糖相当.如果向分批发酵反应器放入糖化的液化玉米淀粉(SLCS),通过气体剥离重新获得ABE,此法可以得到81.3 g•L-1的ABE［5］.

同时,随着丁醇制备技术的不断成熟,丁醇的生产成本也逐渐下降.美国ButylFuel公司的成果表明,使 用微生物发酵法可以由1 L玉米制备0.27 L丁醇,其成本仅为0.317美元•L-1,远低于利用石油化工方法制备丁醇的成本1.350美元•L-1.而如果使用饲料等废弃物代替玉米,此生产成本可进一步下降［6］.

3 丁醇作为生物燃料应用的进展

如前所述,丁醇和其它低碳醇相比具有许多优势,并且大量新技术的使用也可提高丁醇的产量.另外许多因素都促进了生物燃料的发展,例如不确定的石油价格、温室气体排放、提高能源安全和能源多样性的需要等.目前很多研究团队已将丁醇作为一种替代生物燃料进行研究,将丁醇与汽油或柴油混合应用在发动机上，或应用在一些基本的燃烧反应器中.

3.1 丁醇的基础燃烧试验

在丁醇的基础燃烧试验中,研究人员测量了层流层的燃烧速度,同时还研究了在预混和燃烧或扩散燃烧中形成的中间物质.利用这些试验数据开发了丁醇的化学反应动力学模型.这些预测模型可以提供对丁醇燃烧特性更好的理解,并可以解释通过石油衍生原料和其它生物原料获取的丁醇在燃烧特性方面的差异.Sarathy等［7］的试验结果表明,丁醇的层流燃烧速度在当量比介于0.8和1.1之间时增加,相对应的最大燃烧速度为47.7 cm•s-1,随后在达到较高的当量比时燃烧速度下降.

一个早期的关于静态反应器的研究指出,丁醇的热解是通过C3H7－CH2OH键的裂变开始的,产生了正丙基自由基和羟甲基自由基.羟甲基自由基进一步分解为甲醛和氢自由基,而正丙基自由基分解为乙烯和甲基自由基［8］.有学者研究了丁醇的燃烧速度,因为燃烧速度是决定传播和稳定预混火焰的关键参数之一.Roberts使用火焰锥的阴影图像测量了丁醇的燃烧速度,结果表明,丁醇的最大燃烧速度和正丙醇、异戊醇是类似的,约为46 cm•s-1［9］.

3.2 在可变操作参数单缸发动机（CFR发动机）中使用丁醇作为混合燃料的研究

Yacoub等［10］多次进行了关于应用直链醇C1－C5(甲醇-正戊醇)与汽油混合使用在CFR发动机上的研究,试验条件为:空气和燃料按化学计量比混合,转速为1 000 r•min-1.对发动机的工作条件进行了优化,使混合燃料中氧的质量分数分别为2.5%和5.0%,相应丁醇的体积分数分别为11%和22%.研究结果表明:丁醇比无铅汽油容易产生燃烧爆震,所有醇-汽油混合燃料的试验均显示CO排放减少,总的HC排放也减少.尽管如此,所有混合燃料与汽油相比未燃烧醇排放较高,醇含量越高未燃烧醇的含量也越高;所有混合燃料的醛排放较高,甲醛是主要成分;NOx排放可能增加也可能降低,取决于不同的操作条件.

Gautam等［11-12］在900 r•min-1、空气和燃料为化学计量比的试验条件下,使用6种醇-汽油混合燃料在 CFR发动机上进行试验,每种混合燃料由体积比为9∶1的汽油和醇组成,混合用的醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇.试验结果表明,混合燃料中氧含量越高,抗爆震性能越高,火焰速度越快.在最大功率工况条件下,排放试验结果表明,醇-汽油混合燃料比纯汽油的排放明显降低,CO排放降低16%~20%,CO2排放降低18%~23%,NOx排放降低5%~11%,总的HC排放降低17%~23%.这是因为混合燃料有更好的抗爆震性能,允许更高的压缩比,从而提高发动机的输出能量.醇-汽油混合燃料与纯汽油相比,循环燃料消耗量高3%~5%,但比油耗低15%~19% .

Szwaja等［13］在一台单缸CFR发动机上通过改变点火提前角研究了丁醇的燃烧特性,丁醇的体积分数为0%~100%,压缩比为8~10,转速为900 r•min-1,空气和燃料为化学计量比.试验结果表明,最高峰值压力随丁醇体积分数的增加而提高.因此,混合燃料最佳点火正时应延迟.通过试验,研究人员从燃烧、能量密度以及理化性能等角度证明了丁醇可代替汽油作为纯燃料或燃料混合物.

