導(dǎo)言：作為寫(xiě)作愛(ài)好者，不可錯(cuò)過(guò)為您精心挑選的10篇生物燃料的優(yōu)缺點(diǎn)，它們將為您的寫(xiě)作提供全新的視角，我們衷心期待您的閱讀，并希望這些內(nèi)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(xué)方法存在很大的弊端「，〕，教師直接向?qū)W生傳遞教學(xué)信息不僅難以把控學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，而且不利于學(xué)生綜合能力的提高。在生物質(zhì)化工課程的教學(xué)過(guò)程中，教師的主要工作是對(duì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理，對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行組織，對(duì)教學(xué)的難點(diǎn)重點(diǎn)進(jìn)行解答，總體上扮演一個(gè)管理者的角色;學(xué)生才是教學(xué)過(guò)程的主體，是教學(xué)活動(dòng)的積極參與者和知識(shí)的主動(dòng)建構(gòu)者。讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程是一個(gè)學(xué)生要求學(xué)習(xí)、教師進(jìn)行指導(dǎo)的主動(dòng)學(xué)習(xí)的過(guò)程，而不是教師傳授、學(xué)生被動(dòng)接受的過(guò)程。    在第一輪教學(xué)活動(dòng)結(jié)束后的評(píng)教環(huán)節(jié)中，一位學(xué)生提出:“老師在上課時(shí)沒(méi)有給出標(biāo)準(zhǔn)答案”，實(shí)際上，作為大學(xué)生的學(xué)習(xí)已經(jīng)不能拘泥于教師給出的標(biāo)準(zhǔn)答案了，在生物質(zhì)化工課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中，由于加人了一些當(dāng)前關(guān)注的科研課題，課題本身也沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)答案。課堂討論的主要目的是引導(dǎo)學(xué)生去思考問(wèn)題，而“標(biāo)準(zhǔn)答案”是需要學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷地思考，甚至有可能將來(lái)投身到科學(xué)研究中去探索的。

1. 2“授之以漁”而非“授之以魚(yú)”   

 建立起系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)體系，是大學(xué)生學(xué)習(xí)的一個(gè)重要任務(wù)。為了使學(xué)生能夠更好地構(gòu)建自己的知識(shí)體系，必須幫助學(xué)生培養(yǎng)適合自己的學(xué)習(xí)方法，即“授之以漁”。在教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)不同的技術(shù)進(jìn)行縱向和橫向的對(duì)比研究，對(duì)熱門(mén)技術(shù)的發(fā)展與改進(jìn)歷程進(jìn)行梳理，與學(xué)生一起總結(jié)相關(guān)內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系與共性規(guī)律等一系列的教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到知識(shí)的獲得有章可循，進(jìn)而幫助學(xué)生找到適合自己的學(xué)習(xí)方法。

1. 3興趣是最好的老師   

 興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的最主要?jiǎng)恿ΑＥd趣的培養(yǎng)可以通過(guò)榜樣的力量來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如，在課堂上可以適時(shí)地向同學(xué)們介紹一些相關(guān)領(lǐng)域的牛人事跡、科研成果，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到自己所學(xué)專業(yè)知識(shí)的重要性;在學(xué)校召開(kāi)國(guó)際會(huì)議/學(xué)術(shù)研討會(huì)期間，鼓勵(lì)學(xué)生擔(dān)任會(huì)場(chǎng)的服務(wù)工作，讓學(xué)生近距離接觸科研實(shí)際，切實(shí)地感受到專業(yè)對(duì)人才的需求，提高學(xué)生的專業(yè)榮譽(yù)感與責(zé)任感。

2 明確教學(xué)目標(biāo)、合理設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容

生物質(zhì)化工為一門(mén)新興的專業(yè)課，是與浙江科技學(xué)院化工專業(yè)特色緊密結(jié)合的。目前，全國(guó)范圍內(nèi)僅有少數(shù)高校開(kāi)設(shè)了生物質(zhì)化工專業(yè)方向，在選擇教材時(shí)發(fā)現(xiàn)，還沒(méi)有一本與“生物質(zhì)化工”同名的書(shū)籍，因此，無(wú)論對(duì)教學(xué)目標(biāo)還是對(duì)教學(xué)內(nèi)容都需要進(jìn)行探索。  

 在培養(yǎng)目標(biāo)方面，結(jié)合行業(yè)人才需求和專業(yè)認(rèn)證對(duì)學(xué)生的畢業(yè)要求，制定下列教學(xué)目標(biāo):   

 1)熟悉生物質(zhì)化工技術(shù)的基本原理、工藝路線及技術(shù)參數(shù);   

 2)明確生物質(zhì)化工技術(shù)目前存在的問(wèn)題及將來(lái)的發(fā)展方向;   

 3)具有較好的自學(xué)能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力;   

 4)具有從事生物質(zhì)化工技術(shù)、生物質(zhì)能源及生物質(zhì)材料等的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和科學(xué)管理的初步能力。  

  教學(xué)內(nèi)容的選擇不局限于一本教材，要體現(xiàn)多元化、前沿化、實(shí)用化的課程體系，主要包括課程的基本知識(shí)的講授、問(wèn)題研討和探究性項(xiàng)目三部分redlw.com。  

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

篇2

能源危機(jī)已經(jīng)觸動(dòng)每個(gè)人的神經(jīng)，也激起了人們尋找可替代能源的強(qiáng)烈愿望。

很多東西能替代汽油

閔恩澤院士介紹，目前國(guó)內(nèi)外研究、應(yīng)用較多的幾種生物質(zhì)燃料主要有秸稈乙醇汽油、甜菜生物質(zhì)汽油、纖維素生物質(zhì)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(guó)發(fā)展生物質(zhì)燃料的前景非常廣闊。

含10％乙醇的秸稈乙醇汽油已在我國(guó)推廣應(yīng)用。與傳統(tǒng)汽油相比，它優(yōu)勢(shì)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?xì)浠衔锱欧?5％以上。生物質(zhì)生長(zhǎng)過(guò)程，還能吸收二氧化碳。目前，我國(guó)已建有20萬(wàn)噸／年以上、以非糧作物木薯為原料的工廠。在國(guó)外，美國(guó)能源部投資10億美元，發(fā)展秸稈乙醇工藝。計(jì)劃到2030年，秸稈乙醇供應(yīng)達(dá)到美國(guó)汽油總量的30％，約1.9億立方米，生產(chǎn)成本也將低于石油汽油。閔恩澤院士說(shuō)，要立足我們的基礎(chǔ)，與國(guó)外合作，先實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，再把規(guī)模擴(kuò)大至10萬(wàn)噸／年以上。而大規(guī)模發(fā)展，酶制劑是基礎(chǔ)，原料是關(guān)鍵，要調(diào)研了解國(guó)內(nèi)的原料供應(yīng)情況，研發(fā)具有自己特色的酶制劑。

以甜菜為原料的生物質(zhì)汽油——最新一代生物質(zhì)車用汽油，比乙醇汽油能量更高，使用更經(jīng)濟(jì)；不需要更新銷售系統(tǒng)和加油站，不需要調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)。國(guó)外2010年開(kāi)始建設(shè)工業(yè)生產(chǎn)裝置。生產(chǎn)工藝包括原料預(yù)處理、水相重整、堿催化聚合、加氫脫氧。

同時(shí)，國(guó)外也在大力研究以纖維素為原料的生物質(zhì)汽油。纖維素比甜菜等原料來(lái)源廣泛、價(jià)廉。采用纖維素為原料，我國(guó)更有可能形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。國(guó)內(nèi)對(duì)纖維素生產(chǎn)生物質(zhì)汽油的研發(fā)已經(jīng)開(kāi)展，并取得一定進(jìn)展。應(yīng)重點(diǎn)突破，占領(lǐng)這一高科技發(fā)展前沿制高點(diǎn)。

生物柴油大有可為

閔恩澤院士介紹，生物柴油是21世紀(jì)崛起的新興產(chǎn)業(yè)，世界生物柴油產(chǎn)能已在3000萬(wàn)噸／年以上。目前，美國(guó)產(chǎn)能已發(fā)展到1093萬(wàn)噸／年、歐盟為1300萬(wàn)噸／年。國(guó)際上已經(jīng)制定完善的生物柴油標(biāo)準(zhǔn)。

我國(guó)生物柴油總產(chǎn)能約150萬(wàn)噸／年，近幾年產(chǎn)量30萬(wàn)～50萬(wàn)噸／年，大多以廢棄油脂為原料。中國(guó)海油建設(shè)在海南東方的6萬(wàn)噸／年生物柴油裝置，采用中國(guó)石化的SRCA工藝，實(shí)現(xiàn)了清潔生產(chǎn)，并已在海南的加油站銷售。

閔恩澤院士說(shuō)，中國(guó)石化發(fā)展生物柴油產(chǎn)業(yè)有基礎(chǔ)。中國(guó)石化擁有完整的從小型到2000噸／年生物柴油中型試驗(yàn)裝置；擁有生物柴油質(zhì)量分析、模擬評(píng)定、臺(tái)架試驗(yàn)裝置以及行車試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)；擁有世界一流的、處理廢棄油脂原料的生物柴油成套技術(shù)，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(guó)石化向科技部申請(qǐng)了“十二五”國(guó)家生物柴油重大支撐項(xiàng)目，中國(guó)石化咨詢公司受國(guó)家能源局委托，正編制我國(guó)生物柴油行業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)。這些，對(duì)中國(guó)石化發(fā)展生物柴油提供了有力支持。

期望微藻“點(diǎn)綠成金”

