生物质燃料的缺点范文

导语：如何才能写好一篇生物质燃料的缺点，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】生物质电厂；输送系统；设备选型

前言

勉县凯迪生物质电厂1×30MW机组工程是利用当地林业废弃物、农作物秸秆和稻壳等燃料发电的项目，电厂性质为可再生能源项目。本工程一次建设1×30MW高温超高压供热机组。对于生物质电厂来说，其燃料系统的性能优劣直接影响到机组运行的安全和经济性，本文就其燃料输送系统的设计特点进行介绍和总结。

1 燃料设计资料

1.1 燃料分析资料

本项目燃料分析资料见下表：

检测项目 符号 单位 设计燃料 校核燃料

固定碳 Fcar % 11.2 11.2

收到基水分 Mar % 28.69 40.8

收到基灰分 Aar % 7.3 3.408

收到基挥发分 Var % 52.81 45

可燃硫 St，ar % 0.052 0.048

收到基低位发热量 Qnet，ar MJ/kg 10.69 9.55

1.2 燃料消耗量

燃料消耗量见下表：

燃料 小时耗量（t/h） 日耗量（t/d） 年耗量（104t/a）

设计燃料 30.228 665.016 24.18

校核燃料 33.945 746.79 27.156

注：日运行小时数按22小时计，年运行小时数按8000小时计。

2 燃料系统设计特点

本项目燃料系统设有四个干料棚，干料棚内的燃料通过组合式给料机或螺旋给料机送到皮带机上，然后通过皮带直接输送至锅炉。由于炉前料仓存在堵料、蓬料的风险，为了保证锅炉的运行稳定性，本项目采用的是物料通过皮带直接输送至锅炉的方案。

2.1 卸料系统

燃料全部通过汽车运输进厂，进厂燃料分为两大类，一类为整包料，主要是玉米、小麦秸秆等软质秸秆燃料；另一类燃料为成品料，主要是破碎好的林木废弃物等其它硬质秸秆。

对于软质秸秆，考虑采用整包进厂，大部分物料采用桥式抓斗起重机或移动卸料设备卸至破碎机料斗内经破碎直接输送至锅炉进行燃烧，这样可以减少倒运环节，降低运行成本，超过破碎机破碎能力部分整包料堆放在燃料棚内。

对于硬质秸秆，部分成品料直接由自卸汽车卸到干料棚内，通过给料机、带式输送机直接输送至锅炉进行燃烧。对于不是采用自卸汽车进厂的成品料，可以采用移动机械进行卸料，辅助以人工清扫车厢的残料的卸料方式。

2.2 给料设备

除锅炉燃烧外，生物质发电的另一个设计难点就是给料系统。由于生物质燃料供应的多样性，不同种类燃料的分份、比重、外形都有较大的不同：即使是同种燃料，其物理性质受外界的影响会很大；另外燃料供应的季节性也较强，不同时间段内可能将燃用不同的燃料。因此，给料系统在方案设计时要充分考虑以上因素的影响。

目前，用于生物质电厂给料设备主要包括以下几个方面：板式给料机，活底料仓给料机，无轴螺旋给料机，有轴螺旋给料机。

板式给料机，一般安装在汽车卸车沟中，为满足来料变化的要求，启动平稳，对破碎后的燃料给料能力强，缺点是造价偏高，带负荷启动能力差。

活底料仓给料机，适用于破碎后硬质燃料，对于粒度≤50mm的燃料输送效果较好，但是存在给料不均匀，出力不稳定的问题。

无轴螺旋给料机适用于缠绕性不强、物料粒度大的燃料，由于本项目设计燃料有小麦秸秆类软秸秆，同时螺旋体刚性不够，易断裂损坏。由于此类设备存在问题较多，目前在新建电厂中此类给料设备基本已经不再应用。

有轴螺旋给料机是目前使用最多最普遍的生物质燃料给料设备，应用非常广泛。针对本项目，由于主要燃料为包含树皮、林业丢弃物以及小麦玉米秸秆等，种类各异，软硬质秸秆均有，所以本工程破碎后的燃料采用有轴螺旋给料机。

2.3 破碎设备

目前在国内生物质发电项目中，不同规格不同出力的破碎机产品比较多，使用效果是各不一样，价格差别很大，主要是两类产品。

第一类，小出力的破碎机，这种设备以国产为主，设备性能较好，产品比较成熟，缺点是刀具易钝化，基本每天要求磨刀几次，不适宜长期稳定运行。

第二类，大出力的破碎设备，这类产品国内市场上厂家较少。

在进口破碎机产品上，在中国市场上在生物质发电领域有应用业绩目前有2家，一个是丹麦的M&J破碎机，一个是美国的威猛破碎机，此类产品的特点是价格昂贵，产品性能好，能够长期稳定运行。

针对该项目，根据选定的燃料技术方案，在本工程中，厂内破碎设备使用进口破碎机作主要破碎机型；厂外使用国产破碎机作为补充备用。这样能保证机组的稳定运行，又节约了工程投资。

2.4 输送设备

根据对国内大部分的生物质发电项目进行调研和收资，燃料输送系统一般都能满足使用要求，输送设备主要包括以下几种：普通带式输送机、大倾角带式输送机、挡边带式输送机、链式输送机、管状带式输送机等。

目前国内采用普通带式输送机的生物质电厂用的较多；管带机在节约占地、密封输送等方面有一定的优势，但由于在给料段和卸料段需要一定的展开距离，本项目输送系统距离较短，管带机无优势；链式输送机只能整包上料，不应用于燃用多种燃料的电厂。大倾角带式输送机一般适用于场地受限的情况。针对本项目的具体特点，输送设备采用普通带式输送机，通过加大一级带宽和降低带速，来防止运行过程中撒料现象的发生。

2.5 其它辅助设备的选型

燃料系统其它辅助设备主要包括汽车衡、计量装置、喷雾抑尘设备、除铁器等，都是厂用设备，是比较成熟的产品。由于目前还没有适合生物质电厂的采样设备，目前投产的生物质电厂均采用人工采样，因此本项目也按人工采样考虑。