3.3 在SI发动机中使用丁醇作为混合燃料的研究

目前关于SI发动机中使用丁醇的研究非常广泛,但关于丁醇-汽油混合燃料燃烧和丁醇燃料发动机的研究还很少.几乎所有关于丁醇-汽油混合燃料的研究都集中在不同运行工况下对发动机的性能评价、燃料消耗量和排放物方面.研究表明,与纯汽油相比,在保证发动机性能不变的条件下,向汽油中添加体积为20%~40%的丁醇能使发动机在更稀的混合气状态下工作.丁醇体积分数为20%~40%的丁醇-汽油混合燃料未燃HC排放与无铅汽油类似,但随着丁醇体积分数的增加,未燃HC排放也会增加.丁醇体积分数为20%的丁醇-汽油混合燃料与纯汽油相比,NOx排放物降低到较低的水平.随着丁醇体积分数的提高,燃油消耗率轻微增加,这与混合燃料的热值下降有关.例如,丁醇体积分数为40%的丁醇-汽油混合燃料比汽油的热值低10%,燃油消耗率增加10%［14］.

研究人员研究了基于不同混合比的丁醇-汽油混合燃料的汽油发动机的性能,结果显示:丁醇是一种非常有前景的代用燃料,在节能方面具有很大的潜力;丁醇可降低14%的制动燃油消耗率并减少排放［15］.

Dernotte等［15］研究了丁醇-汽油混合燃料的燃烧和排放特性,结果表明,BU40(丁醇体积分数为40%)的HC排放达到最低值,除了BU80(丁醇体积分数为80%),NOx排放没有明显变化.通过指示平均有效压力(IMEP)的变化发现加入正丁醇提高了燃烧的稳定性,同时减少了点火延迟.

Wallner等［16］用一台四缸直喷SI发动机研究了纯汽油、E10(乙醇体积分数为10%的乙醇汽油)和BU10(丁醇体积分数为10%)的燃烧和排放性能,发动机转速从1 000~4 000 r•min-1,负载从0 Nm升至150 Nm.结果显示,BU10燃烧速度比E10和纯汽油的高,三种燃料的燃烧稳定性没有明显不同,在发动机整个工作范围内IMEP小于3%.相比于E10,BU10和纯汽油在高负载时更容易爆震.相比于纯汽油,BU10的油耗大约增加3.4%,E10的油耗大约增加4.2%,而三种燃料的制动热效率非常类似.在纯汽油和两种混合燃料之间,CO和HC排放没有显著的差异,NOx排放BU10最低.由于丁醇的辛烷值低,在高负载的条件下需要推迟点火时间.根据试验结果,BU10代替E10能够改善燃油经济性并且保证排放性和燃烧稳定性不下降.

目前国外关于丁醇的研究热点之一是丁醇的低温燃烧特性.Oliver等［17］给出了丁醇两种同分异构体在低温(550~700 K)条件下的燃烧氧化反 应路径.Subram［18］通过试验和仿真给出了正丁醇在750~850 K下详细化学反应动力学机理,几乎100%的燃料消耗是通过脱氢反应完成的,其中62%的原始燃料转化成乙醛等物质,其它38%转化成C3H7CHO等物质.

4 结 论 

丁醇、丁醇-汽油混合燃料的燃烧持续期与汽油相当,混合燃料与汽油相比减少了点火延迟.当使用正丁醇-汽油混合燃料时,由于燃烧加快,为了获得最大输出转矩,需要延迟火花点火正时.通过测算IMEP,正丁醇、正丁醇-汽油混合燃料的燃烧稳定性并没有明显变化.

截至目前,研究使用的发动机有CFR发动机、光学引擎发动机、单缸或多缸发动机.其中一些发动机使用了涡轮增压、可变气门、直喷等先进技术.从现有的研究中可以总结如下:

(1) 丁醇在混合燃料中体积分数小于20%时,不需要调整发动机就可以获得和汽油燃料相同的发动机功率;当丁醇体积分数达到30%时,发动机最大功率开始下降;随着丁醇体积分数的增加,燃料消耗量增加。这是由于和汽油相比,混合燃料的能量密度降低.丁醇-汽油混合燃料和乙醇-汽油混合燃料相比热值高,试验中燃料消耗量低.

(2) CO、HC、NOx排放的减少或增加取决于具体的发动机(如点喷或直喷)、操作条件、丁醇-汽油的混合比等.混合燃料与纯汽油相比,未燃烧醇的排放增加,而且丁醇的占比越高,未燃烧醇的排放越高.混合燃料的排放物中醛类物质较高,其中甲醛是主要成份.和乙醇、醇汽油相比,随着丁醇体积分数的增加,苯类物质排放增加,因此直喷点燃式发动机燃烧丁醇-汽油混合燃料会排放较多的碳烟.