篇3

作者簡(jiǎn)介：韓楊（1982-），男，四川成都人，電子科技大學(xué)機(jī)電學(xué)院電力電子系，講師。

基金項(xiàng)目：本文系電子科技大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)資助（項(xiàng)目編號(hào)：2672011ZYGX2011J093）的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）14-0046-02

“新能源發(fā)電技術(shù)”是電子科技大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化、工業(yè)工程三個(gè)專業(yè)課程體系中的一門(mén)重要課程。該課程屬于高年級(jí)本科生的專業(yè)選修課，共32課時(shí)、內(nèi)容多、知識(shí)面廣、綜合性強(qiáng)。[1， 2]由于三個(gè)專業(yè)的學(xué)生知識(shí)體系存在一定差異，在教學(xué)理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面，需要做出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新。筆者在教學(xué)過(guò)程中，充分吸收國(guó)外高校模塊化教學(xué)模式、凝練教學(xué)內(nèi)容，充分利用交互式教學(xué)方法，采用課堂講授、提問(wèn)與解答、課程項(xiàng)目、研究報(bào)告等手段，把互動(dòng)式教學(xué)方法成功應(yīng)用到教學(xué)實(shí)踐中。課程以電能變換與控制為主線，鼓勵(lì)不同專業(yè)背景的學(xué)生組成研究小組對(duì)課程項(xiàng)目進(jìn)行協(xié)作研究，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。[3， 4]

一、國(guó)外“新能源發(fā)電技術(shù)”教學(xué)內(nèi)容與模式回顧

1.麻省理工學(xué)院（MIT）的模塊化教學(xué)模式

課程簡(jiǎn)介：課程評(píng)估當(dāng)前和未來(lái)潛在的能源系統(tǒng)，包括資源提取、轉(zhuǎn)換和最終使用技術(shù)，重點(diǎn)區(qū)域和全球能源需求。研究各種可再生能源和傳統(tǒng)能源的生產(chǎn)技術(shù)，能源最終用途和替代品，在不同國(guó)家的消費(fèi)習(xí)慣。

第一部分：能源的背景。欠發(fā)達(dá)國(guó)家日益增長(zhǎng)的能源需求、發(fā)達(dá)國(guó)家可持續(xù)的未來(lái)能源。能源概述、能源供給和需求的問(wèn)題；能源轉(zhuǎn)換和經(jīng)濟(jì)性分析，氣候變化和應(yīng)對(duì)措施。模塊1：能量傳遞和轉(zhuǎn)換方法。模塊2：資源評(píng)估和消耗分析。模塊3：能量轉(zhuǎn)換、傳輸和存儲(chǔ)。模塊4：系統(tǒng)的分析方法。模塊5：能源供應(yīng)，需求和存儲(chǔ)規(guī)劃。模塊6：電氣系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)。模塊7：熱力學(xué)與效率的計(jì)算。

第二部分：具體的能源技術(shù)。模塊1：核能的基礎(chǔ)和現(xiàn)狀；核廢料處理；擴(kuò)建民用核能和核擴(kuò)散。模塊2：化石能源的燃料轉(zhuǎn)換，電源循環(huán)，聯(lián)合循環(huán)。模塊3：地?zé)崮茉吹念愋?；技術(shù)、環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。模塊4：生物質(zhì)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(píng)估和權(quán)衡分析。模塊1：汽車技術(shù)和燃料經(jīng)濟(jì)政策。模塊2：生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的生命周期分析；土地使用問(wèn)題、凈能量平衡和能量整合。模塊3：電化學(xué)方法電能儲(chǔ)存、能量轉(zhuǎn)換，燃料電池。模塊4：可持續(xù)能源，非洲撒哈拉以南地區(qū)的電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)和選擇。

2.瑞典皇家理工學(xué)院（KTH）課程內(nèi)容與要求

課程內(nèi)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(wù)的要求。包括現(xiàn)有和未來(lái)的替代能源，如水能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、光伏、光熱，燃料處理；可再生能源系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)；動(dòng)態(tài)整合各種可再生能源。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生的讀、寫(xiě)和研討主題是“先進(jìn)的可再生能源系統(tǒng)技術(shù)”，特別是通過(guò)項(xiàng)目工作和多個(gè)為期半天的研討會(huì)對(duì)相關(guān)專題進(jìn)行研討，每個(gè)人都參與演講和討論，并邀請(qǐng)有行業(yè)工程背景的專家和政策制定者來(lái)課堂參與探討，豐富課堂內(nèi)容、提升教學(xué)質(zhì)量。

課程要求：在課程結(jié)束時(shí)，學(xué)生應(yīng)能夠分析和設(shè)計(jì)能源系統(tǒng)，利用風(fēng)能、生物能源、太陽(yáng)能產(chǎn)生電力或用于加熱與冷卻。完成課程后，學(xué)生能詳細(xì)說(shuō)明風(fēng)能、生物能、太陽(yáng)能基本原理和主要特點(diǎn)，以及它們之間的區(qū)別。能掌握這3種可再生能源系統(tǒng)的主要組件，了解基于化石燃料的能源系統(tǒng)對(duì)環(huán)境和社會(huì)的影響。

3.威斯康星大學(xué)（UWM）課程內(nèi)容與要求

課程內(nèi)容：學(xué)習(xí)有關(guān)國(guó)家最先進(jìn)的可再生能源系統(tǒng)，包括生物質(zhì)、電力和液體燃料，以及風(fēng)力、太陽(yáng)能、水電。學(xué)生們將對(duì)可再生能源電力和能源供應(yīng)做工程計(jì)算，并要了解可再生能源的生產(chǎn)、分配和最終使用系統(tǒng)。能源存儲(chǔ)、可再生能源政策；經(jīng)濟(jì)分析，購(gòu)買(mǎi)和銷售能源；風(fēng)能理論與實(shí)踐；太陽(yáng)能可用性，光熱和光伏發(fā)電系統(tǒng)；水電；地?zé)?，潮汐能和波浪發(fā)電；生物能源、生物質(zhì)燃燒熱力和電力；生物質(zhì)氣化，生物油熱解；生物燃料的生命周期評(píng)估。

課程要求：掌握基本的可再生能源系統(tǒng)的工程計(jì)算，了解可再生資源評(píng)估和能源基礎(chǔ)設(shè)施一體化。確定可再生能源系統(tǒng)的環(huán)境影響。設(shè)計(jì)和評(píng)估可再生能源系統(tǒng)的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的可行性。了解能源在社會(huì)中的關(guān)鍵作用。了解可再生能源發(fā)展的公共政策、市場(chǎng)結(jié)構(gòu)。卓越學(xué)生的學(xué)習(xí)成果：能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程原則進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并能分析和解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。有能力設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)、部件或過(guò)程，以滿足預(yù)期要求，具備解決工程問(wèn)題和有效溝通的能力。

二、創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式下“新能源發(fā)電技術(shù)”教學(xué)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解中國(guó)的能源現(xiàn)狀，掌握電源變換與控制技術(shù)的基本原理，掌握光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的基本原理及系統(tǒng)的構(gòu)成，加深對(duì)中國(guó)風(fēng)力資源和風(fēng)力發(fā)電基本原理的認(rèn)識(shí)，理解生物質(zhì)資源的利用現(xiàn)狀、轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)的基本原理，了解天然氣、燃?xì)獍l(fā)電與控制技術(shù)的基本原理和應(yīng)用情況。吸收國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)教學(xué)模塊。

1.電源變換和控制技術(shù)

內(nèi)容要點(diǎn)：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(chǎng)效應(yīng)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：?jiǎn)喂懿桓綦x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(shù)計(jì)算；AC—AC變換電路。

課堂提問(wèn)：晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷條件是什么？相控整流與PWM整流電路區(qū)別是什么？交流調(diào)壓電路的基本原理是什么？什么是逆變？如何防止逆變失?。?/p>

課程項(xiàng)目1：讓學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)50kW的相控整流和PWM整流電路，進(jìn)行MATLAB仿真分析，比較兩種整流電路的區(qū)別，要求分組討論、制作PPT演講，撰寫(xiě)研究報(bào)告。

2.風(fēng)能、風(fēng)力發(fā)電與控制技術(shù)

內(nèi)容要點(diǎn)：風(fēng)的產(chǎn)生、特性與應(yīng)用；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)、分類與工作原理；風(fēng)力發(fā)電的特點(diǎn)、控制要求和功率調(diào)節(jié)控制；風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行和功率補(bǔ)償：同步發(fā)電機(jī)組、異步發(fā)電機(jī)組和雙饋異步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行和功率補(bǔ)償。

課堂提問(wèn)：簡(jiǎn)述風(fēng)能轉(zhuǎn)換的基本原理。風(fēng)力機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)參數(shù)有哪些？具體怎么求解？風(fēng)力機(jī)有哪幾種分類方法？

課程項(xiàng)目2：讓學(xué)生設(shè)計(jì)基于全功率變換器的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，在課程項(xiàng)目1的PWM整流電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)整流和逆變電路及其控制算法，進(jìn)行MATLAB仿真，驗(yàn)證工作原理，要求分組討論、制作PPT演講、撰寫(xiě)研究報(bào)告。

3.太陽(yáng)能、光伏發(fā)電與控制技術(shù)

內(nèi)容要點(diǎn)：太陽(yáng)能利用方式、分類及原理，中國(guó)光伏發(fā)電的歷史和研究現(xiàn)狀；太陽(yáng)能電池的工作原理，太陽(yáng)能電池材料的光學(xué)性質(zhì)、等效電路、輸出功率和填充因數(shù)，太陽(yáng)能電池的效率、影響效率的因素及提高的途徑；太陽(yáng)能電池制造工藝，多、單晶硅制造技術(shù)；太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成，正弦波PWM技術(shù)，逆變器基本特性及評(píng)價(jià)；獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理、系統(tǒng)構(gòu)成；并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類、特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、供電形式和設(shè)備構(gòu)成。