3 总结

生物质发电工程中燃料输送系统是一个极其重要的环节，由于煤与秸秆在物理特性方面有很大差异；每个生物质电厂受地域影响，导致燃料特性差异较大；受气候的影响，燃料的处理和储存工艺差异较大；受燃料收集影响，导致实际燃料和设计燃料的差异较大，多方面的原因导致燃料输送系统的设计方案多样化。本项目在设计时，考察和调研了国内众多的生物质电厂及燃料设备制造厂家，进行了多次技术交流。在以后进行生物质电厂设计时，根据项目的具体特点和燃料特性来选择合适的相关设备，从而保证燃料输送系统的设计是安全可靠性和经济性。

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【关键词】生物质；发电企业；成本控制

1.引言

随着低碳经济的到来，生物质能成为仅次于煤炭、石油、天然气的第四大能源。我国作为农业大国，有着丰富的生物质资源，生物质发电发展空间广阔。在国家政策的支持下，生物质发电项目得到了快速发展。但是，生物质发电刚刚起步，成本控制不理想，投产的企业大部分处于亏损状态。因此，如何解决生物质发电企业的成本控制管理问题已成为当务之急。

成本控制有广义和狭义之分，广义的成本控制包括事前控制、事中控制和事后控制；狭义的成本控制仅指成本的过程控制，不包括前馈控制和后馈控制[1]。本文所研究的生物质发电企业成本控制是狭义成本控制，依此制定与企业发展战略相适应的成本战略，从而降低生产成本、增强竞争能力。

2.生物质发电企业的成本构成

生物质发电项目的总成本计算公式为：

（1）

其中：C1表示燃料成本；C2表示职工工资；C3表示固定资产折旧额；C4表示大修理费；C5表示管理费；C6表示财务费用；N表示其他的成本费用。

生物质发电项目的燃料成本的计算公式：

（2）

其中：d1表示原材料成本；d2表示运输成本；d3表示压缩成本；d4表示装卸成本；d5表示储存成本。

3.XX县生物质（秸秆）发电企业成本控制的案例分析

3.1 XX县生物质（秸秆）发电项目的成本概况

XX县生物质（秸秆）发电项目的情况介绍：建设装机总容量为2×12MW抽汽凝汽式供热机组配2×75t/h级秸秆燃烧锅炉，年预计发电量为1.32×108kw·h，秸秆燃料在250～300元之间，预计年消耗量为25.65万吨。该生物质发电厂主要的生产成本如表1所示：

通过以上数据我们可以得出：该生物质发电企业的成本费用构成中，燃料成本占到了总成本的67.40%，所占比重是最大的。所以，我们要先从降低燃料成本入手，以降低生物质发电项目的总成本。

该县生物质发电项目的总成本为11039.554万元，则单位电力成本为0.84元/kw·h。国家发改委于2010年7月26日通知规定农林生物质发电标杆上网电价上调为0.75元/kw·h，所以该县年处于亏损状态。

3.2 XX县生物质发电项目的成本控制分析

量本利分析，是指在成本性态的基础之上，对成本、业务量与利润之间的依存关系所进行的分析[2]。盈亏平衡分析是量本利分析的一项重要内容。根据以上成本费用的计算，可以得到该县生物质发电的盈亏平衡预测，如表2所示。

通过表2的盈亏平衡分析，上网电价为0.75元/千瓦，用P、a、p、b、x分别表示企业的利润、固定成本、单价、变动成本和销售量，则根据量本利的基本公式：

（3）

可以计算得出：该生物质发电企业的单位发电变动成本：

（4）

则该县生物质发电的燃料成本为：

（5）

其中：x1表示发电量；x2表示燃料的年消耗量；b1表示变动的职工工资；b2表示变动的管理费用；b3表示变动的制造费用；b4表示其他费用。

计算得出若该企业想要保本发电，燃料的收购价不应该超过210元。然而要想控制秸秆的价格，必须从原材料成本、运输成本、压缩成本、装卸成本与储存成本等方面着手分析，寻找解决措施。

4.生物质发电项目的成本控制存在的问题与对策

（1）燃料成本控制问题与对策

燃料成本过高是导致生物质发电企业亏损的最主要原因。首先是季节问题，秋季收获，秸秆存储空间紧张；其他季节存储空间闲置。正在建设中的生物质发电项目将陆续投产，燃料市场竞争将更激烈，燃料收购半径长和人力成本高等问题将会愈加突出，投产就亏损的尴尬局面将无法避免。而且秸秆本身不适于长距离运输；秸秆资源分散，增加了收集成本。

要突破瓶颈，必须在燃料收、运、储等方面采取措施，控制成本。首先，要建立起“农户分散收集晾干-秸秆收购站购买-运输公司运输-电厂”的生物质燃料收、运、储模式。建立专门的收购站保证燃料供给，减少储存成本。使用机器将秸秆压缩打包、压缩大捆，还可以使用成型造粒工艺增加秸秆的比重，可部分解决运输问题。为避免同行竞争，积极开展价格联盟或开发新的燃料品种。

（2）维修费用控制问题与对策

设备稳定性也是该县生物质发电企业所面临的问题。尽管汽轮发电机、锅炉等关键设备运行比较稳定，但给给料系统、水泵、引风机等辅助设备由于噪声大、震动大等缺点，影响到整个秸秆发电系统的稳定运行，需要不时地停产检修，影响了企业的经济效益，增加了企业的运营成本。

为降低维修费用，生物质发电企业要制定日常的设备检查办法，减少现场设备的出现缺陷的几率，减少企业的运营成本，而且生产运行人员要参考其他机组的技术经济指标，及时调整指标。由于生物质发电企业具有明显的季节性，生产运行人员要根据季节的变化适时地调整机组的运行参数。

（3）财务管理存在问题与对策

财务软件的广泛运用在一定程度上缩减了财务人员地核算压力，提高了工作效率，但是在成本控制方面仍然有多不完善的地方，缺乏有效的内部控制，在预算管理、数据分析、指标分解、削减成本、成本控制等过程的控制比较薄弱。

严格控制成本预算，就要加强资金管理，提高资金的使用效率。财务部门要准确编制预算开支，减少资金浪费的现象；加强费用的控制，强调预算刚性，要根据生产经营中的问题进行分析，及时发现、解决问题。建立与之配套的会计服务体系，提供规范的会计核算和准确的财务数据。还要加强内部控制，缩减成本开支，增强企业的经济效益。