参考文献:

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中图分类号：U664文献标识码： A

1、前言

城市化、工业化进程的加速，对环境的影响日益严重，城市水环境的保护比以往显得更加重要，大量城市污水处理厂的出现，有效缓解了水环境的压力，但同时也带来了污水处理厂污泥如何处理的问题。污泥由多种微生物形成的菌胶团及有机物、重金属和盐类及寄生虫卵等组成，处理不好，易造成二次污染。不妥善解决污泥的出路问题，会影响到污水处理厂的正常运行。因此应根据各地的实际情况，综合利用污泥处理技术，找出适合的处理方式，就此，谈一点自己的看法。

2、污水处理厂污泥处理的现状和面临的问题

2.1处理现状

以南京为例，城区目前已投入运行的大型污水处理厂共有4座，污水处理能力约100万吨，每天产生的含水率80%的脱水后污泥达数百吨，目前的方式为脱水后外运掺烧发电、填埋、堆肥等。

其中焚烧发电约占50%，污泥脱水后运送至电厂与煤按一定比例进行混合，后进入焚烧炉燃烧产生热量用于发电；其它的用于填埋和堆肥，污泥脱水后利用废矿坑进行填埋，或经过堆肥工艺制成肥料。

2.2面临问题

根据《城镇污水处理厂污泥处理处置及污染防治技术政策》的相关要求，污泥处理技术总的目标是实现“四化”，既“稳定化、减量化、无害化、资源化”，目前南京在污泥处理方面还存在着问题，主要表现在以下几方面：

2.2.1处理方式比较单一，缺乏深度处理工艺

现各厂污泥处理工艺基本为机械脱水工艺，既将剩余污泥加高分子絮凝剂（聚丙烯酰胺）后直接脱水后，脱水后污泥含水率达80%左右，运输的大部分是水，造成运力浪费；且运输途中，撒漏在所难免，对沿途环境影响很大，不符合减量化的要求。其次是污泥中有机物含量高，易分解有恶臭，黏性大，不符合稳定化的要求。

2.2.2污泥处理处理运营单位缺乏有效的监管

根据水染污防治法，污水处理过程中产生的污泥也应当被有效处理，参与脱水后污泥的焚烧、堆肥、运输等相关处理的单位，均被定义为污水处理设施运营单位，应有相关资质和执行标准，与目前的实际情况相比，各相关处理单位大多处于起步阶段，有的还不是主营业务，与要求比有一定差距的。另外对这些污泥处理运营单位的监管方面，相关制度和政策还不是很明了。

2.2.3污泥处理处理经费和政策的支持

污泥的性质决定了污泥的处理是一个比较复杂的问题，要真正实现污泥处理的无害化和资源化，单独依靠污水处理厂自身是完成不了的，必须实现污泥深度处理的产业化工作。

要实现产业化首先要保证有充足的污泥处理资金，污泥处理费用应当在污水处理费中占一定的比例。其次是要有相应的推行污泥资源化的政策，才能有效促进产业健康发展。

3 污泥的资源化利用

3.1 污泥堆肥

污泥中含有大量的植物所需的养分，其含量高于农家肥，但是污泥中也含有有害成分，重金属离子易在土壤和植物体内积累，因此在土地利用之前，必须对污泥进行稳定化。堆肥化处理是采用较多的一种方法。

堆肥化是利用微生物的作用，将不稳定的有机质降解和转化成稳定的有机质，并使挥发性有机质含量降低，减少臭气；通过堆肥化，污泥的物理性状明显改善（如含水率降低，呈疏松、分散、粒状），便于贮存、运输和使用；高温堆肥还可以杀灭病原菌、虫卵和草籽，使产物更适合作为土壤改良剂和植物营养源。

3.2 污泥燃料化

污泥燃料化方法目前有两种，一种是污泥能量回收系统（HERS法，Hyperion Energy Recovery System），另一种是污泥燃料化法（SF法，Sludge Fue1）。HERS法即利用污泥消化制沼气，将污泥进行厌氧消化，其中的有机物经厌氧细菌分解产生以甲烷为主的可燃性气体，经脱硫后即可用作发电燃料。SF法即污泥低温热解制燃料油，是将未消化的混合污泥经机械脱水后，加入重油，调制成流动性浆液进行多效蒸发，污泥有机质在加热条件下部分热裂解，产生衍生燃料。污泥燃料燃烧产生蒸汽还可作污泥干燥的热源和发电，回收能量。