課堂提問(wèn)：多晶硅和單晶硅的制造工藝有什么不同？根據(jù)制作工藝的不同它們各有什么特點(diǎn)？什么是正弦波PWM逆變技術(shù)？并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)由哪幾部分構(gòu)成？

課程項(xiàng)目3：讓學(xué)生設(shè)計(jì)小功率并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)，在課程項(xiàng)目2逆變電路的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)單相及三相逆變電路及其控制算法，進(jìn)行MATLAB仿真，驗(yàn)證工作原理，要求分組討論、制作PPT演講、撰寫(xiě)研究報(bào)告。

4.生物質(zhì)能的轉(zhuǎn)換與控制技術(shù)

內(nèi)容要點(diǎn)：生物質(zhì)能的定義、生物質(zhì)資源特點(diǎn)及類別；生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換和發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換的能源模形式，城市垃圾、生物質(zhì)燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)；生物質(zhì)熱裂解發(fā)電技術(shù)的分類、生物質(zhì)熱裂解機(jī)理，生物質(zhì)熱裂解技術(shù)及裝置簡(jiǎn)介；我國(guó)生物質(zhì)能的利用現(xiàn)狀及開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能的必要性，生物質(zhì)能發(fā)電前景。

課堂提問(wèn)：生物質(zhì)能的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？根據(jù)其優(yōu)缺點(diǎn)如何揚(yáng)長(zhǎng)避短充分利用生物質(zhì)資源？生物質(zhì)熱裂解的機(jī)理是什么？請(qǐng)?jiān)敿?xì)分析說(shuō)明。影響生物質(zhì)熱裂解的因素有哪些？具體是如何影響的？

5.天然氣、燃?xì)獍l(fā)電與控制技術(shù)

內(nèi)容要點(diǎn)：天然氣水合物的概念，形成機(jī)理及化學(xué)性質(zhì)；天然氣的綜合利用、環(huán)境價(jià)值與發(fā)展前景；小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的原理及用途、主要形式及應(yīng)用前景；燃?xì)廨啓C(jī)組的電能變換與控制系統(tǒng)、電網(wǎng)供電及控制；燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行與控制策略，DC-AC低頻并網(wǎng)逆變技術(shù)，DC-AC/ AC-DC-AC三級(jí)變換高頻環(huán)節(jié)并網(wǎng)逆變技術(shù)；燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組高頻并網(wǎng)逆變的控制策略。

課堂提問(wèn)：小型燃?xì)廨啓C(jī)組并網(wǎng)發(fā)電的原理是什么？簡(jiǎn)述燃?xì)廨啓C(jī)組電能變換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組高頻并網(wǎng)逆變是如何實(shí)現(xiàn)的？

三、結(jié)束語(yǔ)

在充分吸收國(guó)外高?！靶履茉窗l(fā)電技術(shù)”模塊化教學(xué)模式的基礎(chǔ)上，以人才培養(yǎng)為中心，凝練教學(xué)內(nèi)容、改革教學(xué)方法，提高了學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣，課堂互動(dòng)得到明顯改善，不同專業(yè)背景的學(xué)生能夠?qū)φn程項(xiàng)目進(jìn)行協(xié)作研究，發(fā)揮各自的特長(zhǎng)收集和吸收國(guó)外前沿技術(shù)，在PPT演講、研究報(bào)告撰寫(xiě)方面鍛煉了學(xué)生的綜合能力，取得了良好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]何瑞文，謝云，陳璟華.電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)建設(shè)與實(shí)踐模式探討[J].中國(guó)電力教育，2012，（3）：72-73.

篇4

1.項(xiàng)目建設(shè)背景及必要性

1.1項(xiàng)目建設(shè)背景

2012年4月19日，國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了《“十二五”全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃的通知》（[2012]23號(hào)），明確了“到2015年，直轄市、省會(huì)城市生活垃圾全部實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處理，城市生活垃圾無(wú)害化處理率達(dá)到90%以上，全國(guó)城鎮(zhèn)新增生活垃圾無(wú)害化處理設(shè)施能力58萬(wàn)噸/日”的主要目標(biāo)，并進(jìn)一步提出了“在已啟動(dòng)餐廚垃圾處理工作的基礎(chǔ)上，繼續(xù)推動(dòng)餐廚垃圾單獨(dú)收集和運(yùn)輸，以適度規(guī)模、相對(duì)集中為原則，建設(shè)餐廚垃圾資源化利用和無(wú)害化處理設(shè)施”的建設(shè)任務(wù)。

1.2項(xiàng)目建設(shè)必要性

在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，國(guó)內(nèi)餐廚垃圾主要作為城市近郊養(yǎng)豬的飼料。由于其來(lái)源復(fù)雜，極有可能引起疾病的傳播，現(xiàn)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(jìn)行焚燒，由于餐廚垃圾的水份含量常常高達(dá)90%左右，發(fā)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(fā)電的發(fā)熱量要求（即5000kJ/kg以上），反而會(huì)導(dǎo)致燃燒爐燃燒不充分而產(chǎn)生二英；如果將生活垃圾進(jìn)行填埋，同樣因?yàn)榛烊氲牟蛷N垃圾水分含量高而不宜處理。因此餐廚垃圾有必要進(jìn)行單獨(dú)無(wú)害化處理。

2.處理工藝確定

2.1XX市餐廚垃圾物理、化學(xué)性質(zhì)分別見(jiàn)表。

以上數(shù)據(jù)分析表明，XX市餐廚垃圾具有以下特性：

a）含水率高，混合測(cè)試樣含水率高達(dá)87.07%。

b）易腐性，富含有機(jī)物，混合測(cè)試樣有機(jī)干物質(zhì)高達(dá)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(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析見(jiàn)表3。

根據(jù)表中各種餐廚垃圾處理方式優(yōu)缺點(diǎn)的比較，結(jié)合XX市餐廚垃圾的特性，對(duì)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(chǎng)垃圾滲濾液的主要來(lái)源；餐廚垃圾黏度大，分散性差，也不利于在填埋場(chǎng)攤鋪和壓實(shí)；此外餐廚垃圾有機(jī)物含量較高，填埋方式未對(duì)其進(jìn)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?yàn)楹矢邥?huì)增加焚燒燃料的消耗；餐廚垃圾中含有的大量脂類物質(zhì)在重金屬催化條件下生成二英，若處理不當(dāng)易對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的二次污染。

（3）堆肥適合于處理易腐有機(jī)質(zhì)含量較高的垃圾，高含水率的餐廚垃圾在堆肥的過(guò)程中易將整個(gè)堆垛全部空間填死，空氣無(wú)法進(jìn)入內(nèi)部，致使微生物處于厭氧狀態(tài)，使降解速度減慢并產(chǎn)生硫化氫等臭氣。

（4）結(jié)合我國(guó)國(guó)情及XX市具體情況，相對(duì)其它餐廚垃圾處理方式，厭氧消化方式具有突出的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

① 厭氧消化后產(chǎn)生的沼氣是清潔燃料。

② 固體物質(zhì)被消化以后，可以得到高質(zhì)量的有機(jī)肥料或土壤改良劑。

③ 在有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)變成甲烷的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了垃圾的減量化。

④ 厭氧消化產(chǎn)生的沼氣可以利用進(jìn)行發(fā)電，減少了溫室氣體的排放量。

⑤可實(shí)現(xiàn)分離油脂資源化，厭氧微生物耐鹽毒性較強(qiáng)，且節(jié)省能耗。

以上分析表明：應(yīng)用厭氧消化技術(shù)處理餐廚垃圾在生態(tài)環(huán)境方面具有突出的優(yōu)勢(shì)，從能量需求、排放產(chǎn)物和運(yùn)行過(guò)程對(duì)周圍環(huán)境衛(wèi)生影響的角度看，厭氧消化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展都具有重要的意義。

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

2.3厭氧消化工藝的選擇

按照厭氧發(fā)酵反應(yīng)罐的操作條件，餐廚垃圾厭氧消化處理技術(shù)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(duì)比分析見(jiàn)表4。

根據(jù)以上濕式和干式厭氧消化的對(duì)比分析，結(jié)合XX市餐廚垃圾含水率較高的特點(diǎn)，本項(xiàng)目適宜采用濕式消化工藝。

篇5

中圖分類號(hào)：TQ223.122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2014）05-0322-02

0 引言

隨著乙醇汽油在全國(guó)各地的推廣，燃料乙醇的產(chǎn)量一路飆升，由此引發(fā)了糧食乙醇路線面臨和民眾爭(zhēng)食的問(wèn)題。生物燃料的發(fā)展從之前的“糧源”轉(zhuǎn)變?yōu)椤胺羌Z”，這樣的轉(zhuǎn)變不僅是大勢(shì)所趨，而且也已經(jīng)是迫在眉睫了。而進(jìn)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(jìn)行非糧材料制備燃料乙醇的研究對(duì)我國(guó)的能源安全、促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展等有著其重要發(fā)展意義。

1 非糧材料制備燃料乙醇的研究現(xiàn)狀

由于我國(guó)糧食供需仍然存在相對(duì)緊張的狀態(tài)，所以國(guó)家重點(diǎn)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?？梢灾圃煲掖嫉姆羌Z材料主要有兩大種類：一類是木制纖維類，包括農(nóng)業(yè)廢棄物、工業(yè)廢棄物、林業(yè)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(zhì)纖維類當(dāng)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(duì)較少的。如果直接將其進(jìn)行燃燒，不僅使用率較低，而且會(huì)造成一些污染和浪費(fèi)。如果將其轉(zhuǎn)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(yōu)化我國(guó)現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)，減少污染。所以玉米秸稈等纖維質(zhì)的原料在非糧材料制備燃料乙醇當(dāng)中具有巨大的發(fā)展前景。比如薯類制造乙醇，我國(guó)的紅薯種植面積廣泛，產(chǎn)量更是占全世界總產(chǎn)量的80%。紅薯容易種植抗旱性好，耐貧瘠。而且新鮮塊根當(dāng)中的淀粉含量可高達(dá)20%，氮源豐富，非常適合作為燃料乙醇的生產(chǎn)原料。

