導言：作為寫作愛好者，不可錯過為您精心挑選的10篇生物燃料的優缺點，它們將為您的寫作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內容能為您提供靈感和參考。

篇1

 以教師的“教”為主的直接灌輸式教學方法存在很大的弊端「，〕，教師直接向學生傳遞教學信息不僅難以把控學生對知識的掌握程度，而且不利于學生綜合能力的提高。在生物質化工課程的教學過程中，教師的主要工作是對教學目標、教學內容進行梳理，對教學活動進行組織，對教學的難點重點進行解答，總體上扮演一個管理者的角色;學生才是教學過程的主體，是教學活動的積極參與者和知識的主動建構者。讓學生認識到知識的學習過程是一個學生要求學習、教師進行指導的主動學習的過程，而不是教師傳授、學生被動接受的過程。    在第一輪教學活動結束后的評教環節中，一位學生提出:“老師在上課時沒有給出標準答案”，實際上，作為大學生的學習已經不能拘泥于教師給出的標準答案了，在生物質化工課程的教學設計中，由于加人了一些當前關注的科研課題，課題本身也沒有標準答案。課堂討論的主要目的是引導學生去思考問題，而“標準答案”是需要學生在學習過程中不斷地思考，甚至有可能將來投身到科學研究中去探索的。

1. 2“授之以漁”而非“授之以魚”   

 建立起系統的專業知識體系，是大學生學習的一個重要任務。為了使學生能夠更好地構建自己的知識體系，必須幫助學生培養適合自己的學習方法，即“授之以漁”。在教學過程中，通過對不同的技術進行縱向和橫向的對比研究，對熱門技術的發展與改進歷程進行梳理，與學生一起總結相關內容的內在聯系與共性規律等一系列的教學活動，讓學生認識到知識的獲得有章可循，進而幫助學生找到適合自己的學習方法。

1. 3興趣是最好的老師   

 興趣是學生學習的最主要動力。興趣的培養可以通過榜樣的力量來實現。比如，在課堂上可以適時地向同學們介紹一些相關領域的牛人事跡、科研成果，讓學生認識到自己所學專業知識的重要性;在學校召開國際會議/學術研討會期間，鼓勵學生擔任會場的服務工作，讓學生近距離接觸科研實際，切實地感受到專業對人才的需求，提高學生的專業榮譽感與責任感。

2 明確教學目標、合理設計教學內容

生物質化工為一門新興的專業課，是與浙江科技學院化工專業特色緊密結合的。目前，全國范圍內僅有少數高校開設了生物質化工專業方向，在選擇教材時發現，還沒有一本與“生物質化工”同名的書籍，因此，無論對教學目標還是對教學內容都需要進行探索。  

 在培養目標方面，結合行業人才需求和專業認證對學生的畢業要求，制定下列教學目標:   

 1)熟悉生物質化工技術的基本原理、工藝路線及技術參數;   

 2)明確生物質化工技術目前存在的問題及將來的發展方向;   

 3)具有較好的自學能力、分析問題和解決問題的能力;   

 4)具有從事生物質化工技術、生物質能源及生物質材料等的開發設計和科學管理的初步能力。  

  教學內容的選擇不局限于一本教材，要體現多元化、前沿化、實用化的課程體系，主要包括課程的基本知識的講授、問題研討和探究性項目三部分redlw.com。  

  課程的基本知識分成12章內容，分別是:1)概述;2)生物質直接燃燒技術;3)生物質壓縮成形和炭化技術4)生物質熱解技術;5)生物質液化技術;6)生物質氣化技術;7)沼氣發酵及重整技術;8)生物質制氫技術;9)生物質燃料乙醇和燃料甲醇技術 10)生物柴油技術;11)生物質制備平臺化合物技術;12)城市固體廢棄物能源處理技術。

篇2

能源危機已經觸動每個人的神經，也激起了人們尋找可替代能源的強烈愿望。

很多東西能替代汽油

閔恩澤院士介紹，目前國內外研究、應用較多的幾種生物質燃料主要有秸稈乙醇汽油、甜菜生物質汽油、纖維素生物質汽油、生物柴油、第二代生物柴油、微藻生物柴油等，很多東西可以替代汽油，我國發展生物質燃料的前景非常廣闊。

含10％乙醇的秸稈乙醇汽油已在我國推廣應用。與傳統汽油相比，它優勢明顯。比如辛烷值提高了、含氧多、燃燒充分，減少汽車尾氣一氧化碳排放35％以上、碳氫化合物排放15％以上。生物質生長過程，還能吸收二氧化碳。目前，我國已建有20萬噸／年以上、以非糧作物木薯為原料的工廠。在國外，美國能源部投資10億美元，發展秸稈乙醇工藝。計劃到2030年，秸稈乙醇供應達到美國汽油總量的30％，約1.9億立方米，生產成本也將低于石油汽油。閔恩澤院士說，要立足我們的基礎，與國外合作，先實現工業化，再把規模擴大至10萬噸／年以上。而大規模發展，酶制劑是基礎，原料是關鍵，要調研了解國內的原料供應情況，研發具有自己特色的酶制劑。

以甜菜為原料的生物質汽油——最新一代生物質車用汽油，比乙醇汽油能量更高，使用更經濟；不需要更新銷售系統和加油站，不需要調整發動機。國外2010年開始建設工業生產裝置。生產工藝包括原料預處理、水相重整、堿催化聚合、加氫脫氧。

同時，國外也在大力研究以纖維素為原料的生物質汽油。纖維素比甜菜等原料來源廣泛、價廉。采用纖維素為原料，我國更有可能形成具有自主知識產權的技術。國內對纖維素生產生物質汽油的研發已經開展，并取得一定進展。應重點突破，占領這一高科技發展前沿制高點。

生物柴油大有可為

閔恩澤院士介紹，生物柴油是21世紀崛起的新興產業，世界生物柴油產能已在3000萬噸／年以上。目前，美國產能已發展到1093萬噸／年、歐盟為1300萬噸／年。國際上已經制定完善的生物柴油標準。

我國生物柴油總產能約150萬噸／年，近幾年產量30萬～50萬噸／年，大多以廢棄油脂為原料。中國海油建設在海南東方的6萬噸／年生物柴油裝置，采用中國石化的SRCA工藝，實現了清潔生產，并已在海南的加油站銷售。

閔恩澤院士說，中國石化發展生物柴油產業有基礎。中國石化擁有完整的從小型到2000噸／年生物柴油中型試驗裝置；擁有生物柴油質量分析、模擬評定、臺架試驗裝置以及行車試驗的經驗；擁有世界一流的、處理廢棄油脂原料的生物柴油成套技術，以及處理木本植物油和微藻油原料的堿催化蒸餾工藝。此外，中國石化向科技部申請了“十二五”國家生物柴油重大支撐項目，中國石化咨詢公司受國家能源局委托，正編制我國生物柴油行業發展的指導意見。這些，對中國石化發展生物柴油提供了有力支持。

期望微藻“點綠成金”

篇3

作者簡介：韓楊（1982-），男，四川成都人，電子科技大學機電學院電力電子系，講師。

基金項目：本文系電子科技大學中央高校基本科研業務費資助（項目編號：2672011ZYGX2011J093）的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）14-0046-02

“新能源發電技術”是電子科技大學電氣工程及自動化、機械設計制造及自動化、工業工程三個專業課程體系中的一門重要課程。該課程屬于高年級本科生的專業選修課，共32課時、內容多、知識面廣、綜合性強。[1， 2]由于三個專業的學生知識體系存在一定差異，在教學理念、教學內容、教學方法等方面，需要做出系統的設計和創新。筆者在教學過程中，充分吸收國外高校模塊化教學模式、凝練教學內容，充分利用交互式教學方法，采用課堂講授、提問與解答、課程項目、研究報告等手段，把互動式教學方法成功應用到教學實踐中。課程以電能變換與控制為主線，鼓勵不同專業背景的學生組成研究小組對課程項目進行協作研究，提升了學生的學習興趣，培養了學生的自主創新能力。[3， 4]

一、國外“新能源發電技術”教學內容與模式回顧

1.麻省理工學院（MIT）的模塊化教學模式

課程簡介：課程評估當前和未來潛在的能源系統，包括資源提取、轉換和最終使用技術，重點區域和全球能源需求。研究各種可再生能源和傳統能源的生產技術，能源最終用途和替代品，在不同國家的消費習慣。

第一部分：能源的背景。欠發達國家日益增長的能源需求、發達國家可持續的未來能源。能源概述、能源供給和需求的問題；能源轉換和經濟性分析，氣候變化和應對措施。模塊1：能量傳遞和轉換方法。模塊2：資源評估和消耗分析。模塊3：能量轉換、傳輸和存儲。模塊4：系統的分析方法。模塊5：能源供應，需求和存儲規劃。模塊6：電氣系統動力學。模塊7：熱力學與效率的計算。

第二部分：具體的能源技術。模塊1：核能的基礎和現狀；核廢料處理；擴建民用核能和核擴散。模塊2：化石能源的燃料轉換，電源循環，聯合循環。模塊3：地熱能源的類型；技術、環境、社會和經濟問題。模塊4：生物質能資源和用途，資源的類型和要求。