（4）政府扶持现状与改进建议

尽管政府颁布了一些税收优惠政策促进了生物质发电的发展，但支持力度还待进一步加大。根据《可再生能源法》规定，农林剩余物生物质发电享受财政税收等优惠政策，但是在目前的电价和税收政策下，生物质发电企业增值税实际税负约为11%，其远远高于火力发电（税负约6%～8%）和小水电（税负约3%）税负，生物质发电离不开国家财政、税收的政策支持。

国家政策的导向作用对生物质发电至关重要。首先，要做好全国生物质资源整体情况的调查和评价分布情况，编制发展规划，统筹生物质发电行业的区域布局，防治盲目建设。其次，完善生物质发电的标准和规范，加强管理，严格项目核准，制定行业准入和技术标准。再次，完善生物质发电定价和费用分摊机制。实行合理的投资补贴和产品补贴，加大转移支付力度，设立生物质发电产业发展专项资金，在财政预算中单列专项引导资金项目。

参考文献：

[1]陈丽辉.生物质发电企业成本管理研究[D].华北电力大学，2011.

[2]高孝春.发电企业成本控制探析[J].中国电力教育，2009（1）.

[3]崔和瑞.邱大芳.任峰.我国秸秆发电项目推广中的问题与政府责任及其实现路径[J].农业现代化研究，2012（1）.

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第二代生物燃料指的是以麦秆、稻草和木屑等农林废弃物或藻类、纸浆废液为主要原料,使用纤维素酶或其他发酵手段将其转化为生物乙醇或生物柴油的模式。第二代生物燃料与第一代最重要的区别在于其不再以粮食作物为原料,从而最大限度地降低了对食品供应的威胁。第二代生物燃料不仅有助于减少对传统化石能源的依赖,也能减少温室气体的排放,对实现全球可持续性发展具有重要作用。许多国家都制定了或是正在执行相关计划,大力发展第二代生物燃料。

Frost & Sullivan预计2011年将是第二代生物燃料技术大规模工业化的一年,市场规模将以每年200,000吨的速度扩大。在2017年前后,第二代生物燃料有望成为能源的重要组成部分。

技术分析

第二代生物燃料的发展离不开技术,唯有其技术的不断更新,方能使其发挥优势,不断开拓市场。目前生物燃料生产技术的主要技术方法主要有水解发酵、气化发酵、气化催化合成和热解。虽然这些技术现在都还处在实验阶段,但是近年来各国及各大企业都投入巨资研发,成果不断。

我国拥有丰富的纤维素资源。据估算,我国每年生产的农作物秸秆、谷糠和饼粕的总产量高达7.8 亿吨以上,其中玉米秸秆占3.3亿吨(占总量的42.4%)、小麦秸秆占1.5亿吨(占19.7%),而稻草秸秆占1.2亿吨(占15.3%),此三类纤维素占全国总纤维素产量的77.4%以上。不过,目前大量的秸秆主要被用于生物质直燃发电,燃烧转换效率并不高。由于缺乏成熟的秸秆制备燃料乙醇技术,纤维素制备乙醇的转化成本偏高。一旦该项技术取得重大突破,无论从单位秸秆生产出产品的热值还是产品的价值计算,都将构成生物质直燃发电的有力竞争对手。

纤维素乙醇所应用的技术主要是水解发酵技术,该技术首先采用弱酸、弱碱或者酶水解原材料,破坏纤维素和半纤维素,使其转化成为C5、C6糖类。这些糖类再进一步发酵成为酒精。

纤维素乙醇技术的优点是以热水和酶作为基础,流程简单,碳排放明显低于其他生物燃料技术。全程不需要高温高压。纤维素预处理阶段基本就能将纤维素全部水解,而不能处理的木质素也可以通过分离燃烧产生能源。当然它也有其缺点,比如预处理成本比较高、产率较低等等。现在各主要公司的研究团队和相关科研机构都加大了对预处理过程及新型水解酶和酵母的研发力度,使该技术的发展充满机会。帝斯曼公司于2010年6月28日宣布研发出新型的酵母技术,据称能将水解和发酵效率提高一倍。

市场分析

第二代生物燃料目前正处于起步阶段,在国内还没有形成大规模生产。现在国内主要的生物燃料公司,包括吉林燃料乙醇有限责任公司、河南天冠集团、安徽丰原生物化学股份有限公司和黑龙江华润酒精有限公司,都属于第一代生物燃料企业。但是随着近年来粮食价格不断攀升以及中国政府引导发展非粮生物燃料政策的出台,这些企业在积极研发下一代生物燃料技术。08年以来,重点发展的非粮燃料企业多采用1.5代生物燃料技术,原料主要采用木薯(华南)、甘薯(华中、西南)与甜高粱(华北、华东)等作物。随着近年来薯类成本上升较多,薯类制备生物乙醇能否维持盈利也是该产业的一大疑问。

中国参与第二代生物燃料技术研发的只有河南天冠集团等少数几家企业,但运营规模还非常小,诺维信公司已经同中粮集团和中石化开展合作,研究纤维素乙醇。2008年,美国纤维素乙醇的成本为约2到4美元每加仑(3.6-7.2人民币/升)。第一代乙醇工厂以玉米为原料生产乙醇的成本约为每加仑1.5美元(2.7人民币/升),但加上税收和分销支出,其价格比燃气价格更高。纤维乙醇的价格必须通过可行的技术达到降低目的。

技术发展及市场竞争

由于整个行业还处于刚刚起步阶段,市场规模偏小,因而没有激烈的市场竞争。先期进入的企业一旦确立了技术优势,就能在市场竞争中处于有利地位。随着政策扶持力度加大和新进入企业增多,预计未来技术进步的步伐会越来越快。

替代品的威胁

作为传统化石能源的替代品,生物燃料的重要性会随着石油、煤炭等能源的储量减少和价格攀升逐步增强。然而,由于目前生产成本相对较高、技术尚不成熟,生物燃料也受到包括生物质直燃发电、太阳能、风能、水电在内的其他可再生能源的威胁。不过,在可预计的未来,生物燃料有望凭借其能够兼容现有汽油机、柴油机、能与汽油、柴油掺杂使用而且能量密度高、蓄能方便等优势占有越来越重要的地位。