污泥燃料化技术是一种适合处理所有污泥，又能利用污泥中有效成分，实现污泥减量化、无害化、稳定化和资源化的污泥处理技术，是当前污泥处理技术研究开发的方向。

3.3 剩余污泥制可降解塑料

1974年有人从活性污泥中提取到一类可完成生物降解、具有良好加工性能和广阔应用前景的新型热塑材料PHA，为利用活性污泥生产PHA奠定了基础。研究表明：活性污泥经过相关的培养后，可大幅度增加其中含有的可降解塑料。因此，利用剩余污泥制备可降解塑料可有效地解决化学合成塑料所造成的“白色污染”， 既让废物得到了利用又避免了对环境的二次污染，对环境保护及可持续发展作出了一定的贡献，创造了良好的环境效益和经济效益。

3.4 污泥的建材利用

污泥中的无机物主要由硅、铁、铝和钙等构成，含量约为20%-30%。因此即使采用传统的污泥焚烧工艺大幅度地实现污泥减量，但仍有较多以焚烧灰形式存在的无机物需做填埋处置。而污泥的建材利用可充分利用污泥中的有机物和无机物，实现污泥资源化。

污泥的建材利用主要有：制轻质陶粒、生产水泥、制熔融材料及熔融微晶玻璃等。污泥制轻质陶粒，是直接以脱水污泥为原料，将粉末状物料加热到熔点以上，使一部分物料变成液相，冷却后成为有相当强度的固体，烧结后物料相互之间往往产生化学结合，但大多是形成新的玻璃体或晶体。污泥中含有较多的灰分，其中的铝、铁成份是混凝法处理废水时形成的，可作为建筑材料添加剂。将污泥烘干研磨后，按照一定的质量比添加石灰并混合均匀，控制好温度条件和焚烧时间可制得水泥[9]。

污泥制轻质陶粒可用作混凝土的骨料、路基材料或花卉覆盖材料，也可作为污水厂生物滤池的滤料，微生物挂膜在陶粒上可有效降低污水中的BOD、COD及氨氮含量，效果良好；污泥制熔融材料也可用于路基路面、混凝土的骨料或地下管道的衬垫材料；污泥制微晶玻璃的外观、强度、耐热性优良，可应用于建筑内外的装饰材料；污泥生产水泥可用于素混凝土，地基的增强固化材料，以及用作道路铺装混凝土，大坝混凝土，重力式挡土墙，水泥竹纤维板等。

4、污泥处理方法的选用

一种有效的污泥处理方法，应当兼顾到环境生态效益、社会效益和经济效益，污泥的处理方法多种多样，各有优缺点，选用什么样的方法不但与当地的自然条件及经济社会发展水平有关外，还与污水处理工艺、污水来源等有很大关系。应根据污水处理厂的具体情况进行区别对待，统筹安排。

例如对于污水收集范围内无工业污染源以生活污水为主，污泥量较少的厂，完全可以考虑采取土地利用的方式，制成复合肥料后作为再生资源有效利用。

进厂污水既有工业污水又有生活污水的，如果污泥中有机物含量较高的，仍可以考虑采取土地利用的方式，作为再生林地和市政绿化的肥料利用，不易造成食物链的污染，也可成为污泥土地利用的有效方式。

如果污泥中重金属等污染较重，不符合农用污泥标准的污泥，需考虑采取焚烧的方法处理，以彻底消除二次污染。

对于城市有垃圾发电项目的，可考虑将污泥加入稳定剂后采用新技术脱水机将今水率降低至60%以下，作为覆盖土填埋入垃圾场，可有效利用其中含有的有机成份，产生沼气后用于发电，可低成本实现资源化目标。

5、结语

“十二五”期间，节能减排工作的标准进一步提高，城市污水处理厂污泥的处理工作得到重视，做好污泥的深度处理工作十分重要，需要创新思路，充分参考国内外情况，结合自身实际情况，找出一条适合的技术路线，实现污泥处理的 “减量化、无害化、资源化“的目标。

篇8

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.05.025

目前，中国中小城市供暖主要以小型热水锅炉为主，这就带来了突出的环境问题。每年冬季大量工业锅炉运行供暖时，城市阴霾天气逐渐增多，空气中含有大量可吸入颗粒物，这些颗粒物中携带大量的病菌进入人体肺中，严重影响的居民的身体健康。