第三部分：能源最終用途，方案評估和權衡分析。模塊1：汽車技術和燃料經濟政策。模塊2：生物質轉化的生命周期分析；土地使用問題、凈能量平衡和能量整合。模塊3：電化學方法電能儲存、能量轉換，燃料電池。模塊4：可持續能源，非洲撒哈拉以南地區的電力系統的挑戰和選擇。

2.瑞典皇家理工學院（KTH）課程內容與要求

課程內容：替代能源和可再生能源的全方位的介紹和分析，包括整合這些解決方案以滿足能源服務的要求。包括現有和未來的替代能源，如水能、風能、太陽能、光伏、光熱，燃料處理；可再生能源系統面臨的挑戰；動態整合各種可再生能源。在整個教學過程中，學生的讀、寫和研討主題是“先進的可再生能源系統技術”，特別是通過項目工作和多個為期半天的研討會對相關專題進行研討，每個人都參與演講和討論，并邀請有行業工程背景的專家和政策制定者來課堂參與探討，豐富課堂內容、提升教學質量。

課程要求：在課程結束時，學生應能夠分析和設計能源系統，利用風能、生物能源、太陽能產生電力或用于加熱與冷卻。完成課程后，學生能詳細說明風能、生物能、太陽能基本原理和主要特點，以及它們之間的區別。能掌握這3種可再生能源系統的主要組件，了解基于化石燃料的能源系統對環境和社會的影響。

3.威斯康星大學（UWM）課程內容與要求

課程內容：學習有關國家最先進的可再生能源系統，包括生物質、電力和液體燃料，以及風力、太陽能、水電。學生們將對可再生能源電力和能源供應做工程計算，并要了解可再生能源的生產、分配和最終使用系統。能源存儲、可再生能源政策；經濟分析，購買和銷售能源；風能理論與實踐；太陽能可用性，光熱和光伏發電系統；水電；地熱，潮汐能和波浪發電；生物能源、生物質燃燒熱力和電力；生物質氣化，生物油熱解；生物燃料的生命周期評估。

課程要求：掌握基本的可再生能源系統的工程計算，了解可再生資源評估和能源基礎設施一體化。確定可再生能源系統的環境影響。設計和評估可再生能源系統的技術和經濟上的可行性。了解能源在社會中的關鍵作用。了解可再生能源發展的公共政策、市場結構。卓越學生的學習成果：能夠運用數學、科學和工程原則進行實驗設計，并能分析和解釋實驗現象。有能力設計一個系統、部件或過程，以滿足預期要求，具備解決工程問題和有效溝通的能力。

二、創新人才培養模式下“新能源發電技術”教學設計

通過對該課程的學習，使學生了解中國的能源現狀，掌握電源變換與控制技術的基本原理，掌握光伏發電和風力發電的基本原理及系統的構成，加深對中國風力資源和風力發電基本原理的認識，理解生物質資源的利用現狀、轉換與控制技術的基本原理，了解天然氣、燃氣發電與控制技術的基本原理和應用情況。吸收國外經驗，設計教學模塊。

1.電源變換和控制技術

內容要點：電力電子器件的概念、特征和分類，不可控器件——電力二極管，半控型器件——晶閘管，電力場效應晶體管——電力MOSFET，絕緣柵雙極型晶體管——IGBT；AC—DC變換電路：二極管整流器——不控整流，晶閘管整流器——相控整流，PWM整流器——斬波整流；DC—DC變換電路：單管不隔離式DC—DC變換器，隔離式DC—DC變換器；DC—AC變換電路原理、分類、參數計算；AC—AC變換電路。

課堂提問：晶閘管的導通和關斷條件是什么？相控整流與PWM整流電路區別是什么？交流調壓電路的基本原理是什么？什么是逆變？如何防止逆變失敗？

課程項目1：讓學生設計一個50kW的相控整流和PWM整流電路，進行MATLAB仿真分析，比較兩種整流電路的區別，要求分組討論、制作PPT演講，撰寫研究報告。

2.風能、風力發電與控制技術

內容要點：風的產生、特性與應用；風力發電機組的結構、分類與工作原理；風力發電的特點、控制要求和功率調節控制；風力發電機組的并網運行和功率補償：同步發電機組、異步發電機組和雙饋異步發電機組的并網運行和功率補償。

課堂提問：簡述風能轉換的基本原理。風力機的空氣動力學參數有哪些？具體怎么求解？風力機有哪幾種分類方法？

課程項目2：讓學生設計基于全功率變換器的風力發電系統，在課程項目1的PWM整流電路的基礎上，設計整流和逆變電路及其控制算法，進行MATLAB仿真，驗證工作原理，要求分組討論、制作PPT演講、撰寫研究報告。

3.太陽能、光伏發電與控制技術

內容要點：太陽能利用方式、分類及原理，中國光伏發電的歷史和研究現狀；太陽能電池的工作原理，太陽能電池材料的光學性質、等效電路、輸出功率和填充因數，太陽能電池的效率、影響效率的因素及提高的途徑；太陽能電池制造工藝，多、單晶硅制造技術；太陽能光伏發電系統設備構成，正弦波PWM技術，逆變器基本特性及評價；獨立光伏發電系統的結構及工作原理、系統構成；并網光伏發電系統的分類、特點、結構、供電形式和設備構成。

課堂提問：多晶硅和單晶硅的制造工藝有什么不同？根據制作工藝的不同它們各有什么特點？什么是正弦波PWM逆變技術？并網光伏發電系統由哪幾部分構成？

課程項目3：讓學生設計小功率并網光伏發電系統，在課程項目2逆變電路的基礎上，設計單相及三相逆變電路及其控制算法，進行MATLAB仿真，驗證工作原理，要求分組討論、制作PPT演講、撰寫研究報告。

4.生物質能的轉換與控制技術

內容要點：生物質能的定義、生物質資源特點及類別；生物質能轉換和發電技術、生物質能轉換的能源模形式，城市垃圾、生物質燃氣發電技術；生物質熱裂解發電技術的分類、生物質熱裂解機理，生物質熱裂解技術及裝置簡介；我國生物質能的利用現狀及開發生物質能的必要性，生物質能發電前景。

課堂提問：生物質能的優缺點是什么？根據其優缺點如何揚長避短充分利用生物質資源？生物質熱裂解的機理是什么？請詳細分析說明。影響生物質熱裂解的因素有哪些？具體是如何影響的？

5.天然氣、燃氣發電與控制技術

內容要點：天然氣水合物的概念，形成機理及化學性質；天然氣的綜合利用、環境價值與發展前景；小型燃氣輪機發電機組的原理及用途、主要形式及應用前景；燃氣輪機組的電能變換與控制系統、電網供電及控制；燃氣發電機組的并網運行與控制策略，DC-AC低頻并網逆變技術，DC-AC/ AC-DC-AC三級變換高頻環節并網逆變技術；燃氣發電機組高頻并網逆變的控制策略。

課堂提問：小型燃氣輪機組并網發電的原理是什么？簡述燃氣輪機組電能變換系統的結構和工作原理。燃氣發電機組高頻并網逆變是如何實現的？

三、結束語

在充分吸收國外高校“新能源發電技術”模塊化教學模式的基礎上，以人才培養為中心，凝練教學內容、改革教學方法，提高了學生對該課程的學習興趣，課堂互動得到明顯改善，不同專業背景的學生能夠對課程項目進行協作研究，發揮各自的特長收集和吸收國外前沿技術，在PPT演講、研究報告撰寫方面鍛煉了學生的綜合能力，取得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]何瑞文，謝云，陳璟華.電氣工程及其自動化專業建設與實踐模式探討[J].中國電力教育，2012，（3）：72-73.