稳定的销售模式

在中国,生物燃料包括生物乙醇和生物柴油两个组成部分。生物乙醇市场的主要销售渠道是中石油、中石化加油站。而生物柴油市场因为规模小,目前的主流渠道是厂家直供辅以民营加油站。由于生物乙醇的售价是与成品油联动的,收购价格也按发改委相关文件执行,因此受渠道议价能力影响不大。但生物柴油市场由于没有相关文件指导,生产、供应量偏小,客户分散,市场渠道尚不稳定。有待政府更进一步的指导和扶持来实现常规化和稳定化。

原料供应分散且不足

足量、稳定的原料供应才能支持生物燃料的快速发展。以中国纤维素乙醇为例。纤维素乙醇主要以农林废料为原料。据中国农业部统计,全国每年秸秆等农业废料产量在7亿吨以上,但去除农民焚烧填埋和生物质直燃消耗等去处,仅剩余3亿吨以上。目前中国国内没有统一的秸秆供应商,主要依赖于生物燃料企业自己从农民和大型农场所在地收购,这也增加了秸秆收购和储运成本。

市场进入门槛高

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关键词：教学改革；新能源发电技术；创新人才培养

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.

[2]王三义.浅谈新能源发电技术[J].中国电力教育，2011，（15）：92-93.

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关键词：餐饮废水；可再生绿色能源；微生物燃料电池

随着我国第三产业的发展，餐饮业作为龙头产业正在逐年加速发展，随之排放的餐饮废水也在逐年递增［1-2］。据国内几大城市对餐饮业排放污水污染指标检测的结果显示：BOD为300～400mg/L，SS为300～400mg/L，COD为1～4mg/L，油脂在150mg/L以上［3］。此类废水中成分复杂，悬浮物较多，既有较高浓度的动植物油，也有含量很高的有机物，未经处理直接排放到市政管网将引起较大的经济损失和危害人体健康。近年，由于大量有机能源浪费和全球可再生绿色能源危机的发生，合理利用可再生能源成为重要的发展趋势，餐饮废水中含有大量的有机物，将其预处理后与新兴的微生物燃料电池结合，不仅可以去除餐饮废水中的有机物，还可以产生电能。

1餐饮废水的特点

（1）餐饮废水中含脂肪类及动植物油居多，漂浮于水面的油，影响空气和水界面的氧交换，分散于水中的油可被微生物氧化分解，故油类不仅降低复氧速率，而且消耗水中的溶解氧，使水质恶化。若要利用废水中的有机物需对其进行预处理，使其不影响后续装置的运行。（2）餐饮废水的排放时间较集中，且流量变化较大。（3）餐饮营业场所较分散，且大多布置紧凑，空间狭小，可利用空间有限。（4）国内已研制出处理餐饮废水的一体化设备，可因处理能力有限，且一次性投资较大，许多餐饮店一般都不采用。

2餐饮废水的处理技术

根据餐饮废水的组成及污染物的性质，其主要处理任务是去除高浓度的动植物油、有机物及大量的悬浮物质。目前，我国对于餐饮废水处理的主要技术方法有混凝法、电化学法及生物处理法等。其中生物处理法又包括SBR法、厌氧-好氧联合工艺法、膜生物反应器法等。2.1SBR法SBR是序批式活性污泥处理系统的简称，是一种使用间歇曝气方式的活性污泥污水处理技术。蒙温婉等［4］选用SBR工艺，考察曝气时间、污泥沉降比及溶解氧对处理效果的影响，从而确定出该工艺的最佳运行条件。SBR法运行效果稳定，有较强的耐冲击能力，工艺简单，处理时间短、处理效果好，具有较好的脱氮除磷效果且维护管理方便，可以实现自动控制。SBR法对于流量时变化系数大和流量变化较大的餐饮废水来说是一种较好的选择。餐饮废水经SBR法处理后，出水水质一般能达到《污水综合排放标准（GB8978-1996）》二级排放标准。SBR法的不足之处是不能连续进水和出水，且单池造价相对较高。2.2厌氧-好氧联合工艺法对于COD含量常常大于1000mg/L的餐饮废水，可以考虑用厌氧-好氧联合工艺来处理，废水常见的工艺有：巴颠甫脱氮除磷工艺、水解酸化-缺氧-好氧联合工艺、厌氧-缺氧-好氧联合工艺等。这些工艺通常是先进行厌氧处理，去除废水中大部分溶解性有机物，并将大分子物质转化成小分子物质，再用好氧装置进行进一步降解，去除残余的含碳有机物质。赵锦辉等［5］采用厌氧—好氧填料床联合工艺处理餐饮废水中有机物、悬浮物、氨氮、磷素，当水力停留时间（HRT）为8h，即厌氧4h和好氧4h，进水流量为260L/d，工艺对CODCr的去除率可达到90%以上，其中出水CODCr、氨氮、S、磷酸盐指标均达到国家一级排放标。2.3膜生物反应器法膜生物反应器法是指把生物反应与膜分离相结合，利用膜作为分离介质代替常规重力沉淀固液分离获得出水，并能改变反应进程和提高反应效率的污水处理方法。此法是现代膜分离技术与生物技术有机结合的新型废水处理技术，膜分离技术大大提高了生物反应器的处理效率。MBR工艺的不利之处在于膜价格高，系统投资较大，膜易污染等。尹艳华等［6］在实验室内研究了膜生物反应器处理餐饮废水。此试验在长达近3个月的运行时间内，膜生物反应器法对餐饮废水处理效果较好，且运行稳定，出水不仅能达到《污水综合排放标准（GB8978-96》的一级标准，而且还可达到中水回用水质标准。

3微生物燃料电池处理餐饮废水

微生物燃料电池（MFC）是近年来新兴的一种产电和水处理结合的方法，其原理是利用微生物代谢活动将储存在有机物中的化学能直接转化为电能，产电的同时也能达到去除污废水中的有机物、净化水质的效果。微生物燃料电池利用污废水中的有机物，在处理污废水的同时产生电能，而且产电的整个过程不会产生任何污染环境的有害气体和液体，被看作是一种高效益、低能耗、清洁环保的新型废水处理工艺［7-9］。微生物燃料电池简单易操作，成本较其他产电装置低，其燃料的来源较广泛。樊立萍和苗晓慧［10］在研究不同电解液及污水稀释比条件下，双室MFC处理食堂餐饮废水的污水处理效果和产电性能，得到较好的适合MFC废水处理与同步产电的运行环境。当浓度为0.4mol/L的NaCl作为阴极电解液且在污水稀释比为2∶1的条件下，微生物燃料电池系统的产电量最大，稳态电流密度为8.8mA/m2。此时得到污水处理效果比较理想，且COD去除率为33.3%。