通过对多台小型工业锅炉测试对比，了解工业锅炉的优缺点，以便对节能减排提出建议。

1 目前工业锅炉面临问题

在本市选取七台不同型号及容量的工业锅炉测试，，发现这七台锅炉普遍存在锅炉燃烧效率较低，排烟温度较高，过量空气系数较大等问题，测试工况如表1。由表1中看以看出排烟温度较高或过量空气系数较大的锅炉，其锅炉燃烧效率较低，进而经济效益较差。

1.1 锅炉燃烧效率低

本次测试的七台锅炉燃烧效率整体较低，最低的为71.36%，最高的锅炉燃烧效率仅仅为85.43%，由于燃烧效率较低，增加了锅炉的固体未完全燃烧损失，大量的焦炭未完全燃烧随烟气进入除尘设备，危害如下：第一，燃料消耗量增大，增加燃料成本；第二由于烟气中携带的颗粒增加，加重了除尘器的工作负荷，除尘器用电及磨损等增加；第三，由于除尘器不能对烟气中的颗粒进行有效脱出，使得排放的烟气颗粒粒数增加，污染大气环境；第四，由于用电量增加，耗煤量加大，直接导致经济效益下降。

1.2 锅炉排烟温度较高

部分测试锅炉排烟温度过高，最高达到222.9℃，增加了锅炉排烟损失，当排烟温度每增加10℃，锅炉热损失增加大约0.5-0.8%，由此可见，锅炉排烟温度过高直接导致锅炉热效率降低。

1.3 锅炉过量空气系数较大

测试锅炉过量空气系数较大，一般工业锅炉过量空气系数在1.4稍大一点即可，本次测试锅炉过量空气系数最大达到3.01，由于风速较快，大量漂浮的焦炭颗粒在炉膛中未充分燃烧便进入烟道，加大了固体未完全燃烧损失，由于过量空气系数过大，增大了锅炉风机的耗电量，导致锅炉经济效益降低。

2 改进措施

针对本次测试锅炉燃烧效率较低、过量空气系数较高、排烟温度较高的问题提出改进建议：

2.1 过量空气系数适当降低

一般工业锅炉在1.4，由于每个锅炉炉内结构不尽相同，可根据实际运行工况自行调节过量空气系数，使焦炭在锅炉内有充分的燃尽时间。另外可以适当设置二次风，使得焦炭有充足的氧气完全燃烧，减小固体不完全损失。

2.2 适当降低锅炉排烟温度

排烟温度在锅炉热损失中占比例较大，因而必须将锅炉损失降至最低，一方面要达到露点以上以防止腐蚀，另一方面要求排烟温度不能太高。

2.3 提高锅炉燃烧效率

要求炉内配风均匀，以免形成死角造成煤炭燃烧不完全。由于本次测试锅炉全部为链条炉，故链条移动速度要控制在合理范围内，使得炉排上煤炭有充足的时间完全燃烧，而又不能时间太长以免造成炉排浪费。另外，尽量提高煤种品质，使用含挥发分较高的煤种，减少燃尽时间，减少固体未完全燃烧损失。

3 结束语

总之，锅炉热效率是衡量锅炉能量利用的经济性和技术水平的一项重要指标。工业锅炉已经可以向燃油燃气锅炉、水煤浆锅炉、生物质燃料锅炉等方向发展。国内仍需大力发展工I锅炉高效燃烧和烟气除尘、脱硫一体化等技术，想要锅炉达到最佳的运行方式，就需要找出影响锅炉热效率的关键因素，有针对性的整改，才能提高锅炉运行的经济性。

参考文献：

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1 概述

我国具有丰富的生物质资源，不但数量巨大，而且分布广泛，绝大部分没有被合理应用，造成资源的极大浪费，生物质电厂投产后，一则合理的利用了秸秆的热值，节约了资源，二则创造了经济价值。本文结合某生物质电厂秸秆仓库的情况对其消防进行探讨。

根据电厂对燃料的要求，本工程建有1座秸秆仓库，平面尺寸为145m×45m，室内最大净空高度13m，堆高6.5m，燃料最大堆料容积为50000m3，仓库为封闭式钢架结构。

厂区消防采用独立的消防给水系统，平时由消防稳压给水设备维持管网压力。电厂设有完善的消防系统，消防由城市消防大队承担，电厂内部设有业余消防队。

2 设计依据

由于目前没有针对秸秆仓库的相关规范，因此本秸秆仓库的消防主要依据《小型火力发电厂设计规范》（GB50049-2011，以下简称“小火规”）、《火力发电厂与变电站设计防火规范》（GB50229-2006，以下简称“火规”）、《建筑设计防火规范》（GB50016-2006，以下简称“建规”）、《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001，2005年版，以下简称“喷规”）及《固定消防炮灭火系统设计规范》（GB50338-2003，以下简称“炮规”）。