篇4

1.項目建設背景及必要性

1.1項目建設背景

2012年4月19日，國務院辦公廳印發了《“十二五”全國城鎮生活垃圾無害化處理設施建設規劃的通知》（[2012]23號），明確了“到2015年，直轄市、省會城市生活垃圾全部實現無害化處理，城市生活垃圾無害化處理率達到90%以上，全國城鎮新增生活垃圾無害化處理設施能力58萬噸/日”的主要目標，并進一步提出了“在已啟動餐廚垃圾處理工作的基礎上，繼續推動餐廚垃圾單獨收集和運輸，以適度規模、相對集中為原則，建設餐廚垃圾資源化利用和無害化處理設施”的建設任務。

1.2項目建設必要性

在相當長的一段時期內，國內餐廚垃圾主要作為城市近郊養豬的飼料。由于其來源復雜，極有可能引起疾病的傳播，現已被政府明令禁止。城市垃圾處理處置方法通常有焚燒和填埋，如果將城市生活垃圾進行焚燒，由于餐廚垃圾的水份含量常常高達90%左右，發熱量為2100～3100kJ/kg，和其它垃圾一起焚燒，不但不能滿足垃圾焚燒發電的發熱量要求（即5000kJ/kg以上），反而會導致燃燒爐燃燒不充分而產生二英；如果將生活垃圾進行填埋，同樣因為混入的餐廚垃圾水分含量高而不宜處理。因此餐廚垃圾有必要進行單獨無害化處理。

2.處理工藝確定

2.1XX市餐廚垃圾物理、化學性質分別見表。

以上數據分析表明，XX市餐廚垃圾具有以下特性：

a）含水率高，混合測試樣含水率高達87.07%。

b）易腐性，富含有機物，混合測試樣有機干物質高達92.8%。

c）油脂及鹽分含量高。

2.2餐廚垃圾處理工藝選擇

目前，餐廚垃圾處理工藝主要有填埋、焚燒、厭氧消化、好氧堆肥等，各處理方式的優缺點對比分析見表3。

根據表中各種餐廚垃圾處理方式優缺點的比較，結合XX市餐廚垃圾的特性，對XX市餐廚垃圾處理方式的選擇做出如下分析：

（1）高含水率的餐廚垃圾，往往成為填埋場垃圾滲濾液的主要來源；餐廚垃圾黏度大，分散性差，也不利于在填埋場攤鋪和壓實；此外餐廚垃圾有機物含量較高，填埋方式未對其進行有效的資源化利用，因此餐廚垃圾不適宜采取填埋工藝。

（2）高含水率的餐廚垃圾不宜采用焚燒工藝，因為含水率高會增加焚燒燃料的消耗；餐廚垃圾中含有的大量脂類物質在重金屬催化條件下生成二英，若處理不當易對環境造成嚴重的二次污染。

（3）堆肥適合于處理易腐有機質含量較高的垃圾，高含水率的餐廚垃圾在堆肥的過程中易將整個堆垛全部空間填死，空氣無法進入內部，致使微生物處于厭氧狀態，使降解速度減慢并產生硫化氫等臭氣。

（4）結合我國國情及XX市具體情況，相對其它餐廚垃圾處理方式，厭氧消化方式具有突出的優勢，主要體現在以下幾個方面：

① 厭氧消化后產生的沼氣是清潔燃料。

② 固體物質被消化以后，可以得到高質量的有機肥料或土壤改良劑。

③ 在有機物質轉變成甲烷的過程中實現了垃圾的減量化。

④ 厭氧消化產生的沼氣可以利用進行發電，減少了溫室氣體的排放量。

⑤可實現分離油脂資源化，厭氧微生物耐鹽毒性較強，且節省能耗。

以上分析表明：應用厭氧消化技術處理餐廚垃圾在生態環境方面具有突出的優勢，從能量需求、排放產物和運行過程對周圍環境衛生影響的角度看，厭氧消化技術能夠實現環境、社會和經濟效益的協調統一，對環境和經濟的可持續發展都具有重要的意義。

基于上述技術分析，推薦XX市餐廚垃圾無害化處理處置工程采用厭氧消化處理技術。

2.3厭氧消化工藝的選擇

按照厭氧發酵反應罐的操作條件，餐廚垃圾厭氧消化處理技術可分為以下幾類：

（1）按照固體含量可分為：濕式、干式。

（2）按照溫度可分為：中溫、高溫。

濕式厭氧消化和干式厭氧消化的對比分析見表4。

根據以上濕式和干式厭氧消化的對比分析，結合XX市餐廚垃圾含水率較高的特點，本項目適宜采用濕式消化工藝。

篇5

中圖分類號：TQ223.122 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）05-0322-02

0 引言

隨著乙醇汽油在全國各地的推廣，燃料乙醇的產量一路飆升，由此引發了糧食乙醇路線面臨和民眾爭食的問題。生物燃料的發展從之前的“糧源”轉變為“非糧”，這樣的轉變不僅是大勢所趨，而且也已經是迫在眉睫了。而進行非糧材料制備燃料乙醇主要的原料有秸稈、甘薯、落葉等作物和邊角余料。進行非糧材料制備燃料乙醇的研究對我國的能源安全、促進農村經濟發展等有著其重要發展意義。

1 非糧材料制備燃料乙醇的研究現狀

由于我國糧食供需仍然存在相對緊張的狀態，所以國家重點支持薯類、秸稈纖維資源等作為非糧材料制備燃料乙醇的主要原料。可以制造乙醇的非糧材料主要有兩大種類：一類是木制纖維類，包括農業廢棄物、工業廢棄物、林業廢棄物、生活垃圾；另一類是薯類，包括馬鈴薯、甘薯等。比如木質纖維類當中的玉米秸稈作為潛力巨大的生物原料，其被使用的狀況還是相對較少的。如果直接將其進行燃燒，不僅使用率較低，而且會造成一些污染和浪費。如果將其轉化成氣體或者液體燃料，不僅可以大大提高使用率，而且可以優化我國現有的能源結構，減少污染。所以玉米秸稈等纖維質的原料在非糧材料制備燃料乙醇當中具有巨大的發展前景。比如薯類制造乙醇，我國的紅薯種植面積廣泛，產量更是占全世界總產量的80%。紅薯容易種植抗旱性好，耐貧瘠。而且新鮮塊根當中的淀粉含量可高達20%，氮源豐富，非常適合作為燃料乙醇的生產原料。

2 燃料乙醇生產的技術和工藝

3 非糧材料制備乙醇燃料

3.1 秸稈類 近幾年以來在使用秸稈制造乙醇的預處理技術不斷的改進和完善，對于乙醇的制取率也是越來越高。比如馮瑋主要分析了使用秸稈作為原料，在進行燃料乙醇制造的時候所存在的問題，以及面向未來的發展方向。對于工藝流程他進行了十分系統的論述，并且針對各個工藝存在的優缺點進行了分析。呂偉民選擇使用稀硫酸對秸稈進行了處理，在處理了兩分鐘之后，又選擇利用了綠色木霉纖維素酶進行水解。最后再通過畢赤酵母的作用，最終得到的乙醇生產率在原來的基礎之上大大提高，甚至高達86%，其濃度更是超過一般乙醇許多。

3.2 薯類制造乙醇 靳艷玲使用了新鮮的甘薯作為原材料制造乙醇，并且對影響乙醇發酵的一些因素做了相關探討，比如維生素、無機鹽、糖濃度等方面。通過探索最終得到了對于發酵培養基方面的最佳配方。她確認的最佳發酵促進劑是B，其濃度達到了每千克當中含有1.20g，使用這種促進劑就不再需要像傳統方式一樣添加其他東西，它的初糖濃度已經達到了每千克當中含有270g。在各方面的條件都保持在最好的狀態之時，經過二十八小時的時間，每千克當中可以生產出132.86g的乙醇，發酵率高達91.44%。李繼德選擇將木薯作為原材料，通過實驗他得出了以下結論：如果將風量控制到一定的程度，則粉塵的飛揚就會減少，相應的淀粉的損失也跟著減少；進行預煮之時溫度最好控制在五十五度左右，進行蒸煮的溫度則需要保持在一百三十五度左右。糊化時間要超過十八分鐘；糖化的溫度是58-60℃；使用酶的量是140-150U/g料，糖化時間需要40-50分鐘；對于干酵母的培養可以選擇使用兩級方式，將大小酒母進行分別培養，其中芽生率保持在22%左右，細胞的數量是1.2億/mL左右；發酵的頂溫需要保持在36℃左右。經過了50個小時左右的時間，制造出來的乙醇質量上佳，已經達到了國際標準，原料的出酒率高達36.02%。

3.3 甘蔗渣 和玉米、木薯等淀粉質原料制造燃料乙醇不同，甘蔗渣的成本較低，綜合利用的潛力也非常巨大。其中藍艷華對于甘蔗渣的使用做了具體研究，研究當中主要針對甘蔗渣的特點以及組成方面的問題。并且也提出了甘蔗渣的預處理辦法。通過研究她認為甘蔗渣作為原材料進行乙醇制造具有巨大的優勢。俞智明也對類似甘蔗渣的粗纖維進行燃料乙醇制造的方式，并且對于制造的四大工藝進行了詳細的分析。他認為使用甘蔗渣一類的粗纖維進行乙醇制造，不僅原料相當豐富，而且成品的用途十分廣泛。他的研究也為之后制造非糧乙醇奠定了基礎，尤其是針對使用低成本的原料進行制造這個方面。

4 秸稈制乙醇的關鍵技術的突破

首先在預處理技術之上，2002年美國Rogers教授進行了離子液體的研究，他提出當離子液體達到了100攝氏度左右之時，其就具有了溶解纖維素的能力，之后又出現了常溫下溶解纖維素的研究成果。其次是在水解之上，以Arkenol公司為代表，選擇使用了濃硫酸進行水解。此種水解工藝主要是通過利用兩級濃硫酸對生物質原料進行水解，進行水解之后就會得到酸糖混合液，再將這種混合液通過離子排斥法最終分成凈化糖液以及酸液。并且排斥得到酸液還能夠繼續進行回收利用。然后是發酵工藝，Brooks通過對酵母的篩選，最終選定Saccharomyce cerevisiae R-8酵母。此種酵母乙醇生產率已經高達40%，而且耐受性也達到了10%左右。但由于此種酵母對于溫度較為敏感，所以在耐受力方面的研究還需要進一步加強。