4结语

篇6

关键词：平模直辊式；生物质成型机；改进设计

中图分类号：S216 文献标识码：A文章编号：0439－8114（2011）15－3175-03

Improved Designing of the Flat Mould and Direct Roll Biomass Briquetting Machine

YANG Bo1，ZHAO Wei－li1，JIA Meng－li2，DU Zhen－zhou1

（1．Wanfang College of Science ＆ Technology HPU， Jiaozuo 454000， Henan， China；

2． Mechanical ＆ Electrical Engineering College of Jiaozuo University， Jiaozuo 454000， Henan，China）

Abstract： Aiming at the problems of shaft－stuck， roller－slipping， material feed room blocking， roller－wearing and so on in the process of test of flat mould and direct roll biomass briquetting machine， some effective solutions and improving－ideas were given by plenty of experiments and quantitative analysis method， such as modifing the connection mode between the material feed room and the frame， changing the flat roller to conical roller etc． The methods had strong theoretical and practical significance．

Key words： the flat mould and direct roll； biomass briquetting machine； improved design

我国对生物质固化成型技术的研究始于20世纪80年代，在生物质螺旋挤压成型、活塞压缩成型和成型机挤压成型等方面都有所突破。平模式生物质成型机是固化成型技术的一种，它以其坚固耐用、原料适应性强等优点逐渐取得生产者和消费者的青睐。针对平模直辊式生物质成型机的生产试验情况，对平模直辊式生物质成型机自身设计中存在的缺点进行了分析，并提出解决方案。

1平模直辊式生物质成型机的结构及工作原理

平模直辊式成型机主要工作部件由传动系统（电机、变速箱、传动轴）、喂料室、压辊、压模、出料斗等组成（图1）。机器工作时，原料添入喂料室，电机通过变速箱将速度调整到所需转速，带动传动轴，通过压辊与压模相对运动将物料夹持、压缩、压实进入模孔，通过模孔而形成棒状。平模成型机分两种传动形式：一种是压辊架固定在机壳上，主轴带动压模主动运转，压辊被动；另一种是压模固定，主轴带动压辊架运转，压辊在绕轴公转的同时进行自转。两种传动方式虽然不同，但工作原理是相同的，现以后者为例进行分析。

2平模直辊式生物质成型机存在的不足

2．1密封问题

长期生产性试验过程中会出现传动系统（主要为主轴和平模传动处、压辊架和辊轮传动处）卡死的现象（图2、图3），分析其原因主要问题是密封不严引起。成型机工作环境恶劣，工作过程中粉尘等细小颗粒因密封不严易进入传动系统，工作时间较长温度又高，粉尘颗粒容易进入配合处并附着到传动轴上，导致设备不能正常运行。

2．2压辊、平模、模孔的材质选择

经过一段生产性试验后，发现压辊（磨成了腰鼓形）、平模面、模孔的磨损量都过大，主要由于物料是在平模和压辊之间被强烈挤压而通过模具成型的，故要求这三个部件都应具有较强的强度和耐磨性以及耐腐蚀性，并做特殊处理。

2．3喂料室设计方面

物料进入平模机的第一个工位是喂料室（图4），喂料室起到缓存物料和喂料的作用，完成向磨辊楔形攫取角的喂入。喂料室有两个特点：一是喂料空间广阔，为专门挤压生物质原料的大直径压辊提供了空间，也为蓬松的生物质原料提供了喂料空间；二是利用重力作用进行直接喂料高效实用。

该试验机型喂料室的设计基本满足了这两个重要的功能，但试验中当喂料室物料出现打滑、结拱、堵料等情况致使模孔不能顺利出料时，清理工作非常困难，主要是因为喂料室自身比较笨重，与机身采用的是四周螺栓连接形式（图4），不易拆卸，因此对料斗与机身的连接方式应当予以改进［1，2］。

2．4堵机现象

该机型生产性试验中偶尔会出现堵机现象，通过定性分析，主要原因是模孔设计长径比过大等不合理因素造成的。模孔作为成型机的核心工作部件，模孔的结构参数是否合适，模孔的开孔面积、模孔尺寸、模孔排布方式等要素都是决定成型棒性能的重要因素，模孔长径比越小，产量越大，但是原料密度越小，质量也越差，甚至出现不成型；长径比过大，则容易堵机。

要避免发生堵机现象，生产出优质的压块燃料，必须要对模孔的结构参数选择进行大量的理论研究和试验分析。

2．5压辊设计方面

长期试验压辊出现下面两个问题：①压辊易出现打滑现象，模孔不能正常出料；②压辊磨损情况较为严重，平模直辊的外形几乎磨成了腰鼓形，其外径差达2 mm之多。通过对压辊、物料及平模之间的运动分析，得知它们之间主要是滚动和前后滑动，压辊滚动可以给物料提供向下的正压力（压辊对物料的攫取力）；前后滑动一是可以起到对物料的剪切作用，这一点对于成型是有益的；二是在压辊与物料之间、物料与平模面之间产生了较大摩擦力，同时增加了打滑的可能性，这一点需要避免。该机型由于压辊转速过快，就降低了压辊对物料向下的攫取力，增加了压辊、物料与平模之间的摩擦力（图5），致使喂料室易出现打滑、结壳、堵塞等现象。此外，为了增加辊轮对物料向下的正压力（攫取力），降低辊轮与物料、物料与平模面之间的摩擦力，应对辊轮的外形重新设计［3，4］。

3平模直辊式生物质成型机的改进设计

3．1加工方面

在主轴与平模转动处、压辊架与辊轮转动处必须要采用耐高温、密封效果好的密封圈，如此可以有效地避免细小粉尘颗粒的进入。

3．2喂料室改进措施

喂料室与机身之间的连接由四周是螺栓连接方式设计为两个合页与螺栓的三点连接方式（图6）。当预压装置中出现结壳堵塞情况时，把料斗通过合页进行旋转，就可以方便地清理堵塞物料，节省人力和物力。