2 燃料乙醇生產(chǎn)的技術(shù)和工藝

3 非糧材料制備乙醇燃料

3.1 秸稈類 近幾年以來(lái)在使用秸稈制造乙醇的預(yù)處理技術(shù)不斷的改進(jìn)和完善，對(duì)于乙醇的制取率也是越來(lái)越高。比如馮瑋主要分析了使用秸稈作為原料，在進(jìn)行燃料乙醇制造的時(shí)候所存在的問(wèn)題，以及面向未來(lái)的發(fā)展方向。對(duì)于工藝流程他進(jìn)行了十分系統(tǒng)的論述，并且針對(duì)各個(gè)工藝存在的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。呂偉民選擇使用稀硫酸對(duì)秸稈進(jìn)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(jìn)行水解。最后再通過(guò)畢赤酵母的作用，最終得到的乙醇生產(chǎn)率在原來(lái)的基礎(chǔ)之上大大提高，甚至高達(dá)86%，其濃度更是超過(guò)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(duì)影響乙醇發(fā)酵的一些因素做了相關(guān)探討，比如維生素、無(wú)機(jī)鹽、糖濃度等方面。通過(guò)探索最終得到了對(duì)于發(fā)酵培養(yǎng)基方面的最佳配方。她確認(rèn)的最佳發(fā)酵促進(jìn)劑是B，其濃度達(dá)到了每千克當(dāng)中含有1.20g，使用這種促進(jìn)劑就不再需要像傳統(tǒng)方式一樣添加其他東西，它的初糖濃度已經(jīng)達(dá)到了每千克當(dāng)中含有270g。在各方面的條件都保持在最好的狀態(tài)之時(shí)，經(jīng)過(guò)二十八小時(shí)的時(shí)間，每千克當(dāng)中可以生產(chǎn)出132.86g的乙醇，發(fā)酵率高達(dá)91.44%。李繼德選擇將木薯作為原材料，通過(guò)實(shí)驗(yàn)他得出了以下結(jié)論：如果將風(fēng)量控制到一定的程度，則粉塵的飛揚(yáng)就會(huì)減少，相應(yīng)的淀粉的損失也跟著減少；進(jìn)行預(yù)煮之時(shí)溫度最好控制在五十五度左右，進(jìn)行蒸煮的溫度則需要保持在一百三十五度左右。糊化時(shí)間要超過(guò)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(shí)間需要40-50分鐘；對(duì)于干酵母的培養(yǎng)可以選擇使用兩級(jí)方式，將大小酒母進(jìn)行分別培養(yǎng)，其中芽生率保持在22%左右，細(xì)胞的數(shù)量是1.2億/mL左右；發(fā)酵的頂溫需要保持在36℃左右。經(jīng)過(guò)了50個(gè)小時(shí)左右的時(shí)間，制造出來(lái)的乙醇質(zhì)量上佳，已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，原料的出酒率高達(dá)36.02%。

3.3 甘蔗渣 和玉米、木薯等淀粉質(zhì)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(lán)艷華對(duì)于甘蔗渣的使用做了具體研究，研究當(dāng)中主要針對(duì)甘蔗渣的特點(diǎn)以及組成方面的問(wèn)題。并且也提出了甘蔗渣的預(yù)處理辦法。通過(guò)研究她認(rèn)為甘蔗渣作為原材料進(jìn)行乙醇制造具有巨大的優(yōu)勢(shì)。俞智明也對(duì)類似甘蔗渣的粗纖維進(jìn)行燃料乙醇制造的方式，并且對(duì)于制造的四大工藝進(jìn)行了詳細(xì)的分析。他認(rèn)為使用甘蔗渣一類的粗纖維進(jìn)行乙醇制造，不僅原料相當(dāng)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(chǔ)，尤其是針對(duì)使用低成本的原料進(jìn)行制造這個(gè)方面。

4 秸稈制乙醇的關(guān)鍵技術(shù)的突破

首先在預(yù)處理技術(shù)之上，2002年美國(guó)Rogers教授進(jìn)行了離子液體的研究，他提出當(dāng)離子液體達(dá)到了100攝氏度左右之時(shí)，其就具有了溶解纖維素的能力，之后又出現(xiàn)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(jìn)行水解。此種水解工藝主要是通過(guò)利用兩級(jí)濃硫酸對(duì)生物質(zhì)原料進(jìn)行水解，進(jìn)行水解之后就會(huì)得到酸糖混合液，再將這種混合液通過(guò)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(xù)進(jìn)行回收利用。然后是發(fā)酵工藝，Brooks通過(guò)對(duì)酵母的篩選，最終選定Saccharomyce cerevisiae R-8酵母。此種酵母乙醇生產(chǎn)率已經(jīng)高達(dá)40%，而且耐受性也達(dá)到了10%左右。但由于此種酵母對(duì)于溫度較為敏感，所以在耐受力方面的研究還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述隨著我國(guó)面臨能源轉(zhuǎn)型這一個(gè)大的契機(jī)，我國(guó)的非糧材料制備燃料乙醇的發(fā)展前景將會(huì)十分的廣闊。但由于我國(guó)在這個(gè)方面的研究還并不是非常充分，還存在不少的問(wèn)題，因此需要相關(guān)產(chǎn)業(yè)不斷的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題，提高非糧材料制備燃料乙醇的技術(shù)，優(yōu)化工藝，突破現(xiàn)有的弱點(diǎn)和缺陷。而國(guó)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(guān)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行突破，保障我國(guó)的非糧材料制備燃料乙醇不斷的進(jìn)步和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

篇6

1 丁醇性能的優(yōu)缺點(diǎn)

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(yōu)點(diǎn).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(zhì)量的丁醇可比乙醇多輸出約1／3的動(dòng)力;丁醇的揮發(fā)性遠(yuǎn)低于乙醇,只有乙醇的1／6左右,丁醇的吸濕性遠(yuǎn)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(xiàn)有管道運(yùn)輸,同時(shí)由于比其它低碳醇具有相對(duì)較高的沸點(diǎn)和閃點(diǎn),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(duì)現(xiàn)有的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)作大的改動(dòng),而且可以使用體積分?jǐn)?shù)幾乎為100％的丁醇燃料.



盡管作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料丁醇比其它低碳醇具有更多的優(yōu)勢(shì),但將丁醇直接應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)中仍然存在一些潛在的問(wèn)題,例如:① 與發(fā)動(dòng)機(jī)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(tǒng)的汽油或柴油燃料低,因此,汽油或柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(fā)動(dòng)機(jī)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(yīng)用在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)中不會(huì)產(chǎn)生燃油泵內(nèi)不足和潛在的磨損問(wèn)題.然而將丁醇應(yīng)用于火花點(diǎn)火式發(fā)動(dòng)機(jī)(簡(jiǎn)稱SI發(fā)動(dòng)機(jī))時(shí),較高的黏度將產(chǎn)生潛在的沉積或腐蝕等問(wèn)題.

2 丁醇生產(chǎn)的發(fā)展過(guò)程

2.1 丁醇生產(chǎn)的歷史

Wirtz在1852年發(fā)現(xiàn)正丁醇可以作為一種常規(guī)的燃料組成部分.十年之后,Pasteur于1862年通過(guò)試驗(yàn)得出結(jié)論,丁醇是厭氧轉(zhuǎn)化乳酸和乳酸鈣的直接產(chǎn)物.1876—1910年,許多學(xué)者研究了丙酮-丁醇的生產(chǎn)方法和有關(guān)的溶劑［1］.

通過(guò)ABE(丙酮、丁醇、乙醇)發(fā)酵法工業(yè)生產(chǎn)丁醇和丙酮始于1912—1916年,這是已知最早的工業(yè)發(fā)酵法之一,在生產(chǎn)規(guī)模上排名第二,僅次于通過(guò)酵母發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇的規(guī)模,而且它是已知的最大型的生物技術(shù)工藝流程［2-3］.在發(fā)酵過(guò)程中主要有三類典型的產(chǎn)物:① 溶劑(丙酮、丁醇、乙醇);② 有機(jī)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(jìn)入不同的途徑.通過(guò)發(fā)酵法生產(chǎn)的丁醇皆是生物丁醇,自從19世紀(jì)60年代通過(guò)ABE發(fā)酵法生產(chǎn)丁醇的產(chǎn)量持續(xù)下降,幾乎所有的丁醇都是通過(guò)石油化工方法生產(chǎn)的.發(fā)酵法生產(chǎn)丁醇的產(chǎn)量下降,主要是因?yàn)槭突ぴ系膬r(jià)格比淀粉糖基如谷物、糖蜜的價(jià)格低,因此用石油燃料生產(chǎn)丁醇越來(lái)越受到歡迎,在這個(gè)階段ABE發(fā)酵法被使用得越來(lái)越少.