5 結語

綜上所述隨著我國面臨能源轉型這一個大的契機，我國的非糧材料制備燃料乙醇的發展前景將會十分的廣闊。但由于我國在這個方面的研究還并不是非常充分，還存在不少的問題，因此需要相關產業不斷的發現問題解決問題，提高非糧材料制備燃料乙醇的技術，優化工藝，突破現有的弱點和缺陷。而國家方面也需要為其提供一些政策之上的便利，科研方面也需要幫助相關產業進行突破，保障我國的非糧材料制備燃料乙醇不斷的進步和發展。

參考文獻：

篇6

1 丁醇性能的優缺點

丁醇可作為汽油的代用燃料.丁醇與其它普通醇類燃料如乙醇和甲醇相比,具有很多優點.丁醇的熱值大約是汽油的83%,乙醇和甲醇的熱值分別只有汽油的65%和48%,丁醇的熱值比乙醇要高30％左右,因此相同質量的丁醇可比乙醇多輸出約1／3的動力;丁醇的揮發性遠低于乙醇,只有乙醇的1／6左右,丁醇的吸濕性遠小于甲醇、乙醇和丙醇;這些低碳醇能與水完全互溶,而丁醇則具有適度的水溶性,丁醇的這一特性使它在純化階段降低了能源消耗;丁醇比乙醇的腐蝕性低,能夠利用現有管道運輸,同時由于比其它低碳醇具有相對較高的沸點和閃點,其安全性更高;此外,丁醇與汽油、柴油的互溶性較好,因此可以不必對現有的發動機結構作大的改動,而且可以使用體積分數幾乎為100％的丁醇燃料.



盡管作為發動機燃料丁醇比其它低碳醇具有更多的優勢,但將丁醇直接應用到發動機中仍然存在一些潛在的問題,例如:① 與發動機性能的匹配性.盡管丁醇與甲醇、乙醇相比具有更高的能量,但它的熱值仍然比傳統的汽油或柴油燃料低,因此,汽油或柴油發動機利用丁醇作為替代燃料需要增加燃油供給量.② 盡管甲醇、乙醇的密度比丁醇低,但它們較高的辛烷值允許發動機有更高的壓縮比和燃燒效率,較高的燃燒效率減少了溫室氣體的排放量.③ 丁醇比乙醇、甲醇的黏度高,這使得丁醇應用在柴油發動機中不會產生燃油泵內不足和潛在的磨損問題.然而將丁醇應用于火花點火式發動機(簡稱SI發動機)時,較高的黏度將產生潛在的沉積或腐蝕等問題.

2 丁醇生產的發展過程

2.1 丁醇生產的歷史

Wirtz在1852年發現正丁醇可以作為一種常規的燃料組成部分.十年之后,Pasteur于1862年通過試驗得出結論,丁醇是厭氧轉化乳酸和乳酸鈣的直接產物.1876—1910年,許多學者研究了丙酮-丁醇的生產方法和有關的溶劑［1］.

通過ABE(丙酮、丁醇、乙醇)發酵法工業生產丁醇和丙酮始于1912—1916年,這是已知最早的工業發酵法之一,在生產規模上排名第二,僅次于通過酵母發酵法生產乙醇的規模,而且它是已知的最大型的生物技術工藝流程［2-3］.在發酵過程中主要有三類典型的產物:① 溶劑(丙酮、丁醇、乙醇);② 有機酸(乙酸、乳酸、丁酸);③ 氣體(二氧化碳、氫).生物合成的丙酮、丁醇、乙醇共享相同的代謝途徑,即從葡萄糖到乙酰輔酶A(acetylCoA),但隨后的分支進入不同的途徑.通過發酵法生產的丁醇皆是生物丁醇,自從19世紀60年代通過ABE發酵法生產丁醇的產量持續下降,幾乎所有的丁醇都是通過石油化工方法生產的.發酵法生產丁醇的產量下降,主要是因為石油化工原料的價格比淀粉糖基如谷物、糖蜜的價格低,因此用石油燃料生產丁醇越來越受到歡迎,在這個階段ABE發酵法被使用得越來越少.

19世紀80年代,石油危機促進了生物燃料的發展.那時人們最關注的代用燃料是乙醇,人們雖然熟悉乙醇的生產,但并沒有認識到為了將乙醇與汽油混合,進行脫水這一非常消耗能源的步驟是必要的,同時也沒有認識到運輸乙醇-汽油燃料的困難性,因為乙醇-汽油燃料不能利用現有的管道運輸,任何濃度的乙醇-汽油燃料都會對橡膠密封產生腐蝕和損害.盡管乙醇是一種能量等級較低的醇類物質,而且具有腐蝕性、難于提純、易揮發、有爆炸危險性等缺點,但它較高的產量使得乙醇成為主要應用的生物燃料.過去的30年中,能源密集型的乙醇生產仍然不能滿足人們對燃料、能源、清潔空氣的需求.近年來,為了應對石油化工產品和污染治理成本的上升,且生產乙醇的技術、設備稍作調整就可以直接用于生產丁醇,因此,許多國家開始重新關注丁醇.

2.2 利用非糧食生物質提高丁醇生產能力

生物丁醇可通過發酵法利用淀粉或糖類制取,然而,由于成本高、產量相對較低、發酵時間長等原因,使得用ABE發酵法生產丁醇無法在工業規模上與采用合成法生產丁醇進行競爭.隨著人們對丁醇這一代用燃料越來越關注,許多公司紛紛研究新方法代替傳統ABE發酵法,從而使生物丁醇的生產可達到工業規模.基于生物化學轉換非糧食木質纖維素的第二代生物丁醇生產相比現有的能源密集型生物丁醇生產具有一些潛在優勢.

有研究表明,改良菌株具有更高的利用淀粉的能力,同時能在發酵培養液中積累較高濃度的丁醇(17～21 g•L-1)［2］.除了使用玉米,丙酮-丁醇生產還使用了液化玉米粉和玉米漿,60 g•L-1的液化玉米粉和玉米漿產生約26 g•L-1的溶劑.由于發酵酶作用物的成本對丁醇價格影響最大,利用其它可再生能源和經濟上可行的基材例如淀粉基包裝材料、玉米纖維水解物、大豆蜜糖、水果加工工業廢料等進行丁醇發酵,從這些替代性可再生資源中生產的溶劑總量為14.8~30.1 g•L-1［3］.在關于多糖的研究中,其焦點是纖維素和半纖維素,它們是地球上最豐富的可再生利用資源.大量糖類已用于生產丁醇,使用改良菌株進行分批發酵,可以提高丁醇的產量.

小麥麩是小麥制粉工業的副產品,主要包括半纖維素、淀粉和蛋白質.經稀硫酸水解的小麥麩皮水解產物中含有53.1 g•L-1的總還原糖、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］.一種工業酶作用物液化玉米淀粉(LCS)已經被成功用于ABE生產,分批發酵LCS(60 g•L-1)過程中產生18.4 g•L-1的ABE產品,與葡萄糖相當.如果向分批發酵反應器放入糖化的液化玉米淀粉(SLCS),通過氣體剝離重新獲得ABE,此法可以得到81.3 g•L-1的ABE［5］.

同時,隨著丁醇制備技術的不斷成熟,丁醇的生產成本也逐漸下降.美國ButylFuel公司的成果表明,使 用微生物發酵法可以由1 L玉米制備0.27 L丁醇,其成本僅為0.317美元•L-1,遠低于利用石油化工方法制備丁醇的成本1.350美元•L-1.而如果使用飼料等廢棄物代替玉米,此生產成本可進一步下降［6］.

3 丁醇作為生物燃料應用的進展

如前所述,丁醇和其它低碳醇相比具有許多優勢,并且大量新技術的使用也可提高丁醇的產量.另外許多因素都促進了生物燃料的發展,例如不確定的石油價格、溫室氣體排放、提高能源安全和能源多樣性的需要等.目前很多研究團隊已將丁醇作為一種替代生物燃料進行研究,將丁醇與汽油或柴油混合應用在發動機上，或應用在一些基本的燃燒反應器中.

3.1 丁醇的基礎燃燒試驗

在丁醇的基礎燃燒試驗中,研究人員測量了層流層的燃燒速度,同時還研究了在預混和燃燒或擴散燃燒中形成的中間物質.利用這些試驗數據開發了丁醇的化學反應動力學模型.這些預測模型可以提供對丁醇燃燒特性更好的理解,并可以解釋通過石油衍生原料和其它生物原料獲取的丁醇在燃燒特性方面的差異.Sarathy等［7］的試驗結果表明,丁醇的層流燃燒速度在當量比介于0.8和1.1之間時增加,相對應的最大燃燒速度為47.7 cm•s-1,隨后在達到較高的當量比時燃燒速度下降.

一個早期的關于靜態反應器的研究指出,丁醇的熱解是通過C3H7－CH2OH鍵的裂變開始的,產生了正丙基自由基和羥甲基自由基.羥甲基自由基進一步分解為甲醛和氫自由基,而正丙基自由基分解為乙烯和甲基自由基［8］.有學者研究了丁醇的燃燒速度,因為燃燒速度是決定傳播和穩定預混火焰的關鍵參數之一.Roberts使用火焰錐的陰影圖像測量了丁醇的燃燒速度,結果表明,丁醇的最大燃燒速度和正丙醇、異戊醇是類似的,約為46 cm•s-1［9］.