3．3平模及模孔

平模及模孔应选取耐磨性高的特殊材料，做淬火处理。模孔设计中最为关键处就是长径比的选择，需要做详细的理论分析和试验。

3．4压辊改进措施

降低压辊转速可以减少打滑现象，同时增加对物料向下的正压力。对压辊进行重新设计，由直辊设计成锥辊（图7），这样，锥辊在平模板上作圆周运动时，在物料摩擦力的作用下作纯滚运动，前后滑动减少，大大提高了压辊对物料的附着效果，增强了对物料的挤压效果；同时，压轮与物料、物料与平模之间的摩擦力就减小，避免辊轮出现腰鼓形状［5，6］。

4小结

平模成型机加工生物质燃料原料具有其独特的优点，本文根据长期生产性试验中出现的问题，提出了解决办法。

1）凡是转动轴的密封用耐高温的密封圈，可以有效地避免粉尘等杂质颗粒的进入，避免设备出现机械故障。

2）喂料室改为一端螺栓连接，另一端合页连接。当发生堵料现象时，可以很方便地拆卸进行清理。

3）压辊锥辊设计取代直辊设计，可以大大提高压辊对物料的攫取力，减少辊轮的前后滑动，降低摩擦力，减少磨损，对生产更为有利。

参考文献：

［1］ 赵明杰，胜，梁浩，等．平模制粒机在生物质燃料成型方面的应用［J］．农业机械，2008（13）：66－69．

［2］ 黎粤华，王述洋． 生物质燃料平模固化成型机压辊特性分析［J］．机电产品开发与创新，2009，11（6）：47－49．

［3］ 孟宪梅，明昱． 制粒机出粒困难故障原因分析与排除［J］．吉林粮食高等专科学校学报，1998，13（2）：1-2．

［4］ 陈军华， 杨志军． 有机型复合颗粒肥生产线设计［J］．浙江万里学院学报，1999，12（1）：12-14，27．

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关键词：太阳能采暖系统，设计，能源

Abstract: along with the development of national economy, increasing demand for energy, energy utilization situation tense, and the wide use of conventional energy sources will cause adverse effect on the environment. Solar heating system promotion has become increasingly important. This paper expounds the solar heating system status, analyzes the solar heating system of some problems existing in the design, and puts forward the corresponding countermeasures.

Keywords: solar heating system, and design, energy

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

前言

随着国民经济的发展，能源需求量日益增加，能源利用情况紧张，而常规能源的大量使用必将对环境造成不利影响。太阳能作为可再生能源的一种，取之不尽，用之不竭，同时又不会增加环境负荷，将成为未来能源结构中的重要组成部分。我国属太阳能资源丰富的国家之一，年辐射总量大约在3300-8300MJ/（m2.a），全国2/3以上面积地区年日照小时数大于2000h，每年陆地接收的太阳辐射能相当于2.4万亿吨标准煤，具有太阳能利用的良好条件。在建筑能耗中，生活热水、供暖能耗占了相当的比例，利用太阳能来满足生活热水、供暖这些低品位能耗的要求具有巨大的节能效益，因此，太阳能采暖技术越来越受到人们的重视。

1太阳能采暖系统概况

1.1太阳能采暖系统原理

太阳能采暖系统是指以太阳能作为采暖系统的热源，利用太阳能集热器将太阳能转换成热能，供给建筑物冬季采暖和全年其他用热的系统。太阳能采暖可分为主动式和被动式两种方式。被动式太阳能采暖通过建筑的朝向和周围环境的合理布置，内部空间和外部形体的巧妙处理，以及建筑材料和结构构造的恰当选择，使建筑物在冬季能充分收集、存储和分配太阳辐射热。主动式太阳能采暖系统主要由太阳能集热系统、蓄热系统、末端供热采暖系统、自动控制系统和其他能源辅助加热、换热设备集合构成，相比于被动式太阳能采暖，其供热工况更加稳定，但同时，投资费用也增大，系统更加复杂。随着经济和社会的发展，主动式太阳能采暖开始大规模应用。

1.2国外应用现状

欧洲、北美对太阳能供热（热水、采暖）系统的工程应用已有几十年历史，过去主要用于单体建筑内的小型系统，近十余年来，包括区域供热在内的大型太阳能供热采暖综合系统的工程应用有较快发展。德国是应用太阳能供热技术较早的国家，太阳能采暖技术已经在德国居住区供热设置改造和配套建设中得到广泛推广和应用；欧洲大多数国家都积极鼓励支持利用太阳能，对安装太阳能装置的家庭实行补贴政策，一般补贴为系统造价的20－50％；以色列80％住宅装有太阳能热水器，政府以立法形式规定高度27米以下新建住宅必须安装太阳能热水器。丹麦Marstal太阳能供热采暖工程是世界上最大的太阳能供热采暖系统，太阳能集热器设置在大面积空地上，集热器面积1.83万m2，与社区热力网连接，1996年建成运行，年热负荷28GWh/y，同时使用2100m3水箱、4000m3水容量砂砾层及10000m3地下水池蓄热。

1.3国内应用现状

我国太阳能产业发展很快，截至2006年，我国太阳能热水器年生产能力达到1500万平方米，在用太阳能热水器总集热面积达1亿平方米，生产量和使用量居世界第一。虽然我国太阳能热水器应用已经相当广泛，但太阳能采暖工程应用却处于起步阶段，已建成的都是单体示范建筑，如北京清华阳光公司办公楼、天普新能源示范大楼等，太阳能区域供热采暖工程则还没有应用实践。

近年的太阳能采暖建设项目中，比较集中和有代表性的是北京周边郊区县新民居的太阳能采暖工程。由于农村住宅相对分散，密度低，不宜采用投资大、维护水平高的集中供暖模式，而传统的燃煤取暖方式又存在效率低、污染环境、费用较高等问题，在农村推广安全环保、运行费用低的太阳能采暖系统符合新农村建设的客观要求。太阳能采暖所需的集热面积远大于太阳能热水系统，安装位置要求较大，对于高层建筑或居住密度较大的城区存在安装建设条件不足的问题，限制了应用，而农村住宅一般建筑容积率较低，没有明显遮挡，具备建设太阳能采暖项目的良好条件。北京平谷区新民居太阳能采暖工程项目进展较早，有很多成功应用的经验。