3 消防系统设计

3.1 仓库火灾特点

秸秆仓库作为电厂的主要燃料堆置地，具有以下特点：

a.秸秆质地疏松，挥发分高，燃点低，易于自燃，一旦着火，燃烧速度快，蔓延迅速，辐射热强，难以扑救，火势很难控制。

b.空间大，初期火灾探测难度大，一旦探测到火灾，可能已经迅速蔓延。

c.堆垛高度较高，堆积密度较大，一旦燃烧火势凶猛，给人工灭火带来困难。

综合以往秸秆堆垛的火灾案例分析，秸秆堆垛发生火灾的原因主要有以下几类：违章吸烟、自燃、外来火源、原料内夹有火种及电气原因等引起火灾。因此，秸秆仓库除了要满足一般火力发电厂的防火要求外，还应特别注重原料储存及堆放的防火。

3.2 仓库消防系统选择

根据秸秆仓库的规格及特点，对多种消防灭火方案进行比较，见表1。

表1 秸秆仓库几种灭火措施的比较

消防设计方案 优缺点 适用条件

室内外消火栓系统 系统简单，受仓库内堆垛影响不能主动有效灭火，灭火可靠性低，不能有效解决秸秆仓库的灭火问题 不适用

自动喷水灭火系统 系统复杂，必须采取相应技术措施控制秸秆仓库最大净空高度≤12m，解决大空间集热、聚热问题，但采用这些技术措施会增加工程投入或减少秸秆仓库的单位库房面积的库存量 净空高度≤12m

大空间大流量智能型主动喷水灭火系统 系统复杂，能早期自动探测火灾，自动灭火，定点灭火，灭火可靠性高，需要大流量喷头多，智能型感烟探测组件多，工程造价高 适用

自动消防炮智能型主动喷水灭火系统 系统比较简单，消防炮能替代自动喷水灭火系统，能早期自动探测火灾，自动或手动灭火，远程定点扑灭火灾，灭火可靠性高，消防炮数量少，智能型感烟探测组件少，工程造价低 适用

经以上比较，笔者认为秸秆仓库采用自动消防炮智能型主动喷水灭火系统更为合理。

3.3 自动消防炮智能型主动喷水灭火系统简介

自动消防炮智能型主动喷水灭火系统是一套自动寻的定位的喷水灭火系统，由火灾探测报警装置、自动灭火装置、TV可视监控系统、供水水源及供水管路等组成，该系统具有自动控制、控制室远程控制及现场应急手动控制三种控制方式，控制方式灵活。

该系统通过火灾探测装置探知火灾发生时产生的大量红外线，并将其转化为电信号，向控制系统发出报警信号，控制系统驱动消防水炮，快速准确的对准火源进行喷水灭火，同时启动消防泵，实现自动喷水灭火。

本系统最大的特点是，探测系统组件能够对火灾的不同阶段，如阴燃、生焰、烈焰、剧燃等各个阶段均进行分波段的可靠探测，能有效的将火灾控制在阴燃阶段，大大提高了灭火的安全性、可靠性及有效性。

3.4 秸秆仓库消防系统设计

图1 秸秆仓库消防水炮布置

本仓库平面尺寸为140m×45m，室内最大净空高度13m，堆高6.5m，最大堆料容积为5000 m3，火灾危险性类别为丙类，建筑物耐火等级为二级。根据“炮规”5.5.4规定，本仓库用水量消按2门水炮的水射流同时到达防护区内任一部位的要求计算，且用水量不少于60L/s，水炮布置高度应保证其射流不受阻挡。因此，本仓库选用流量为30 L/s的消防水炮。本仓库的消防炮布置采用吊装形式安装，满足每门水炮的最大服务范围，以使保护区域内无一盲点。

图1为本仓库消防炮布置图，水炮型号为ZDM S0.8/30 SYA，共设置4门水炮，额定工作压力为0.8MPa，额定流量为30 L/s，额定工作压力下的射程为65m，水平旋转角度为±180°，垂直旋转角度为-90°～+30°，安装高度为12.3m。

消防炮布置时要充分考虑建筑物形状、原料的堆垛高度、消防水炮工作压力、流量、射流曲线、喷射角、消防水炮布置高度等因素，同时还应结合工程实际情况综合考虑。

4 小结

针对秸秆仓库的特点，从有效、可靠、安全、经济等方面综合考虑，秸秆仓库消防应考虑设置自动消防炮智能型主动喷水灭火系统。该系统既具有传统闭式自动喷水灭火系统的自动探测火源和自动灭火的特点，又克服了闭式喷头在大空间场所感温困难的缺点，尤其适用于空间高度高、容积大、传统闭式自动喷水灭火系统不适用的场所。