3.2 在可變操作參數單缸發動機（CFR發動機）中使用丁醇作為混合燃料的研究

Yacoub等［10］多次進行了關于應用直鏈醇C1－C5(甲醇-正戊醇)與汽油混合使用在CFR發動機上的研究,試驗條件為:空氣和燃料按化學計量比混合,轉速為1 000 r•min-1.對發動機的工作條件進行了優化,使混合燃料中氧的質量分數分別為2.5%和5.0%,相應丁醇的體積分數分別為11%和22%.研究結果表明:丁醇比無鉛汽油容易產生燃燒爆震,所有醇-汽油混合燃料的試驗均顯示CO排放減少,總的HC排放也減少.盡管如此,所有混合燃料與汽油相比未燃燒醇排放較高,醇含量越高未燃燒醇的含量也越高;所有混合燃料的醛排放較高,甲醛是主要成分;NOx排放可能增加也可能降低,取決于不同的操作條件.

Gautam等［11-12］在900 r•min-1、空氣和燃料為化學計量比的試驗條件下,使用6種醇-汽油混合燃料在 CFR發動機上進行試驗,每種混合燃料由體積比為9∶1的汽油和醇組成,混合用的醇包括甲醇、乙醇、丙醇、丁醇和戊醇.試驗結果表明,混合燃料中氧含量越高,抗爆震性能越高,火焰速度越快.在最大功率工況條件下,排放試驗結果表明,醇-汽油混合燃料比純汽油的排放明顯降低,CO排放降低16%~20%,CO2排放降低18%~23%,NOx排放降低5%~11%,總的HC排放降低17%~23%.這是因為混合燃料有更好的抗爆震性能,允許更高的壓縮比,從而提高發動機的輸出能量.醇-汽油混合燃料與純汽油相比,循環燃料消耗量高3%~5%,但比油耗低15%~19% .

Szwaja等［13］在一臺單缸CFR發動機上通過改變點火提前角研究了丁醇的燃燒特性,丁醇的體積分數為0%~100%,壓縮比為8~10,轉速為900 r•min-1,空氣和燃料為化學計量比.試驗結果表明,最高峰值壓力隨丁醇體積分數的增加而提高.因此,混合燃料最佳點火正時應延遲.通過試驗,研究人員從燃燒、能量密度以及理化性能等角度證明了丁醇可代替汽油作為純燃料或燃料混合物.

3.3 在SI發動機中使用丁醇作為混合燃料的研究

目前關于SI發動機中使用丁醇的研究非常廣泛,但關于丁醇-汽油混合燃料燃燒和丁醇燃料發動機的研究還很少.幾乎所有關于丁醇-汽油混合燃料的研究都集中在不同運行工況下對發動機的性能評價、燃料消耗量和排放物方面.研究表明,與純汽油相比,在保證發動機性能不變的條件下,向汽油中添加體積為20%~40%的丁醇能使發動機在更稀的混合氣狀態下工作.丁醇體積分數為20%~40%的丁醇-汽油混合燃料未燃HC排放與無鉛汽油類似,但隨著丁醇體積分數的增加,未燃HC排放也會增加.丁醇體積分數為20%的丁醇-汽油混合燃料與純汽油相比,NOx排放物降低到較低的水平.隨著丁醇體積分數的提高,燃油消耗率輕微增加,這與混合燃料的熱值下降有關.例如,丁醇體積分數為40%的丁醇-汽油混合燃料比汽油的熱值低10%,燃油消耗率增加10%［14］.

研究人員研究了基于不同混合比的丁醇-汽油混合燃料的汽油發動機的性能,結果顯示:丁醇是一種非常有前景的代用燃料,在節能方面具有很大的潛力;丁醇可降低14%的制動燃油消耗率并減少排放［15］.

Dernotte等［15］研究了丁醇-汽油混合燃料的燃燒和排放特性,結果表明,BU40(丁醇體積分數為40%)的HC排放達到最低值,除了BU80(丁醇體積分數為80%),NOx排放沒有明顯變化.通過指示平均有效壓力(IMEP)的變化發現加入正丁醇提高了燃燒的穩定性,同時減少了點火延遲.

Wallner等［16］用一臺四缸直噴SI發動機研究了純汽油、E10(乙醇體積分數為10%的乙醇汽油)和BU10(丁醇體積分數為10%)的燃燒和排放性能,發動機轉速從1 000~4 000 r•min-1,負載從0 Nm升至150 Nm.結果顯示,BU10燃燒速度比E10和純汽油的高,三種燃料的燃燒穩定性沒有明顯不同,在發動機整個工作范圍內IMEP小于3%.相比于E10,BU10和純汽油在高負載時更容易爆震.相比于純汽油,BU10的油耗大約增加3.4%,E10的油耗大約增加4.2%,而三種燃料的制動熱效率非常類似.在純汽油和兩種混合燃料之間,CO和HC排放沒有顯著的差異,NOx排放BU10最低.由于丁醇的辛烷值低,在高負載的條件下需要推遲點火時間.根據試驗結果,BU10代替E10能夠改善燃油經濟性并且保證排放性和燃燒穩定性不下降.

目前國外關于丁醇的研究熱點之一是丁醇的低溫燃燒特性.Oliver等［17］給出了丁醇兩種同分異構體在低溫(550~700 K)條件下的燃燒氧化反 應路徑.Subram［18］通過試驗和仿真給出了正丁醇在750~850 K下詳細化學反應動力學機理,幾乎100%的燃料消耗是通過脫氫反應完成的,其中62%的原始燃料轉化成乙醛等物質,其它38%轉化成C3H7CHO等物質.

4 結 論 

丁醇、丁醇-汽油混合燃料的燃燒持續期與汽油相當,混合燃料與汽油相比減少了點火延遲.當使用正丁醇-汽油混合燃料時,由于燃燒加快,為了獲得最大輸出轉矩,需要延遲火花點火正時.通過測算IMEP,正丁醇、正丁醇-汽油混合燃料的燃燒穩定性并沒有明顯變化.

截至目前,研究使用的發動機有CFR發動機、光學引擎發動機、單缸或多缸發動機.其中一些發動機使用了渦輪增壓、可變氣門、直噴等先進技術.從現有的研究中可以總結如下:

(1) 丁醇在混合燃料中體積分數小于20%時,不需要調整發動機就可以獲得和汽油燃料相同的發動機功率;當丁醇體積分數達到30%時,發動機最大功率開始下降;隨著丁醇體積分數的增加,燃料消耗量增加。這是由于和汽油相比,混合燃料的能量密度降低.丁醇-汽油混合燃料和乙醇-汽油混合燃料相比熱值高,試驗中燃料消耗量低.

(2) CO、HC、NOx排放的減少或增加取決于具體的發動機(如點噴或直噴)、操作條件、丁醇-汽油的混合比等.混合燃料與純汽油相比,未燃燒醇的排放增加,而且丁醇的占比越高,未燃燒醇的排放越高.混合燃料的排放物中醛類物質較高,其中甲醛是主要成份.和乙醇、醇汽油相比,隨著丁醇體積分數的增加,苯類物質排放增加,因此直噴點燃式發動機燃燒丁醇-汽油混合燃料會排放較多的碳煙.

參考文獻:

［1］ VOLESKY B,SZCZESNY T.Bacterial conversion of pentose sugars to acetone and butanol［J］.Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology,1983,27:101-108.

［2］ 陳麗杰,辛程勛,鄧攀,等.丙酮丁醇梭菌發酵菊芋汁生產丁醇［J］.生物工程學報,2010,26(7):991-996.

［3］ EZEJI T C,QURESHI N,BLASCHEK H P.Butanol fermentation research:upstream and downstream manipulations［J］.The Chemical Record,2004,4(5):305-314.

［4］ LIU Z Y,YING Y,LI F L,et al.Butanol production by Clostridium beijerinckii ATCC 55025 from wheat bran［J］.Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology,2010,37(5):495-501.

［5］ EZEJI T C,QYRESSHI N,BLASCHEK H P.Production of acetone butanol (AB) from liquefied corn starch,a commercial substrate,using Clostridium beijerinckii coupled with product recovery by gas stripping［J］.Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology,2007,34(12):771-777.

［6］ 曾現軍,鄧建,孔華,等.丁醇作為車用替代燃料的研究進展［J］.小型內燃機與摩托車,2012,41(1):76-80.