19世紀(jì)80年代,石油危機(jī)促進(jìn)了生物燃料的發(fā)展.那時(shí)人們最關(guān)注的代用燃料是乙醇,人們雖然熟悉乙醇的生產(chǎn),但并沒(méi)有認(rèn)識(shí)到為了將乙醇與汽油混合,進(jìn)行脫水這一非常消耗能源的步驟是必要的,同時(shí)也沒(méi)有認(rèn)識(shí)到運(yùn)輸乙醇-汽油燃料的困難性,因?yàn)橐掖?汽油燃料不能利用現(xiàn)有的管道運(yùn)輸,任何濃度的乙醇-汽油燃料都會(huì)對(duì)橡膠密封產(chǎn)生腐蝕和損害.盡管乙醇是一種能量等級(jí)較低的醇類物質(zhì),而且具有腐蝕性、難于提純、易揮發(fā)、有爆炸危險(xiǎn)性等缺點(diǎn),但它較高的產(chǎn)量使得乙醇成為主要應(yīng)用的生物燃料.過(guò)去的30年中,能源密集型的乙醇生產(chǎn)仍然不能滿足人們對(duì)燃料、能源、清潔空氣的需求.近年來(lái),為了應(yīng)對(duì)石油化工產(chǎn)品和污染治理成本的上升,且生產(chǎn)乙醇的技術(shù)、設(shè)備稍作調(diào)整就可以直接用于生產(chǎn)丁醇,因此,許多國(guó)家開(kāi)始重新關(guān)注丁醇.

2.2 利用非糧食生物質(zhì)提高丁醇生產(chǎn)能力

生物丁醇可通過(guò)發(fā)酵法利用淀粉或糖類制取,然而,由于成本高、產(chǎn)量相對(duì)較低、發(fā)酵時(shí)間長(zhǎng)等原因,使得用ABE發(fā)酵法生產(chǎn)丁醇無(wú)法在工業(yè)規(guī)模上與采用合成法生產(chǎn)丁醇進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng).隨著人們對(duì)丁醇這一代用燃料越來(lái)越關(guān)注,許多公司紛紛研究新方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)ABE發(fā)酵法,從而使生物丁醇的生產(chǎn)可達(dá)到工業(yè)規(guī)模.基于生物化學(xué)轉(zhuǎn)換非糧食木質(zhì)纖維素的第二代生物丁醇生產(chǎn)相比現(xiàn)有的能源密集型生物丁醇生產(chǎn)具有一些潛在優(yōu)勢(shì).

有研究表明,改良菌株具有更高的利用淀粉的能力,同時(shí)能在發(fā)酵培養(yǎng)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(chǎn)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(chǎn)生約26 g•L-1的溶劑.由于發(fā)酵酶作用物的成本對(duì)丁醇價(jià)格影響最大,利用其它可再生能源和經(jīng)濟(jì)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(yè)廢料等進(jìn)行丁醇發(fā)酵,從這些替代性可再生資源中生產(chǎn)的溶劑總量為14.8~30.1 g•L-1［3］.在關(guān)于多糖的研究中,其焦點(diǎn)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(chǎn)丁醇,使用改良菌株進(jìn)行分批發(fā)酵,可以提高丁醇的產(chǎn)量.

小麥麩是小麥制粉工業(yè)的副產(chǎn)品,主要包括半纖維素、淀粉和蛋白質(zhì).經(jīng)稀硫酸水解的小麥麩皮水解產(chǎn)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(yè)酶作用物液化玉米淀粉(LCS)已經(jīng)被成功用于ABE生產(chǎn),分批發(fā)酵LCS(60 g•L-1)過(guò)程中產(chǎn)生18.4 g•L-1的ABE產(chǎn)品,與葡萄糖相當(dāng).如果向分批發(fā)酵反應(yīng)器放入糖化的液化玉米淀粉(SLCS),通過(guò)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(shí),隨著丁醇制備技術(shù)的不斷成熟,丁醇的生產(chǎn)成本也逐漸下降.美國(guó)ButylFuel公司的成果表明,使 用微生物發(fā)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(yuǎn)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(chǎn)成本可進(jìn)一步下降［6］.

3 丁醇作為生物燃料應(yīng)用的進(jìn)展

如前所述,丁醇和其它低碳醇相比具有許多優(yōu)勢(shì),并且大量新技術(shù)的使用也可提高丁醇的產(chǎn)量.另外許多因素都促進(jìn)了生物燃料的發(fā)展,例如不確定的石油價(jià)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(tuán)隊(duì)已將丁醇作為一種替代生物燃料進(jìn)行研究,將丁醇與汽油或柴油混合應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)上，或應(yīng)用在一些基本的燃燒反應(yīng)器中.

3.1 丁醇的基礎(chǔ)燃燒試驗(yàn)

在丁醇的基礎(chǔ)燃燒試驗(yàn)中,研究人員測(cè)量了層流層的燃燒速度,同時(shí)還研究了在預(yù)混和燃燒或擴(kuò)散燃燒中形成的中間物質(zhì).利用這些試驗(yàn)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)了丁醇的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型.這些預(yù)測(cè)模型可以提供對(duì)丁醇燃燒特性更好的理解,并可以解釋通過(guò)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(yàn)結(jié)果表明,丁醇的層流燃燒速度在當(dāng)量比介于0.8和1.1之間時(shí)增加,相對(duì)應(yīng)的最大燃燒速度為47.7 cm•s-1,隨后在達(dá)到較高的當(dāng)量比時(shí)燃燒速度下降.

一個(gè)早期的關(guān)于靜態(tài)反應(yīng)器的研究指出,丁醇的熱解是通過(guò)C3H7－CH2OH鍵的裂變開(kāi)始的,產(chǎn)生了正丙基自由基和羥甲基自由基.羥甲基自由基進(jìn)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(xué)者研究了丁醇的燃燒速度,因?yàn)槿紵俣仁菦Q定傳播和穩(wěn)定預(yù)混火焰的關(guān)鍵參數(shù)之一.Roberts使用火焰錐的陰影圖像測(cè)量了丁醇的燃燒速度,結(jié)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(shù)單缸發(fā)動(dòng)機(jī)（CFR發(fā)動(dòng)機(jī)）中使用丁醇作為混合燃料的研究

Yacoub等［10］多次進(jìn)行了關(guān)于應(yīng)用直鏈醇C1－C5(甲醇-正戊醇)與汽油混合使用在CFR發(fā)動(dòng)機(jī)上的研究,試驗(yàn)條件為:空氣和燃料按化學(xué)計(jì)量比混合,轉(zhuǎn)速為1 000 r•min-1.對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作條件進(jìn)行了優(yōu)化,使混合燃料中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2.5%和5.0%,相應(yīng)丁醇的體積分?jǐn)?shù)分別為11%和22%.研究結(jié)果表明:丁醇比無(wú)鉛汽油容易產(chǎn)生燃燒爆震,所有醇-汽油混合燃料的試驗(yàn)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(xué)計(jì)量比的試驗(yàn)條件下,使用6種醇-汽油混合燃料在 CFR發(fā)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn),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(yàn)結(jié)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(yàn)結(jié)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?yàn)榛旌先剂嫌懈玫目贡鹦阅?允許更高的壓縮比,從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出能量.醇-汽油混合燃料與純汽油相比,循環(huán)燃料消耗量高3%~5%,但比油耗低15%~19% .

Szwaja等［13］在一臺(tái)單缸CFR發(fā)動(dòng)機(jī)上通過(guò)改變點(diǎn)火提前角研究了丁醇的燃燒特性,丁醇的體積分?jǐn)?shù)為0%~100%,壓縮比為8~10,轉(zhuǎn)速為900 r•min-1,空氣和燃料為化學(xué)計(jì)量比.試驗(yàn)結(jié)果表明,最高峰值壓力隨丁醇體積分?jǐn)?shù)的增加而提高.因此,混合燃料最佳點(diǎn)火正時(shí)應(yīng)延遲.通過(guò)試驗(yàn),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?nèi)剂匣蛉剂匣旌衔?

3.3 在SI發(fā)動(dòng)機(jī)中使用丁醇作為混合燃料的研究

目前關(guān)于SI發(fā)動(dòng)機(jī)中使用丁醇的研究非常廣泛,但關(guān)于丁醇-汽油混合燃料燃燒和丁醇燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的研究還很少.幾乎所有關(guān)于丁醇-汽油混合燃料的研究都集中在不同運(yùn)行工況下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能評(píng)價(jià)、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(fā)動(dòng)機(jī)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(fā)動(dòng)機(jī)在更稀的混合氣狀態(tài)下工作.丁醇體積分?jǐn)?shù)為20%~40%的丁醇-汽油混合燃料未燃HC排放與無(wú)鉛汽油類似,但隨著丁醇體積分?jǐn)?shù)的增加,未燃HC排放也會(huì)增加.丁醇體積分?jǐn)?shù)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?jǐn)?shù)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(guān).例如,丁醇體積分?jǐn)?shù)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(fā)動(dòng)機(jī)的性能,結(jié)果顯示:丁醇是一種非常有前景的代用燃料,在節(jié)能方面具有很大的潛力;丁醇可降低14%的制動(dòng)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(jié)果表明,BU40(丁醇體積分?jǐn)?shù)為40%)的HC排放達(dá)到最低值,除了BU80(丁醇體積分?jǐn)?shù)為80%),NOx排放沒(méi)有明顯變化.通過(guò)指示平均有效壓力(IMEP)的變化發(fā)現(xiàn)加入正丁醇提高了燃燒的穩(wěn)定性,同時(shí)減少了點(diǎn)火延遲.