由于国内目前尚没有大型秸秆仓库的设计规范，仓库的火灾危险性定性，灭火方式还应取得当地消防部门的认可。

参考文献：

[1] GB50016-2006，建筑设计防火规范 [ S ]

[2] GB50229-2006，火力发电厂与变电站设计防火规范 [ S ]

篇10

向绿色能源经济的转型需要更大的动力和对经济结构的彻底转变。尽管在一些领域有了进展，现有的政策和战略仍然不足以解决绿色能源经济面临的世界性问题。这些问题说明人类社会产生了过多无用的绿色能源政策和低碳科技，但同时也加强了我们对绿色能源经济转变相关政策的效果、用途、复杂性的理解。

总的来说，我们需要更强的领导力、更积极的政治环境、缜密的评估、有效的多层管理、国内国外合作、经济与能源系统整合等来应对向绿色能源经济转型遇到的众多难题。本文研究的目的是总结绿色能源技术的最新进展，为国家绿色能源经济和可持续发展转型提供最新的技术支持。

2纳米技术在能量储存方面的应用

能量储存无疑是21世纪最大的挑战之一。为了应对现代社会的需要和日益突出的生态问题，对于新型的、低廉的、环保的能量转换和储存设备需求紧迫，促使了这个领域研究发展迅速。这些设备的性能与其本身使用材料的性质密切相关。而近几年，纳米结构的材料因其非同寻常的机械、电学、光学性质而备受瞩目。认识到纳米材料在能量转换和储存中的优缺点，以及如何控制它们的性质和合成同样至关重要。锂离子电池是当今材料电化学的一大成功。然而，依靠现有的电极和电解质材料，电池的性能已经达到极限。为了突破这个极限，其中一条可行的思路就是运用纳米材料。

使用纳米级的传统阴极材料有很多缺点，但是阴极依然有进步的空间。一种有关硅纳米柱的方法已经在阴极材料中运用；另一种由五氧化二钒或者LiMn2O4形成的微纤维纳米结构也有上述硅材料的优点：兼顾体积改变并允许高的反应速度。再者，二级纳米阳极材料与二级纳米阴极材料的研究工作也在同时进行。传统观念认为，为了使可充电锂离子电池中可以快速而可逆地充上电，必须在电极上使用嵌入化合物，并且嵌入过程必须是单相的。但是现在出现了很多反例：即使反应中有相转变，锂离子的嵌入反应仍然很快。除此之外，LiFePO4的例子也表明了纳米电极材料的优势。纳米结构扩展了阴极材料的范围。

锂离子电池的进步也同样依赖于电解质的发展。固体聚合物电解质是目前最有前景的材料，因为它们生产过程简单、形状和大小可控、能量密度高，并且可以实现电池全固态。然而其在室温下很低的离子电导性依然是技术的瓶颈。晶化的聚合物电解质以前被认为是绝缘体，但是最近的研究表明有些复合物有显著增加的导电性。现有材料的电导性还不足以达到实际应用的水平，但是这些材料为进一步的提高开拓了新思路。

总的来说，把材料从正常大小变为纳米级会显著改变它们的性质，自然也就会改变它们作为能量储存和转换设备材料的性能。有时唯一的影响就是简单改变粒子大小而产生；而对于具有特殊结构的纳米材料，情况可能更为复杂。由粒子更小引起的空间限制和表面积改变会影响材料的很多性质，这使我们更迫切地需要发展新的理论或者改进现有体相材料的理论。这是材料化学和表面科学的交叉学科，这两个学科对于研究纳米材料都很重要。

3高效太阳能电池的商业化前景

利用太阳能来生产电能是解决世界能源问题最好的办法之一。然而，为了与传统能源竞争，太阳能电池本身必须足够可靠和价格相对低廉。有几种类型的太阳能电池被广泛研究，包括晶圆、薄膜、有机太阳能电池，并在太阳能电池的可靠性、成本效益方面取得了巨大成功。成本效益可以理解为更少的材料和更高的转化效率。

图12014年光伏产业各材料占比情况

在光伏产业中，薄膜电池公司发展迅速；2001～2009年，100家公司进入了此领域，能量产值从14MW上升到2141MW。在长期发展中，如果薄膜光伏技术的效率和可靠性够高，它被预测会超过晶体硅技术。然而与之相对的情况是，投资者担心晶体硅的发展会压制薄膜技术（如图1所示）。薄膜技术在2009年开始衰落，因为它比晶体硅更贵，效率和可靠性更低。在其市场占额减小的情况下，一个不争的事实是：目前薄膜技术没有成功替代晶体硅，但是它在炎热的阳光地带仍然有很大的优势。具有更好温度系数和合适转化效率的薄膜电池在一些极端环境下确实好于晶体硅电池。