篇7

中圖分類號：U664文獻標識碼： A

1、前言

城市化、工業化進程的加速，對環境的影響日益嚴重，城市水環境的保護比以往顯得更加重要，大量城市污水處理廠的出現，有效緩解了水環境的壓力，但同時也帶來了污水處理廠污泥如何處理的問題。污泥由多種微生物形成的菌膠團及有機物、重金屬和鹽類及寄生蟲卵等組成，處理不好，易造成二次污染。不妥善解決污泥的出路問題，會影響到污水處理廠的正常運行。因此應根據各地的實際情況，綜合利用污泥處理技術，找出適合的處理方式，就此，談一點自己的看法。

2、污水處理廠污泥處理的現狀和面臨的問題

2.1處理現狀

以南京為例，城區目前已投入運行的大型污水處理廠共有4座，污水處理能力約100萬噸，每天產生的含水率80%的脫水后污泥達數百噸，目前的方式為脫水后外運摻燒發電、填埋、堆肥等。

其中焚燒發電約占50%，污泥脫水后運送至電廠與煤按一定比例進行混合，后進入焚燒爐燃燒產生熱量用于發電；其它的用于填埋和堆肥，污泥脫水后利用廢礦坑進行填埋，或經過堆肥工藝制成肥料。

2.2面臨問題

根據《城鎮污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術政策》的相關要求，污泥處理技術總的目標是實現“四化”，既“穩定化、減量化、無害化、資源化”，目前南京在污泥處理方面還存在著問題，主要表現在以下幾方面：

2.2.1處理方式比較單一，缺乏深度處理工藝

現各廠污泥處理工藝基本為機械脫水工藝，既將剩余污泥加高分子絮凝劑（聚丙烯酰胺）后直接脫水后，脫水后污泥含水率達80%左右，運輸的大部分是水，造成運力浪費；且運輸途中，撒漏在所難免，對沿途環境影響很大，不符合減量化的要求。其次是污泥中有機物含量高，易分解有惡臭，黏性大，不符合穩定化的要求。

2.2.2污泥處理處理運營單位缺乏有效的監管

根據水染污防治法，污水處理過程中產生的污泥也應當被有效處理，參與脫水后污泥的焚燒、堆肥、運輸等相關處理的單位，均被定義為污水處理設施運營單位，應有相關資質和執行標準，與目前的實際情況相比，各相關處理單位大多處于起步階段，有的還不是主營業務，與要求比有一定差距的。另外對這些污泥處理運營單位的監管方面，相關制度和政策還不是很明了。

2.2.3污泥處理處理經費和政策的支持

污泥的性質決定了污泥的處理是一個比較復雜的問題，要真正實現污泥處理的無害化和資源化，單獨依靠污水處理廠自身是完成不了的，必須實現污泥深度處理的產業化工作。

要實現產業化首先要保證有充足的污泥處理資金，污泥處理費用應當在污水處理費中占一定的比例。其次是要有相應的推行污泥資源化的政策，才能有效促進產業健康發展。

3 污泥的資源化利用

3.1 污泥堆肥

污泥中含有大量的植物所需的養分，其含量高于農家肥，但是污泥中也含有有害成分，重金屬離子易在土壤和植物體內積累，因此在土地利用之前，必須對污泥進行穩定化。堆肥化處理是采用較多的一種方法。

堆肥化是利用微生物的作用，將不穩定的有機質降解和轉化成穩定的有機質，并使揮發性有機質含量降低，減少臭氣；通過堆肥化，污泥的物理性狀明顯改善（如含水率降低，呈疏松、分散、粒狀），便于貯存、運輸和使用；高溫堆肥還可以殺滅病原菌、蟲卵和草籽，使產物更適合作為土壤改良劑和植物營養源。

3.2 污泥燃料化

污泥燃料化方法目前有兩種，一種是污泥能量回收系統（HERS法，Hyperion Energy Recovery System），另一種是污泥燃料化法（SF法，Sludge Fue1）。HERS法即利用污泥消化制沼氣，將污泥進行厭氧消化，其中的有機物經厭氧細菌分解產生以甲烷為主的可燃性氣體，經脫硫后即可用作發電燃料。SF法即污泥低溫熱解制燃料油，是將未消化的混合污泥經機械脫水后，加入重油，調制成流動性漿液進行多效蒸發，污泥有機質在加熱條件下部分熱裂解，產生衍生燃料。污泥燃料燃燒產生蒸汽還可作污泥干燥的熱源和發電，回收能量。

污泥燃料化技術是一種適合處理所有污泥，又能利用污泥中有效成分，實現污泥減量化、無害化、穩定化和資源化的污泥處理技術，是當前污泥處理技術研究開發的方向。

3.3 剩余污泥制可降解塑料

1974年有人從活性污泥中提取到一類可完成生物降解、具有良好加工性能和廣闊應用前景的新型熱塑材料PHA，為利用活性污泥生產PHA奠定了基礎。研究表明：活性污泥經過相關的培養后，可大幅度增加其中含有的可降解塑料。因此，利用剩余污泥制備可降解塑料可有效地解決化學合成塑料所造成的“白色污染”， 既讓廢物得到了利用又避免了對環境的二次污染，對環境保護及可持續發展作出了一定的貢獻，創造了良好的環境效益和經濟效益。

3.4 污泥的建材利用

污泥中的無機物主要由硅、鐵、鋁和鈣等構成，含量約為20%-30%。因此即使采用傳統的污泥焚燒工藝大幅度地實現污泥減量，但仍有較多以焚燒灰形式存在的無機物需做填埋處置。而污泥的建材利用可充分利用污泥中的有機物和無機物，實現污泥資源化。

污泥的建材利用主要有：制輕質陶粒、生產水泥、制熔融材料及熔融微晶玻璃等。污泥制輕質陶粒，是直接以脫水污泥為原料，將粉末狀物料加熱到熔點以上，使一部分物料變成液相，冷卻后成為有相當強度的固體，燒結后物料相互之間往往產生化學結合，但大多是形成新的玻璃體或晶體。污泥中含有較多的灰分，其中的鋁、鐵成份是混凝法處理廢水時形成的，可作為建筑材料添加劑。將污泥烘干研磨后，按照一定的質量比添加石灰并混合均勻，控制好溫度條件和焚燒時間可制得水泥[9]。

污泥制輕質陶粒可用作混凝土的骨料、路基材料或花卉覆蓋材料，也可作為污水廠生物濾池的濾料，微生物掛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襯墊材料；污泥制微晶玻璃的外觀、強度、耐熱性優良，可應用于建筑內外的裝飾材料；污泥生產水泥可用于素混凝土，地基的增強固化材料，以及用作道路鋪裝混凝土，大壩混凝土，重力式擋土墻，水泥竹纖維板等。

4、污泥處理方法的選用

一種有效的污泥處理方法，應當兼顧到環境生態效益、社會效益和經濟效益，污泥的處理方法多種多樣，各有優缺點，選用什么樣的方法不但與當地的自然條件及經濟社會發展水平有關外，還與污水處理工藝、污水來源等有很大關系。應根據污水處理廠的具體情況進行區別對待，統籌安排。

例如對于污水收集范圍內無工業污染源以生活污水為主，污泥量較少的廠，完全可以考慮采取土地利用的方式，制成復合肥料后作為再生資源有效利用。

進廠污水既有工業污水又有生活污水的，如果污泥中有機物含量較高的，仍可以考慮采取土地利用的方式，作為再生林地和市政綠化的肥料利用，不易造成食物鏈的污染，也可成為污泥土地利用的有效方式。

如果污泥中重金屬等污染較重，不符合農用污泥標準的污泥，需考慮采取焚燒的方法處理，以徹底消除二次污染。

對于城市有垃圾發電項目的，可考慮將污泥加入穩定劑后采用新技術脫水機將今水率降低至60%以下，作為覆蓋土填埋入垃圾場，可有效利用其中含有的有機成份，產生沼氣后用于發電，可低成本實現資源化目標。

5、結語

“十二五”期間，節能減排工作的標準進一步提高，城市污水處理廠污泥的處理工作得到重視，做好污泥的深度處理工作十分重要，需要創新思路，充分參考國內外情況，結合自身實際情況，找出一條適合的技術路線，實現污泥處理的 “減量化、無害化、資源化“的目標。

篇8

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.05.025

目前，中國中小城市供暖主要以小型熱水鍋爐為主，這就帶來了突出的環境問題。每年冬季大量工業鍋爐運行供暖時，城市陰霾天氣逐漸增多，空氣中含有大量可吸入顆粒物，這些顆粒物中攜帶大量的病菌進入人體肺中，嚴重影響的居民的身體健康。

通過對多臺小型工業鍋爐測試對比，了解工業鍋爐的優缺點，以便對節能減排提出建議。

1 目前工業鍋爐面臨問題

在本市選取七臺不同型號及容量的工業鍋爐測試，，發現這七臺鍋爐普遍存在鍋爐燃燒效率較低，排煙溫度較高，過量空氣系數較大等問題，測試工況如表1。由表1中看以看出排煙溫度較高或過量空氣系數較大的鍋爐，其鍋爐燃燒效率較低，進而經濟效益較差。

1.1 鍋爐燃燒效率低

本次測試的七臺鍋爐燃燒效率整體較低，最低的為71.36%，最高的鍋爐燃燒效率僅僅為85.43%，由于燃燒效率較低，增加了鍋爐的固體未完全燃燒損失，大量的焦炭未完全燃燒隨煙氣進入除塵設備，危害如下：第一，燃料消耗量增大，增加燃料成本；第二由于煙氣中攜帶的顆粒增加，加重了除塵器的工作負荷，除塵器用電及磨損等增加；第三，由于除塵器不能對煙氣中的顆粒進行有效脫出，使得排放的煙氣顆粒粒數增加，污染大氣環境；第四，由于用電量增加，耗煤量加大，直接導致經濟效益下降。