2太阳能采暖系统设备

2.1集热器

常见的太阳能集热器有平板型和真空管

型两种，其中，真空管型又可分为全玻璃真空管型、U型管真空管和热管真空管集热器。目

前在我国太阳能热水器市场，平板太阳能热水器约占10％左右的市场份额，其余均为真空管太阳能热水器，而国外平板太阳能热水器则占90％以上的市场份额，中国与世界太阳能市场主流存在巨大差异。由于太阳能采暖系统与建筑结合紧密，因而对集热产品与建筑的结合、故障率、使用寿命等性能要求较高，平板集热器结构简单，抗压，抗外力冲击，适合承压运行，从整体外观、结构强度、安装运行等方面都非常适合与建筑相结合。在热性能方面，尽管平板集热器的保温性能不如真空管集热器，但由于其有效采光面大于真空管集热器，因此其热效率高于真空管集热器。早期平板集热器不能防冻过冬的缺点随着技术进步早已得到解决。太阳能采暖工程中，非采暖季能源过剩，真空管集热器易发生爆管、真空度降低等问题，而平板集热器则能较容易地解决这一问题，因此，目前北京地区太阳能采暖工程中，很多工程项目采用了平板型集热器。

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【关键词】TiO2 甲醛 纳米光催化

1室内空气状况

随着社会经济的发展以及人们生活水平的提高，环境保护越来越受到人们的关注。虽然大气污染物主要存在于室外，但是由于人们长期生活在室内空间。因此人们主要受到源于室内的空气污染。目前城市空气中的年平均浓度大约是0.005mg/m3-0.012mg/m3之间，通常不超过0.03mg/m3。

目前室内甲醛的来源一是来自于燃料的不完全燃烧，二是来自装饰材料及家用化学品、建筑材料的释放。其中室内装饰材料及家具的污染是目前造成室内空气污染的主要来源。油漆、胶合板、泡沫填料、内墙涂料、塑料贴面等装修材料中含挥发性有机化合物高达350多种。由于甲醛与其它树脂具有较强的粘合性特性，同时还具有加强板材的强度及防虫、防腐的功能。因此目前装修用人造板大多使用以甲醛为主要成分的脲醛树脂作为胶粘剂。板材中残留以及未参与反应的甲醛会逐渐向外界环境释放是形成室内空气中甲醛污染的主要渠道与来源。日常生活用品如：消毒剂、液化石油气、清洗剂等也是室内甲醛污染的途径。另外室内有机物污染对人体健康的影响主要为以下3种：气味等感觉效应；粘膜刺激及基因毒性；致癌性。

2室内空气污染净化技术

为了改善室内空气质量，创造健舒适健康的室内生活环境。目前已发展了多种空气净化技术用来去除室内空气中的颗粒物、微生物和气体污染物。下面就其中主要技术简单介绍一下。

（1）吸附过滤净化技术：属于物理处理方法。针对室内pmx物质主要采用静电除尘、机械过滤以及离子除尘等技术进行处理。这几种技术的主要缺点是：净化有害污染气体性能不佳。机械过滤技术对超微颗粒净化效果较差；静电集尘与离子除尘需要配置预过滤装置。活性炭吸附方法的主要缺点是细菌等生物污染容易在活性炭空隙内中继续繁殖，成为生物的新的污染的滋生地。

（2）新型等离子体技术：是物理化学综合处理的全新技术。由于等离子体中含有大量活性基团并具有较高能值，平均电子能量约在 2.3-10.0eV 之间浮动，因此足以破坏气态有机污染物中的化学键，从而达到降解污染物的目的。即使是一些还原性较强的无机物也极易被低温等离子体系中的活性物质氧化，而键能较小的物质则会被体系中能量高的活性离子打开，最终转化为环境无害物。但是低温等离子体技术的主要缺点是会产生臭氧，危害对人体健康。

（3）臭氧技术：利用臭氧特有的强氧化性可以和很多有机物发生氧化还原反应从而达到净化空气的目的。其主要缺点还是对非有机有害气体净化效果不好；即使是挥发性有机物也达不到深度氧化的目的。同时会产生一些有害副产物，加上其本身也是一种对健康有害的物质，因此臭氧处理技术并不是一个理想的化学处理污染物的技术。

（4）光催化技术：本技术由催化氧化技术发展而来。一般采用黑光灯、荧光灯、高压汞灯，甚至是太阳光作为光源。催化剂是在特定波长光线照射下具有很高光化学活性的物质，通常为是半导体光催化剂。光催化技术是一种新型低温深度氧化技术，可以在室温条件下将大气中有机污染物完全氧化为二氧化碳和水，还具有安全、除臭、防腐、杀菌等功能，因此是一种具有广阔发展前景的室内空气净化新技术。

3纳米光催化技术

自20世纪 70年代以来纳米半导体光催化技术的研究得到了极为迅速的发展，在环境领域取得了广泛的应用。目前研究最多的是硫族化物半导体材料，如 TiO2、ZnO、WO3、SnO2 等。由于 TiO2具有化学稳定性高，耐光腐蚀，并且具有较深的价带能级等特性，因此可使一些吸热的化学反应在被光辐射的TiO2表面得到实现和加速，同时TiO2属于无毒物质。因此目前TiO2的光催化特性研究最为活跃。TiO2目前有三种形态：锐钛矿型、金红石型和板钛矿型。

纳米光催化技术在室内空气净化中的应用主要表现在以下几个方面：

（1）无机气体的去除。氮氧化物和二氧化硫是主要的大气污染物，同时也是室内化石燃料燃烧产生的主要污染物，而氨则是某些混凝土填加剂（如防冻液）慢性释放出来的，这些大气污染物危害人体健康，直接引发各种呼吸系统疾病。TiO2光催化氧化去除氮氧化物效果比较理想的浓度范围在0.01-20ppm之间，在 150ppm 以上则难以有效。

（2）室内异味的去除。室内异味物质主要是一些含氮、硫化合物，如硫醚、硫醇、胺类。其成分复杂，浓度不高但其散发的臭味却是很明显。利用TiO2与臭氧或其它催光剂配合去除臭气效果较好。将TiO2固定在蜂窝状板材上，制备出光催化空气净化器能够有效地去除硫化氢、氨等多种异味物质。利用纳米级的TiO2颗粒作为光催化剂，再用氢氧化锌溶液进行表面处理，吸附甲硫醇的能力将获得明显的提高，在紫外线照射下发生光催化氧化分解甲硫醇的效率也将获得大幅度提高。

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关键词： 非粮材料；燃料乙醇；研究进展

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：

[1]杜敏娟，郑立柱，刘智峰.非粮材料制备燃料乙醇的研究进展[J].杭州化工，2011，02：8-11.