4生物能和废物处理系统

由于全球性的污染和人为活动，水在某些地区非常稀缺。对清洁水源的需求和人们对环境的重视导致了循环水的使用量增加。因此，混合废水处理系统等先进有效的处理技术在近些年得到了广泛关注。由于对全球的环境和能源问题的持续关注，可持续和环保的新型废水处理技术都得到了发展。因此，很多机构的工作重心都放在了研究高效节能的混合处理系统上。某些先进的混合技术，例如微生物燃料电池，甚至可以从废水中生产能量。

一个混合能源系统通常有两个或两个以上的能量源一起使用来节省燃料和提高系统效率。而在混合废水处理系统中，大多数可以被概括为两种或两种以上单元的组合：生物处理单元、化学处理单元、物理处理单元。选择何种混合系统取决于废水中的成分。生物处理经常用于清除有机物、氮化物和磷化物；物理处理通常用于除去悬浮物一类的物质；化学处理一般处理金属离子。大多数废水含有多种物质，因此需要用混合系统来彻底的净化。

（1）物理-生物混合系统可以在含有悬浮物、油污、有机和无机杂质的废水中运用。最常见的例子包括膜生物反应器（MBR）：一种结合生物降解法和膜过滤法的反应器。这种反应器可以降低化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氨氮含量（NH3-N）。MBR的優势有：可以处理有机物含量大的废水，提高净水效率，延长固体停留时间使硝化反应更完全。

（2）物理-化学混合系统用于富含悬浮物、油污、浑浊、有害离子的污水中。常见的物理-化学混合系统包括：

1）化学凝聚和沉降——用药品来使废水中的微小颗粒凝聚为大颗粒，然后用物理方法除去。

2）吸附——大比表面积的活性炭可以吸附很多物质。例如，吸附-絮凝-溶气气浮混合法可以除去水中大部分的油污。

3）臭氧化——种常见的用臭氧来杀菌和氧化有机物的方法。例如，将臭氧化-吸附混合系统加入自养除氮步骤中可以显著提高除氮效率。

4）混合除盐法——它将可逆电渗析（RED）和可逆渗透法（RO）结合在一起。在除盐过程中，RED利用盐浓度梯度发电，两者的结合可以大大减少能量消耗。

（3）化学-生物系统通常用于除去氮、磷、难处理的毒性有机物等。带有氧化功能的混合系统可以在短时间内降低废水毒性，并且增加其生物可降解性。而微生物燃料电池可以把有机废物转化为电能，在处理系统中使用它可以增加净水效率并降低处理成本。

（4）当废水中的污染物种类很多时，就要用到物理-化学-生物混合系统。例如，薄膜-絮凝-吸附-生物反应器（MCABR）可以有效除去有机物。其中有四种机理：膜过滤、微生物降解、聚氯化铝沉降、活性炭吸附。

5结语

总的来说，绿色能源技术已经得到长足发展，但仍有很大提高空间。固氧燃料电池是一种较成熟的能源轉换技术，其转换效率比热机高并且污染小。出于对成本和运行环境的考虑，某些情况下的固氧燃料电池需要相对低的运行温度。在不懈的研究工作下，某些电池的运行温度已经可以达到600℃以下，而且通过改进加工工艺和研究新的电解质材料可以进一步降低运行温度，从而达到400℃～500℃的更低温。未来几年内，低温固氧燃料电池及其材料仍会备受瞩目，并且其商业化的趋势会更显著。

除了能量转换，研究低廉环保的能量储存装置也是绿色能源的一大重点。锂离子电池是一大成功，然而为了突破现有性能的瓶颈，人们开始关注纳米材料。纳米材料具有非同寻常的性质，它在某些情况下被证明可以提高电池性能，而且扩展了可用材料的范围。然而人们对纳米反应动力学机理的了解还是很少，这个领域仍然有很多工作要做。为了实现更大的发展，我们需要发展新的材料和反应理论。

从长远来看，解决能源危机的最好方案之一是使用太阳能。对于薄膜太阳能电池，其中的CIGS和碲化镉电池都已经达到了很好的转化效率，然而相关元素低产量仍然限制了大规模商业化。有关新型薄膜光伏电池的研究也在进行中。尽管薄膜太阳能电池可能在市场配额上可能无法超过晶体硅电池，但是在特殊环境下薄膜太阳能电池有着无与伦比的优势。