1.2 鍋爐排煙溫度較高

部分測試鍋爐排煙溫度過高，最高達到222.9℃，增加了鍋爐排煙損失，當排煙溫度每增加10℃，鍋爐熱損失增加大約0.5-0.8%，由此可見，鍋爐排煙溫度過高直接導致鍋爐熱效率降低。

1.3 鍋爐過量空氣系數較大

測試鍋爐過量空氣系數較大，一般工業鍋爐過量空氣系數在1.4稍大一點即可，本次測試鍋爐過量空氣系數最大達到3.01，由于風速較快，大量漂浮的焦炭顆粒在爐膛中未充分燃燒便進入煙道，加大了固體未完全燃燒損失，由于過量空氣系數過大，增大了鍋爐風機的耗電量，導致鍋爐經濟效益降低。

2 改進措施

針對本次測試鍋爐燃燒效率較低、過量空氣系數較高、排煙溫度較高的問題提出改進建議：

2.1 過量空氣系數適當降低

一般工業鍋爐在1.4，由于每個鍋爐爐內結構不盡相同，可根據實際運行工況自行調節過量空氣系數，使焦炭在鍋爐內有充分的燃盡時間。另外可以適當設置二次風，使得焦炭有充足的氧氣完全燃燒，減小固體不完全損失。

2.2 適當降低鍋爐排煙溫度

排煙溫度在鍋爐熱損失中占比例較大，因而必須將鍋爐損失降至最低，一方面要達到露點以上以防止腐蝕，另一方面要求排煙溫度不能太高。

2.3 提高鍋爐燃燒效率

要求爐內配風均勻，以免形成死角造成煤炭燃燒不完全。由于本次測試鍋爐全部為鏈條爐，故鏈條移動速度要控制在合理范圍內，使得爐排上煤炭有充足的時間完全燃燒，而又不能時間太長以免造成爐排浪費。另外，盡量提高煤種品質，使用含揮發分較高的煤種，減少燃盡時間，減少固體未完全燃燒損失。

3 結束語

總之，鍋爐熱效率是衡量鍋爐能量利用的經濟性和技術水平的一項重要指標。工業鍋爐已經可以向燃油燃氣鍋爐、水煤漿鍋爐、生物質燃料鍋爐等方向發展。國內仍需大力發展工I鍋爐高效燃燒和煙氣除塵、脫硫一體化等技術，想要鍋爐達到最佳的運行方式，就需要找出影響鍋爐熱效率的關鍵因素，有針對性的整改，才能提高鍋爐運行的經濟性。

參考文獻：

篇9

1 概述

我國具有豐富的生物質資源，不但數量巨大，而且分布廣泛，絕大部分沒有被合理應用，造成資源的極大浪費，生物質電廠投產后，一則合理的利用了秸稈的熱值，節約了資源，二則創造了經濟價值。本文結合某生物質電廠秸稈倉庫的情況對其消防進行探討。

根據電廠對燃料的要求，本工程建有1座秸稈倉庫，平面尺寸為145m×45m，室內最大凈空高度13m，堆高6.5m，燃料最大堆料容積為50000m3，倉庫為封閉式鋼架結構。

廠區消防采用獨立的消防給水系統，平時由消防穩壓給水設備維持管網壓力。電廠設有完善的消防系統，消防由城市消防大隊承擔，電廠內部設有業余消防隊。

2 設計依據

由于目前沒有針對秸稈倉庫的相關規范，因此本秸稈倉庫的消防主要依據《小型火力發電廠設計規范》（GB50049-2011，以下簡稱“小火規”）、《火力發電廠與變電站設計防火規范》（GB50229-2006，以下簡稱“火規”）、《建筑設計防火規范》（GB50016-2006，以下簡稱“建規”）、《自動噴水滅火系統設計規范》（GB50084-2001，2005年版，以下簡稱“噴規”）及《固定消防炮滅火系統設計規范》（GB50338-2003，以下簡稱“炮規”）。

3 消防系統設計

3.1 倉庫火災特點

秸稈倉庫作為電廠的主要燃料堆置地，具有以下特點：

a.秸稈質地疏松，揮發分高，燃點低，易于自燃，一旦著火，燃燒速度快，蔓延迅速，輻射熱強，難以撲救，火勢很難控制。

b.空間大，初期火災探測難度大，一旦探測到火災，可能已經迅速蔓延。

c.堆垛高度較高，堆積密度較大，一旦燃燒火勢兇猛，給人工滅火帶來困難。

綜合以往秸稈堆垛的火災案例分析，秸稈堆垛發生火災的原因主要有以下幾類：違章吸煙、自燃、外來火源、原料內夾有火種及電氣原因等引起火災。因此，秸稈倉庫除了要滿足一般火力發電廠的防火要求外，還應特別注重原料儲存及堆放的防火。

3.2 倉庫消防系統選擇

根據秸稈倉庫的規格及特點，對多種消防滅火方案進行比較，見表1。

表1 秸稈倉庫幾種滅火措施的比較

消防設計方案 優缺點 適用條件

室內外消火栓系統 系統簡單，受倉庫內堆垛影響不能主動有效滅火，滅火可靠性低，不能有效解決秸稈倉庫的滅火問題 不適用

自動噴水滅火系統 系統復雜，必須采取相應技術措施控制秸稈倉庫最大凈空高度≤12m，解決大空間集熱、聚熱問題，但采用這些技術措施會增加工程投入或減少秸稈倉庫的單位庫房面積的庫存量 凈空高度≤12m

大空間大流量智能型主動噴水滅火系統 系統復雜，能早期自動探測火災，自動滅火，定點滅火，滅火可靠性高，需要大流量噴頭多，智能型感煙探測組件多，工程造價高 適用

自動消防炮智能型主動噴水滅火系統 系統比較簡單，消防炮能替代自動噴水滅火系統，能早期自動探測火災，自動或手動滅火，遠程定點撲滅火災，滅火可靠性高，消防炮數量少，智能型感煙探測組件少，工程造價低 適用

經以上比較，筆者認為秸稈倉庫采用自動消防炮智能型主動噴水滅火系統更為合理。

3.3 自動消防炮智能型主動噴水滅火系統簡介

自動消防炮智能型主動噴水滅火系統是一套自動尋的定位的噴水滅火系統，由火災探測報警裝置、自動滅火裝置、TV可視監控系統、供水水源及供水管路等組成，該系統具有自動控制、控制室遠程控制及現場應急手動控制三種控制方式，控制方式靈活。

該系統通過火災探測裝置探知火災發生時產生的大量紅外線，并將其轉化為電信號，向控制系統發出報警信號，控制系統驅動消防水炮，快速準確的對準火源進行噴水滅火，同時啟動消防泵，實現自動噴水滅火。

本系統最大的特點是，探測系統組件能夠對火災的不同階段，如陰燃、生焰、烈焰、劇燃等各個階段均進行分波段的可靠探測，能有效的將火災控制在陰燃階段，大大提高了滅火的安全性、可靠性及有效性。

3.4 秸稈倉庫消防系統設計

圖1 秸稈倉庫消防水炮布置

本倉庫平面尺寸為140m×45m，室內最大凈空高度13m，堆高6.5m，最大堆料容積為5000 m3，火災危險性類別為丙類，建筑物耐火等級為二級。根據“炮規”5.5.4規定，本倉庫用水量消按2門水炮的水射流同時到達防護區內任一部位的要求計算，且用水量不少于60L/s，水炮布置高度應保證其射流不受阻擋。因此，本倉庫選用流量為30 L/s的消防水炮。本倉庫的消防炮布置采用吊裝形式安裝，滿足每門水炮的最大服務范圍，以使保護區域內無一盲點。

圖1為本倉庫消防炮布置圖，水炮型號為ZDM S0.8/30 SYA，共設置4門水炮，額定工作壓力為0.8MPa，額定流量為30 L/s，額定工作壓力下的射程為65m，水平旋轉角度為±180°，垂直旋轉角度為-90°～+30°，安裝高度為12.3m。

消防炮布置時要充分考慮建筑物形狀、原料的堆垛高度、消防水炮工作壓力、流量、射流曲線、噴射角、消防水炮布置高度等因素，同時還應結合工程實際情況綜合考慮。

4 小結

針對秸稈倉庫的特點，從有效、可靠、安全、經濟等方面綜合考慮，秸稈倉庫消防應考慮設置自動消防炮智能型主動噴水滅火系統。該系統既具有傳統閉式自動噴水滅火系統的自動探測火源和自動滅火的特點，又克服了閉式噴頭在大空間場所感溫困難的缺點，尤其適用于空間高度高、容積大、傳統閉式自動噴水滅火系統不適用的場所。

由于國內目前尚沒有大型秸稈倉庫的設計規范，倉庫的火災危險性定性，滅火方式還應取得當地消防部門的認可。

參考文獻：

[1] GB50016-2006，建筑設計防火規范 [ S ]