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关键词：甲醇生产；生产工艺；甲醇

市场化工生产是工业建设的主要内容，化工产品在国家生产生活的各个领域中都有应用。加强对化工生产工艺的研究，能够完善化工生产结构，提高产品质量。甲醇是化工生产的重要原料，在国内外的工业化进程中有重要作用。

1甲醇生产工艺分析

甲醇的生产工艺分很多种，但截至到目前，合成气制甲醇仍是全球甲醇生产商采用的最主要生产方法，按合成气来源区分，国内主要以煤基甲醇为主，国外则以天然气基甲醇为主，而目前煤基甲醇、天然气基甲醇均面临着巨大的环保压力和能源危机。因此，符合绿色化工、环境友好、以可再生资源为原料的甲醇制备技术，如：二氧化碳加氢、甲烷直接氧化、生物质合成甲醇等工艺具有很大的发展潜力，下面简要分析以上几种工艺主要的生产技术，研究进展以及发展前景。

1.1二氧化碳加氢制甲醇技术进展

以二氧化碳和氢气为原料来制取甲醇的历史比较悠久，至今已经有七十年的历史，该制甲醇的技术在二十世纪末得到高度重视。这类甲醇生产工艺的温度和压力都比较低，相对来说安全性比较高，所用的溶剂一般为非极性溶剂或者弱极性溶剂。由于在整个生产加工过程中没有过渡金属当催化剂，因此产品的杂质少，基本没有副产物生成，这就是二氧化碳加氢制取甲醇生产工艺的最大优点。反应的过程主要分为两个部分，第一步是路易斯酸（B(C6F5)3）和路易斯碱（吡啶）组成的路易斯对使氢发生异裂，第二步是二氧化碳直接加氢制甲醇。关于该生产工艺所用的催化剂的研究取得了良好的成果，我国研究表明，在催化积淀选择上要应用片状的氧化锌晶型，因为片状氧化锌晶体的面与铜的协同作用比较好。这样就能够大幅度提高甲醇的选择性。所以，在这种生产工艺中，要注意氧化锌的形状，从而保证催化剂的作用发挥到最好。

1.2甲烷直接氧化制甲醇技术进展

以甲烷作为原料来制备甲醇可以分为两种方式，一是直接转化，二是间接转化。在实际的生产中，应用甲烷间接转化成甲醇的工艺比较多。具体的生产工艺主要分为两步，第一步是通过蒸汽裂解来得到所需要的碳氢化合物，第二步经由合成技术来制成甲醇。这种生产工艺的优点是生产技术纯熟，缺点是反应条件不容易达到且整个工艺的耗能比较大。因此，在甲烷氧化制取甲醇的研究领域中，国内外专家的目标集中在直接氧化法上。当下研究核心的难题是反应系统的研发，研究的要点是发掘适用于直接合成工艺的催化剂。现阶段，各个研究机构取得了进展。DOW开发的甲烷直接氧化制备甲醇工艺突破了传统气相工艺与液相工艺的局限，能在温和条件下进行。大连工业大学在离子液体中研究了负载型金属催化剂催化甲烷直接氧化制甲醇的反应。浙江大学研究了等离子体反应器中铜基催化剂催化甲烷直接氧化制甲醇的反应。虽然在甲烷氧化制取甲醇的工艺上取得了不同的进展，但是在大规模生产上依旧有很大的优化空间。

2甲醇国内外市场分析

2.1国外市场需求分析

甲醇作为重要的化工原料应用于各种化工生产当中，但是随着大众环保理念的加强，国外市场对甲醇的需求量发生了不同程度的变化。从全球范围来看，甲醛仍是对甲醇需求量最大的品种，占全球甲醇消费总量的35%左右；甲基叔丁基醚（MT⁃BE）对甲醇的需求也达到25%左右，其他的甲醇用于生产醋酸、二甲醚、甲基丙烯酸甲酯、甲胺、烯烃、清洁燃料、溶剂和防冻剂等。鉴于对地下水域环境的保护和关注，美国已经抵制MTBE的使用，随着全球MTBE使用量的减少，将会对对甲醇业形成巨大的打击，全球甲醇消费结构将会发生巨大改变。另外，甲醇也是燃料电池中常用的化工燃料，国外在这个行业对甲醇的需求量一直比较稳定。

2.2国内市场分析

我国甲醇产业链下游目前主要由甲醛、醋酸、甲醇制烯烃、二甲醚、甲醇燃料组成。随着甲醇传统下游产业的持续萎缩，甲醛、二甲醚、MTBE、DMF的开工率逐渐下滑；而甲醇制烯烃产业则保持着高速发展的势头，截至2016年底，甲醇制烯烃的烯烃产能已经突破1000万吨，年需求甲醇突破3000万吨，稳居国内甲醇需求第一的位置，而其中80%的是煤基甲醇。位居甲醇需求第二位的是甲醇燃料，其中甲醇船舶燃料具有较强的经济竞争力。此外，国内已开发成功的煤制油工艺，目前受油价低迷影响，煤制油项目盈利能力不足，随着工艺的后续发展和能源价格的变化，煤制油对甲醇的需求在将来也会迈上一个新台阶。综合国内外甲醇市场的需求可知，随着能源价格的提高，甲醇的生产成本随之提高，因此提高甲醇衍生物的环境友好型性能，拓宽甲醇的应用领域，开发节能降耗，环境友好的生产工艺，有助于甲醇应对国内外市场对其需求的波动，有利于甲醇在化工生产领域中的长足稳定发展。

3结语

甲醇的生产工艺随着生产原料的不同而不同，在众多生产工艺中，生物质制甲醇技术是研究重点。生物质制甲醇工艺的使用，是化工生产与环境保护和谐发展的工艺，既能够保证工业生产，又能够处理污染环境的废弃生物质。国内外甲醇市场对甲醇的需求随着全球经济的变化而出现波动，但整体上市场对甲醇的需求量是上升趋势。因此，相关的甲醇生产技术人员要加强对工艺的研究。

参考文献：