Wallner等［16］用一臺(tái)四缸直噴SI發(fā)動(dòng)機(jī)研究了純汽油、E10(乙醇體積分?jǐn)?shù)為10%的乙醇汽油)和BU10(丁醇體積分?jǐn)?shù)為10%)的燃燒和排放性能,發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)莫? 000~4 000 r•min-1,負(fù)載從0 Nm升至150 Nm.結(jié)果顯示,BU10燃燒速度比E10和純汽油的高,三種燃料的燃燒穩(wěn)定性沒(méi)有明顯不同,在發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)工作范圍內(nèi)IMEP小于3%.相比于E10,BU10和純汽油在高負(fù)載時(shí)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(dòng)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(méi)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(fù)載的條件下需要推遲點(diǎn)火時(shí)間.根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,BU10代替E10能夠改善燃油經(jīng)濟(jì)性并且保證排放性和燃燒穩(wěn)定性不下降.

目前國(guó)外關(guān)于丁醇的研究熱點(diǎn)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(gòu)體在低溫(550~700 K)條件下的燃燒氧化反 應(yīng)路徑.Subram［18］通過(guò)試驗(yàn)和仿真給出了正丁醇在750~850 K下詳細(xì)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理,幾乎100%的燃料消耗是通過(guò)脫氫反應(yīng)完成的,其中62%的原始燃料轉(zhuǎn)化成乙醛等物質(zhì),其它38%轉(zhuǎn)化成C3H7CHO等物質(zhì).

4 結(jié) 論 

丁醇、丁醇-汽油混合燃料的燃燒持續(xù)期與汽油相當(dāng),混合燃料與汽油相比減少了點(diǎn)火延遲.當(dāng)使用正丁醇-汽油混合燃料時(shí),由于燃燒加快,為了獲得最大輸出轉(zhuǎn)矩,需要延遲火花點(diǎn)火正時(shí).通過(guò)測(cè)算IMEP,正丁醇、正丁醇-汽油混合燃料的燃燒穩(wěn)定性并沒(méi)有明顯變化.

截至目前,研究使用的發(fā)動(dòng)機(jī)有CFR發(fā)動(dòng)機(jī)、光學(xué)引擎發(fā)動(dòng)機(jī)、單缸或多缸發(fā)動(dòng)機(jī).其中一些發(fā)動(dòng)機(jī)使用了渦輪增壓、可變氣門(mén)、直噴等先進(jìn)技術(shù).從現(xiàn)有的研究中可以總結(jié)如下:

(1) 丁醇在混合燃料中體積分?jǐn)?shù)小于20%時(shí),不需要調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)就可以獲得和汽油燃料相同的發(fā)動(dòng)機(jī)功率;當(dāng)丁醇體積分?jǐn)?shù)達(dá)到30%時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率開(kāi)始下降;隨著丁醇體積分?jǐn)?shù)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(yàn)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(fā)動(dòng)機(jī)(如點(diǎn)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(zhì)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?jǐn)?shù)的增加,苯類物質(zhì)排放增加,因此直噴點(diǎn)燃式發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒丁醇-汽油混合燃料會(huì)排放較多的碳煙.

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篇7

中圖分類號(hào)：U664文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

1、前言

城市化、工業(yè)化進(jìn)程的加速，對(duì)環(huán)境的影響日益嚴(yán)重，城市水環(huán)境的保護(hù)比以往顯得更加重要，大量城市污水處理廠的出現(xiàn)，有效緩解了水環(huán)境的壓力，但同時(shí)也帶來(lái)了污水處理廠污泥如何處理的問(wèn)題。污泥由多種微生物形成的菌膠團(tuán)及有機(jī)物、重金屬和鹽類及寄生蟲(chóng)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(wèn)題，會(huì)影響到污水處理廠的正常運(yùn)行。因此應(yīng)根據(jù)各地的實(shí)際情況，綜合利用污泥處理技術(shù)，找出適合的處理方式，就此，談一點(diǎn)自己的看法。

2、污水處理廠污泥處理的現(xiàn)狀和面臨的問(wèn)題

2.1處理現(xiàn)狀

以南京為例，城區(qū)目前已投入運(yùn)行的大型污水處理廠共有4座，污水處理能力約100萬(wàn)噸，每天產(chǎn)生的含水率80%的脫水后污泥達(dá)數(shù)百噸，目前的方式為脫水后外運(yùn)摻燒發(fā)電、填埋、堆肥等。

其中焚燒發(fā)電約占50%，污泥脫水后運(yùn)送至電廠與煤按一定比例進(jìn)行混合，后進(jìn)入焚燒爐燃燒產(chǎn)生熱量用于發(fā)電；其它的用于填埋和堆肥，污泥脫水后利用廢礦坑進(jìn)行填埋，或經(jīng)過(guò)堆肥工藝制成肥料。

2.2面臨問(wèn)題

根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污泥處理處置及污染防治技術(shù)政策》的相關(guān)要求，污泥處理技術(shù)總的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“四化”，既“穩(wěn)定化、減量化、無(wú)害化、資源化”，目前南京在污泥處理方面還存在著問(wèn)題，主要表現(xiàn)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(xiàn)各廠污泥處理工藝基本為機(jī)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(dá)80%左右，運(yùn)輸?shù)拇蟛糠质撬?，造成運(yùn)力浪費(fèi)；且運(yùn)輸途中，撒漏在所難免，對(duì)沿途環(huán)境影響很大，不符合減量化的要求。其次是污泥中有機(jī)物含量高，易分解有惡臭，黏性大，不符合穩(wěn)定化的要求。

2.2.2污泥處理處理運(yùn)營(yíng)單位缺乏有效的監(jiān)管

根據(jù)水染污防治法，污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的污泥也應(yīng)當(dāng)被有效處理，參與脫水后污泥的焚燒、堆肥、運(yùn)輸?shù)认嚓P(guān)處理的單位，均被定義為污水處理設(shè)施運(yùn)營(yíng)單位，應(yīng)有相關(guān)資質(zhì)和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，與目前的實(shí)際情況相比，各相關(guān)處理單位大多處于起步階段，有的還不是主營(yíng)業(yè)務(wù)，與要求比有一定差距的。另外對(duì)這些污泥處理運(yùn)營(yíng)單位的監(jiān)管方面，相關(guān)制度和政策還不是很明了。

2.2.3污泥處理處理經(jīng)費(fèi)和政策的支持

污泥的性質(zhì)決定了污泥的處理是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，要真正實(shí)現(xiàn)污泥處理的無(wú)害化和資源化，單獨(dú)依靠污水處理廠自身是完成不了的，必須實(shí)現(xiàn)污泥深度處理的產(chǎn)業(yè)化工作。

要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化首先要保證有充足的污泥處理資金，污泥處理費(fèi)用應(yīng)當(dāng)在污水處理費(fèi)中占一定的比例。其次是要有相應(yīng)的推行污泥資源化的政策，才能有效促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)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(yǎng)分，其含量高于農(nóng)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(nèi)積累，因此在土地利用之前，必須對(duì)污泥進(jìn)行穩(wěn)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(wěn)定的有機(jī)質(zhì)降解和轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的有機(jī)質(zhì)，并使揮發(fā)性有機(jī)質(zhì)含量降低，減少臭氣；通過(guò)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(yùn)輸和使用；高溫堆肥還可以殺滅病原菌、蟲(chóng)卵和草籽，使產(chǎn)物更適合作為土壤改良劑和植物營(yíng)養(yǎng)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(tǒng)（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(jìn)行厭氧消化，其中的有機(jī)物經(jīng)厭氧細(xì)菌分解產(chǎn)生以甲烷為主的可燃性氣體，經(jīng)脫硫后即可用作發(fā)電燃料。SF法即污泥低溫?zé)峤庵迫剂嫌?，是將未消化的混合污泥?jīng)機(jī)械脫水后，加入重油，調(diào)制成流動(dòng)性漿液進(jìn)行多效蒸發(fā)，污泥有機(jī)質(zhì)在加熱條件下部分熱裂解，產(chǎn)生衍生燃料。污泥燃料燃燒產(chǎn)生蒸汽還可作污泥干燥的熱源和發(fā)電，回收能量。

污泥燃料化技術(shù)是一種適合處理所有污泥，又能利用污泥中有效成分，實(shí)現(xiàn)污泥減量化、無(wú)害化、穩(wěn)定化和資源化的污泥處理技術(shù)，是當(dāng)前污泥處理技術(shù)研究開(kāi)發(fā)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(yīng)用前景的新型熱塑材料PHA，為利用活性污泥生產(chǎn)PHA奠定了基礎(chǔ)。研究表明：活性污泥經(jīng)過(guò)相關(guān)的培養(yǎng)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(xué)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(duì)環(huán)境的二次污染，對(duì)環(huán)境保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展作出了一定的貢獻(xiàn)，創(chuàng)造了良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 污泥的建材利用

污泥中的無(wú)機(jī)物主要由硅、鐵、鋁和鈣等構(gòu)成，含量約為20%-30%。因此即使采用傳統(tǒng)的污泥焚燒工藝大幅度地實(shí)現(xiàn)污泥減量，但仍有較多以焚燒灰形式存在的無(wú)機(jī)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(jī)物和無(wú)機(jī)物，實(shí)現(xiàn)污泥資源化。

污泥的建材利用主要有：制輕質(zhì)陶粒、生產(chǎn)水泥、制熔融材料及熔融微晶玻璃等。污泥制輕質(zhì)陶粒，是直接以脫水污泥為原料，將粉末狀物料加熱到熔點(diǎn)以上，使一部分物料變成液相，冷卻后成為有相當(dāng)強(qiáng)度的固體，燒結(jié)后物料相互之間往往產(chǎn)生化學(xué)結(jié)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(shí)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(zhì)量比添加石灰并混合均勻，控制好溫度條件和焚燒時(shí)間可制得水泥[9]。