[2] GB50229-2006，火力發電廠與變電站設計防火規范 [ S ]

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向綠色能源經濟的轉型需要更大的動力和對經濟結構的徹底轉變。盡管在一些領域有了進展，現有的政策和戰略仍然不足以解決綠色能源經濟面臨的世界性問題。這些問題說明人類社會產生了過多無用的綠色能源政策和低碳科技，但同時也加強了我們對綠色能源經濟轉變相關政策的效果、用途、復雜性的理解。

總的來說，我們需要更強的領導力、更積極的政治環境、縝密的評估、有效的多層管理、國內國外合作、經濟與能源系統整合等來應對向綠色能源經濟轉型遇到的眾多難題。本文研究的目的是總結綠色能源技術的最新進展，為國家綠色能源經濟和可持續發展轉型提供最新的技術支持。

2納米技術在能量儲存方面的應用

能量儲存無疑是21世紀最大的挑戰之一。為了應對現代社會的需要和日益突出的生態問題，對于新型的、低廉的、環保的能量轉換和儲存設備需求緊迫，促使了這個領域研究發展迅速。這些設備的性能與其本身使用材料的性質密切相關。而近幾年，納米結構的材料因其非同尋常的機械、電學、光學性質而備受矚目。認識到納米材料在能量轉換和儲存中的優缺點，以及如何控制它們的性質和合成同樣至關重要。鋰離子電池是當今材料電化學的一大成功。然而，依靠現有的電極和電解質材料，電池的性能已經達到極限。為了突破這個極限，其中一條可行的思路就是運用納米材料。

使用納米級的傳統陰極材料有很多缺點，但是陰極依然有進步的空間。一種有關硅納米柱的方法已經在陰極材料中運用；另一種由五氧化二釩或者LiMn2O4形成的微纖維納米結構也有上述硅材料的優點：兼顧體積改變并允許高的反應速度。再者，二級納米陽極材料與二級納米陰極材料的研究工作也在同時進行。傳統觀念認為，為了使可充電鋰離子電池中可以快速而可逆地充上電，必須在電極上使用嵌入化合物，并且嵌入過程必須是單相的。但是現在出現了很多反例：即使反應中有相轉變，鋰離子的嵌入反應仍然很快。除此之外，LiFePO4的例子也表明了納米電極材料的優勢。納米結構擴展了陰極材料的范圍。

鋰離子電池的進步也同樣依賴于電解質的發展。固體聚合物電解質是目前最有前景的材料，因為它們生產過程簡單、形狀和大小可控、能量密度高，并且可以實現電池全固態。然而其在室溫下很低的離子電導性依然是技術的瓶頸。晶化的聚合物電解質以前被認為是絕緣體，但是最近的研究表明有些復合物有顯著增加的導電性。現有材料的電導性還不足以達到實際應用的水平，但是這些材料為進一步的提高開拓了新思路。

總的來說，把材料從正常大小變為納米級會顯著改變它們的性質，自然也就會改變它們作為能量儲存和轉換設備材料的性能。有時唯一的影響就是簡單改變粒子大小而產生；而對于具有特殊結構的納米材料，情況可能更為復雜。由粒子更小引起的空間限制和表面積改變會影響材料的很多性質，這使我們更迫切地需要發展新的理論或者改進現有體相材料的理論。這是材料化學和表面科學的交叉學科，這兩個學科對于研究納米材料都很重要。

3高效太陽能電池的商業化前景

利用太陽能來生產電能是解決世界能源問題最好的辦法之一。然而，為了與傳統能源競爭，太陽能電池本身必須足夠可靠和價格相對低廉。有幾種類型的太陽能電池被廣泛研究，包括晶圓、薄膜、有機太陽能電池，并在太陽能電池的可靠性、成本效益方面取得了巨大成功。成本效益可以理解為更少的材料和更高的轉化效率。

圖12014年光伏產業各材料占比情況

在光伏產業中，薄膜電池公司發展迅速；2001～2009年，100家公司進入了此領域，能量產值從14MW上升到2141MW。在長期發展中，如果薄膜光伏技術的效率和可靠性夠高，它被預測會超過晶體硅技術。然而與之相對的情況是，投資者擔心晶體硅的發展會壓制薄膜技術（如圖1所示）。薄膜技術在2009年開始衰落，因為它比晶體硅更貴，效率和可靠性更低。在其市場占額減小的情況下，一個不爭的事實是：目前薄膜技術沒有成功替代晶體硅，但是它在炎熱的陽光地帶仍然有很大的優勢。具有更好溫度系數和合適轉化效率的薄膜電池在一些極端環境下確實好于晶體硅電池。

4生物能和廢物處理系統

由于全球性的污染和人為活動，水在某些地區非常稀缺。對清潔水源的需求和人們對環境的重視導致了循環水的使用量增加。因此，混合廢水處理系統等先進有效的處理技術在近些年得到了廣泛關注。由于對全球的環境和能源問題的持續關注，可持續和環保的新型廢水處理技術都得到了發展。因此，很多機構的工作重心都放在了研究高效節能的混合處理系統上。某些先進的混合技術，例如微生物燃料電池，甚至可以從廢水中生產能量。

一個混合能源系統通常有兩個或兩個以上的能量源一起使用來節省燃料和提高系統效率。而在混合廢水處理系統中，大多數可以被概括為兩種或兩種以上單元的組合：生物處理單元、化學處理單元、物理處理單元。選擇何種混合系統取決于廢水中的成分。生物處理經常用于清除有機物、氮化物和磷化物；物理處理通常用于除去懸浮物一類的物質；化學處理一般處理金屬離子。大多數廢水含有多種物質，因此需要用混合系統來徹底的凈化。

（1）物理-生物混合系統可以在含有懸浮物、油污、有機和無機雜質的廢水中運用。最常見的例子包括膜生物反應器（MBR）：一種結合生物降解法和膜過濾法的反應器。這種反應器可以降低化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氨氮含量（NH3-N）。MBR的優勢有：可以處理有機物含量大的廢水，提高凈水效率，延長固體停留時間使硝化反應更完全。

（2）物理-化學混合系統用于富含懸浮物、油污、渾濁、有害離子的污水中。常見的物理-化學混合系統包括：

1）化學凝聚和沉降——用藥品來使廢水中的微小顆粒凝聚為大顆粒，然后用物理方法除去。

2）吸附——大比表面積的活性炭可以吸附很多物質。例如，吸附-絮凝-溶氣氣浮混合法可以除去水中大部分的油污。

3）臭氧化——種常見的用臭氧來殺菌和氧化有機物的方法。例如，將臭氧化-吸附混合系統加入自養除氮步驟中可以顯著提高除氮效率。

4）混合除鹽法——它將可逆電滲析（RED）和可逆滲透法（RO）結合在一起。在除鹽過程中，RED利用鹽濃度梯度發電，兩者的結合可以大大減少能量消耗。

（3）化學-生物系統通常用于除去氮、磷、難處理的毒性有機物等。帶有氧化功能的混合系統可以在短時間內降低廢水毒性，并且增加其生物可降解性。而微生物燃料電池可以把有機廢物轉化為電能，在處理系統中使用它可以增加凈水效率并降低處理成本。

（4）當廢水中的污染物種類很多時，就要用到物理-化學-生物混合系統。例如，薄膜-絮凝-吸附-生物反應器（MCABR）可以有效除去有機物。其中有四種機理：膜過濾、微生物降解、聚氯化鋁沉降、活性炭吸附。

5結語

總的來說，綠色能源技術已經得到長足發展，但仍有很大提高空間。固氧燃料電池是一種較成熟的能源轉換技術，其轉換效率比熱機高并且污染小。出于對成本和運行環境的考慮，某些情況下的固氧燃料電池需要相對低的運行溫度。在不懈的研究工作下，某些電池的運行溫度已經可以達到600℃以下，而且通過改進加工工藝和研究新的電解質材料可以進一步降低運行溫度，從而達到400℃～500℃的更低溫。未來幾年內，低溫固氧燃料電池及其材料仍會備受矚目，并且其商業化的趨勢會更顯著。

除了能量轉換，研究低廉環保的能量儲存裝置也是綠色能源的一大重點。鋰離子電池是一大成功，然而為了突破現有性能的瓶頸，人們開始關注納米材料。納米材料具有非同尋常的性質，它在某些情況下被證明可以提高電池性能，而且擴展了可用材料的范圍。然而人們對納米反應動力學機理的了解還是很少，這個領域仍然有很多工作要做。為了實現更大的發展，我們需要發展新的材料和反應理論。

從長遠來看，解決能源危機的最好方案之一是使用太陽能。對于薄膜太陽能電池，其中的CIGS和碲化鎘電池都已經達到了很好的轉化效率，然而相關元素低產量仍然限制了大規模商業化。有關新型薄膜光伏電池的研究也在進行中。盡管薄膜太陽能電池可能在市場配額上可能無法超過晶體硅電池，但是在特殊環境下薄膜太陽能電池有著無與倫比的優勢。