污泥制輕質(zhì)陶?？捎米骰炷恋墓橇稀⒙坊牧匣蚧ɑ芨采w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(qiáng)度、耐熱性優(yōu)良，可應(yīng)用于建筑內(nèi)外的裝飾材料；污泥生產(chǎn)水泥可用于素混凝土，地基的增強(qiáng)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(yīng)當(dāng)兼顧到環(huán)境生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，污泥的處理方法多種多樣，各有優(yōu)缺點(diǎn)，選用什么樣的方法不但與當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平有關(guān)外，還與污水處理工藝、污水來(lái)源等有很大關(guān)系。應(yīng)根據(jù)污水處理廠的具體情況進(jìn)行區(qū)別對(duì)待，統(tǒng)籌安排。

例如對(duì)于污水收集范圍內(nèi)無(wú)工業(yè)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(fù)合肥料后作為再生資源有效利用。

進(jìn)廠污水既有工業(yè)污水又有生活污水的，如果污泥中有機(jī)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(nóng)用污泥標(biāo)準(zhǔn)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(duì)于城市有垃圾發(fā)電項(xiàng)目的，可考慮將污泥加入穩(wěn)定劑后采用新技術(shù)脫水機(jī)將今水率降低至60%以下，作為覆蓋土填埋入垃圾場(chǎng)，可有效利用其中含有的有機(jī)成份，產(chǎn)生沼氣后用于發(fā)電，可低成本實(shí)現(xiàn)資源化目標(biāo)。

5、結(jié)語(yǔ)

“十二五”期間，節(jié)能減排工作的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)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?jiǎng)?chuàng)新思路，充分參考國(guó)內(nèi)外情況，結(jié)合自身實(shí)際情況，找出一條適合的技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)污泥處理的 “減量化、無(wú)害化、資源化“的目標(biāo)。

篇8

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.05.025

目前，中國(guó)中小城市供暖主要以小型熱水鍋爐為主，這就帶來(lái)了突出的環(huán)境問(wèn)題。每年冬季大量工業(yè)鍋爐運(yùn)行供暖時(shí)，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(jìn)入人體肺中，嚴(yán)重影響的居民的身體健康。

通過(guò)對(duì)多臺(tái)小型工業(yè)鍋爐測(cè)試對(duì)比，了解工業(yè)鍋爐的優(yōu)缺點(diǎn)，以便對(duì)節(jié)能減排提出建議。

1 目前工業(yè)鍋爐面臨問(wèn)題

在本市選取七臺(tái)不同型號(hào)及容量的工業(yè)鍋爐測(cè)試，，發(fā)現(xiàn)這七臺(tái)鍋爐普遍存在鍋爐燃燒效率較低，排煙溫度較高，過(guò)量空氣系數(shù)較大等問(wèn)題，測(cè)試工況如表1。由表1中看以看出排煙溫度較高或過(guò)量空氣系數(shù)較大的鍋爐，其鍋爐燃燒效率較低，進(jìn)而經(jīng)濟(jì)效益較差。

1.1 鍋爐燃燒效率低

本次測(cè)試的七臺(tái)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(jìn)入除塵設(shè)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(fù)荷，除塵器用電及磨損等增加；第三，由于除塵器不能對(duì)煙氣中的顆粒進(jìn)行有效脫出，使得排放的煙氣顆粒粒數(shù)增加，污染大氣環(huán)境；第四，由于用電量增加，耗煤量加大，直接導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益下降。

1.2 鍋爐排煙溫度較高

部分測(cè)試鍋爐排煙溫度過(guò)高，最高達(dá)到222.9℃，增加了鍋爐排煙損失，當(dāng)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(jiàn)，鍋爐排煙溫度過(guò)高直接導(dǎo)致鍋爐熱效率降低。

1.3 鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)較大

測(cè)試鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)較大，一般工業(yè)鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)在1.4稍大一點(diǎn)即可，本次測(cè)試鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)最大達(dá)到3.01，由于風(fēng)速較快，大量漂浮的焦炭顆粒在爐膛中未充分燃燒便進(jìn)入煙道，加大了固體未完全燃燒損失，由于過(guò)量空氣系數(shù)過(guò)大，增大了鍋爐風(fēng)機(jī)的耗電量，導(dǎo)致鍋爐經(jīng)濟(jì)效益降低。

2 改進(jìn)措施

針對(duì)本次測(cè)試鍋爐燃燒效率較低、過(guò)量空氣系數(shù)較高、排煙溫度較高的問(wèn)題提出改進(jìn)建議：

2.1 過(guò)量空氣系數(shù)適當(dāng)降低

一般工業(yè)鍋爐在1.4，由于每個(gè)鍋爐爐內(nèi)結(jié)構(gòu)不盡相同，可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況自行調(diào)節(jié)過(guò)量空氣系數(shù)，使焦炭在鍋爐內(nèi)有充分的燃盡時(shí)間。另外可以適當(dāng)設(shè)置二次風(fēng)，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(dāng)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(dá)到露點(diǎn)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(nèi)配風(fēng)均勻，以免形成死角造成煤炭燃燒不完全。由于本次測(cè)試鍋爐全部為鏈條爐，故鏈條移動(dòng)速度要控制在合理范圍內(nèi)，使得爐排上煤炭有充足的時(shí)間完全燃燒，而又不能時(shí)間太長(zhǎng)以免造成爐排浪費(fèi)。另外，盡量提高煤種品質(zhì)，使用含揮發(fā)分較高的煤種，減少燃盡時(shí)間，減少固體未完全燃燒損失。

3 結(jié)束語(yǔ)

總之，鍋爐熱效率是衡量鍋爐能量利用的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。工業(yè)鍋爐已經(jīng)可以向燃油燃?xì)忮仩t、水煤漿鍋爐、生物質(zhì)燃料鍋爐等方向發(fā)展。國(guó)內(nèi)仍需大力發(fā)展工I鍋爐高效燃燒和煙氣除塵、脫硫一體化等技術(shù)，想要鍋爐達(dá)到最佳的運(yùn)行方式，就需要找出影響鍋爐熱效率的關(guān)鍵因素，有針對(duì)性的整改，才能提高鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

篇9

1 概述

我國(guó)具有豐富的生物質(zhì)資源，不但數(shù)量巨大，而且分布廣泛，絕大部分沒(méi)有被合理應(yīng)用，造成資源的極大浪費(fèi)，生物質(zhì)電廠投產(chǎn)后，一則合理的利用了秸稈的熱值，節(jié)約了資源，二則創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本文結(jié)合某生物質(zhì)電廠秸稈倉(cāng)庫(kù)的情況對(duì)其消防進(jìn)行探討。

根據(jù)電廠對(duì)燃料的要求，本工程建有1座秸稈倉(cāng)庫(kù)，平面尺寸為145m×45m，室內(nèi)最大凈空高度13m，堆高6.5m，燃料最大堆料容積為50000m3，倉(cāng)庫(kù)為封閉式鋼架結(jié)構(gòu)。

廠區(qū)消防采用獨(dú)立的消防給水系統(tǒng)，平時(shí)由消防穩(wěn)壓給水設(shè)備維持管網(wǎng)壓力。電廠設(shè)有完善的消防系統(tǒng)，消防由城市消防大隊(duì)承擔(dān)，電廠內(nèi)部設(shè)有業(yè)余消防隊(duì)。

2 設(shè)計(jì)依據(jù)

由于目前沒(méi)有針對(duì)秸稈倉(cāng)庫(kù)的相關(guān)規(guī)范，因此本秸稈倉(cāng)庫(kù)的消防主要依據(jù)《小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50049-2011，以下簡(jiǎn)稱“小火規(guī)”）、《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50229-2006，以下簡(jiǎn)稱“火規(guī)”）、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2006，以下簡(jiǎn)稱“建規(guī)”）、《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50084-2001，2005年版，以下簡(jiǎn)稱“噴規(guī)”）及《固定消防炮滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50338-2003，以下簡(jiǎn)稱“炮規(guī)”）。

3 消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)特點(diǎn)

秸稈倉(cāng)庫(kù)作為電廠的主要燃料堆置地，具有以下特點(diǎn)：

a.秸稈質(zhì)地疏松，揮發(fā)分高，燃點(diǎn)低，易于自燃，一旦著火，燃燒速度快，蔓延迅速，輻射熱強(qiáng)，難以撲救，火勢(shì)很難控制。

b.空間大，初期火災(zāi)探測(cè)難度大，一旦探測(cè)到火災(zāi)，可能已經(jīng)迅速蔓延。

c.堆垛高度較高，堆積密度較大，一旦燃燒火勢(shì)兇猛，給人工滅火帶來(lái)困難。

綜合以往秸稈堆垛的火災(zāi)案例分析，秸稈堆垛發(fā)生火災(zāi)的原因主要有以下幾類：違章吸煙、自燃、外來(lái)火源、原料內(nèi)夾有火種及電氣原因等引起火災(zāi)。因此，秸稈倉(cāng)庫(kù)除了要滿足一般火力發(fā)電廠的防火要求外，還應(yīng)特別注重原料儲(chǔ)存及堆放的防火。

3.2 倉(cāng)庫(kù)消防系統(tǒng)選擇

根據(jù)秸稈倉(cāng)庫(kù)的規(guī)格及特點(diǎn)，對(duì)多種消防滅火方案進(jìn)行比較，見(jiàn)表1。

表1 秸稈倉(cāng)庫(kù)幾種滅火措施的比較

消防設(shè)計(jì)方案 優(yōu)缺點(diǎn) 適用條件

室內(nèi)外消火栓系統(tǒng) 系統(tǒng)簡(jiǎn)單，受倉(cāng)庫(kù)內(nèi)堆垛影響不能主動(dòng)有效滅火，滅火可靠性低，不能有效解決秸稈倉(cāng)庫(kù)的滅火問(wèn)題 不適用

自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng) 系統(tǒng)復(fù)雜，必須采取相應(yīng)技術(shù)措施控制秸稈倉(cāng)庫(kù)最大凈空高度≤12m，解決大空間集熱、聚熱問(wèn)題，但采用這些技術(shù)措施會(huì)增加工程投入或減少秸稈倉(cāng)庫(kù)的單位庫(kù)房面積的庫(kù)存量 凈空高度≤12m

大空間大流量智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng) 系統(tǒng)復(fù)雜，能早期自動(dòng)探測(cè)火災(zāi)，自動(dòng)滅火，定點(diǎn)滅火，滅火可靠性高，需要大流量噴頭多，智能型感煙探測(cè)組件多，工程造價(jià)高 適用

自動(dòng)消防炮智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng) 系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，消防炮能替代自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，能早期自動(dòng)探測(cè)火災(zāi)，自動(dòng)或手動(dòng)滅火，遠(yuǎn)程定點(diǎn)撲滅火災(zāi)，滅火可靠性高，消防炮數(shù)量少，智能型感煙探測(cè)組件少，工程造價(jià)低 適用

經(jīng)以上比較，筆者認(rèn)為秸稈倉(cāng)庫(kù)采用自動(dòng)消防炮智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)更為合理。

3.3 自動(dòng)消防炮智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)簡(jiǎn)介

自動(dòng)消防炮智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)是一套自動(dòng)尋的定位的噴水滅火系統(tǒng)，由火災(zāi)探測(cè)報(bào)警裝置、自動(dòng)滅火裝置、TV可視監(jiān)控系統(tǒng)、供水水源及供水管路等組成，該系統(tǒng)具有自動(dòng)控制、控制室遠(yuǎn)程控制及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急手動(dòng)控制三種控制方式，控制方式靈活。

該系統(tǒng)通過(guò)火災(zāi)探測(cè)裝置探知火災(zāi)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的大量紅外線，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，向控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)消防水炮，快速準(zhǔn)確的對(duì)準(zhǔn)火源進(jìn)行噴水滅火，同時(shí)啟動(dòng)消防泵，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴水滅火。

本系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是，探測(cè)系統(tǒng)組件能夠?qū)馂?zāi)的不同階段，如陰燃、生焰、烈焰、劇燃等各個(gè)階段均進(jìn)行分波段的可靠探測(cè)，能有效的將火災(zāi)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(cāng)庫(kù)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1 秸稈倉(cāng)庫(kù)消防水炮布置

本倉(cāng)庫(kù)平面尺寸為140m×45m，室內(nèi)最大凈空高度13m，堆高6.5m，最大堆料容積為5000 m3，火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為丙類，建筑物耐火等級(jí)為二級(jí)。根據(jù)“炮規(guī)”5.5.4規(guī)定，本倉(cāng)庫(kù)用水量消按2門(mén)水炮的水射流同時(shí)到達(dá)防護(hù)區(qū)內(nèi)任一部位的要求計(jì)算，且用水量不少于60L/s，水炮布置高度應(yīng)保證其射流不受阻擋。因此，本倉(cāng)庫(kù)選用流量為30 L/s的消防水炮。本倉(cāng)庫(kù)的消防炮布置采用吊裝形式安裝，滿足每門(mén)水炮的最大服務(wù)范圍，以使保護(hù)區(qū)域內(nèi)無(wú)一盲點(diǎn)。

圖1為本倉(cāng)庫(kù)消防炮布置圖，水炮型號(hào)為ZDM S0.8/30 SYA，共設(shè)置4門(mén)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(zhuǎn)角度為±180°，垂直旋轉(zhuǎn)角度為-90°～+30°，安裝高度為12.3m。

消防炮布置時(shí)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(shí)還應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況綜合考慮。

4 小結(jié)

針對(duì)秸稈倉(cāng)庫(kù)的特點(diǎn)，從有效、可靠、安全、經(jīng)濟(jì)等方面綜合考慮，秸稈倉(cāng)庫(kù)消防應(yīng)考慮設(shè)置自動(dòng)消防炮智能型主動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)既具有傳統(tǒng)閉式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的自動(dòng)探測(cè)火源和自動(dòng)滅火的特點(diǎn)，又克服了閉式噴頭在大空間場(chǎng)所感溫困難的缺點(diǎn)，尤其適用于空間高度高、容積大、傳統(tǒng)閉式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)不適用的場(chǎng)所。

由于國(guó)內(nèi)目前尚沒(méi)有大型秸稈倉(cāng)庫(kù)的設(shè)計(jì)規(guī)范，倉(cāng)庫(kù)的火災(zāi)危險(xiǎn)性定性，滅火方式還應(yīng)取得當(dāng)?shù)叵啦块T(mén)的認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB50016-2006，建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范 [ S ]

[2] GB50229-2006，火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范 [ S ]

篇10

向綠色能源經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型需要更大的動(dòng)力和對(duì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的徹底轉(zhuǎn)變。盡管在一些領(lǐng)域有了進(jìn)展，現(xiàn)有的政策和戰(zhàn)略仍然不足以解決綠色能源經(jīng)濟(jì)面臨的世界性問(wèn)題。這些問(wèn)題說(shuō)明人類社會(huì)產(chǎn)生了過(guò)多無(wú)用的綠色能源政策和低碳科技，但同時(shí)也加強(qiáng)了我們對(duì)綠色能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變相關(guān)政策的效果、用途、復(fù)雜性的理解。

總的來(lái)說(shuō)，我們需要更強(qiáng)的領(lǐng)導(dǎo)力、更積極的政治環(huán)境、縝密的評(píng)估、有效的多層管理、國(guó)內(nèi)國(guó)外合作、經(jīng)濟(jì)與能源系統(tǒng)整合等來(lái)應(yīng)對(duì)向綠色能源經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型遇到的眾多難題。本文研究的目的是總結(jié)綠色能源技術(shù)的最新進(jìn)展，為國(guó)家綠色能源經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型提供最新的技術(shù)支持。

2納米技術(shù)在能量?jī)?chǔ)存方面的應(yīng)用

能量?jī)?chǔ)存無(wú)疑是21世紀(jì)最大的挑戰(zhàn)之一。為了應(yīng)對(duì)現(xiàn)代社會(huì)的需要和日益突出的生態(tài)問(wèn)題，對(duì)于新型的、低廉的、環(huán)保的能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存設(shè)備需求緊迫，促使了這個(gè)領(lǐng)域研究發(fā)展迅速。這些設(shè)備的性能與其本身使用材料的性質(zhì)密切相關(guān)。而近幾年，納米結(jié)構(gòu)的材料因其非同尋常的機(jī)械、電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)而備受矚目。認(rèn)識(shí)到納米材料在能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存中的優(yōu)缺點(diǎn)，以及如何控制它們的性質(zhì)和合成同樣至關(guān)重要。鋰離子電池是當(dāng)今材料電化學(xué)的一大成功。然而，依靠現(xiàn)有的電極和電解質(zhì)材料，電池的性能已經(jīng)達(dá)到極限。為了突破這個(gè)極限，其中一條可行的思路就是運(yùn)用納米材料。

使用納米級(jí)的傳統(tǒng)陰極材料有很多缺點(diǎn)，但是陰極依然有進(jìn)步的空間。一種有關(guān)硅納米柱的方法已經(jīng)在陰極材料中運(yùn)用；另一種由五氧化二釩或者LiMn2O4形成的微纖維納米結(jié)構(gòu)也有上述硅材料的優(yōu)點(diǎn)：兼顧體積改變并允許高的反應(yīng)速度。再者，二級(jí)納米陽(yáng)極材料與二級(jí)納米陰極材料的研究工作也在同時(shí)進(jìn)行。傳統(tǒng)觀念認(rèn)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(guò)程必須是單相的。但是現(xiàn)在出現(xiàn)了很多反例：即使反應(yīng)中有相轉(zhuǎn)變，鋰離子的嵌入反應(yīng)仍然很快。除此之外，LiFePO4的例子也表明了納米電極材料的優(yōu)勢(shì)。納米結(jié)構(gòu)擴(kuò)展了陰極材料的范圍。

鋰離子電池的進(jìn)步也同樣依賴于電解質(zhì)的發(fā)展。固體聚合物電解質(zhì)是目前最有前景的材料，因?yàn)樗鼈兩a(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單、形狀和大小可控、能量密度高，并且可以實(shí)現(xiàn)電池全固態(tài)。然而其在室溫下很低的離子電導(dǎo)性依然是技術(shù)的瓶頸。晶化的聚合物電解質(zhì)以前被認(rèn)為是絕緣體，但是最近的研究表明有些復(fù)合物有顯著增加的導(dǎo)電性?，F(xiàn)有材料的電導(dǎo)性還不足以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的水平，但是這些材料為進(jìn)一步的提高開(kāi)拓了新思路。

總的來(lái)說(shuō)，把材料從正常大小變?yōu)榧{米級(jí)會(huì)顯著改變它們的性質(zhì)，自然也就會(huì)改變它們作為能量?jī)?chǔ)存和轉(zhuǎn)換設(shè)備材料的性能。有時(shí)唯一的影響就是簡(jiǎn)單改變粒子大小而產(chǎn)生；而對(duì)于具有特殊結(jié)構(gòu)的納米材料，情況可能更為復(fù)雜。由粒子更小引起的空間限制和表面積改變會(huì)影響材料的很多性質(zhì)，這使我們更迫切地需要發(fā)展新的理論或者改進(jìn)現(xiàn)有體相材料的理論。這是材料化學(xué)和表面科學(xué)的交叉學(xué)科，這兩個(gè)學(xué)科對(duì)于研究納米材料都很重要。

3高效太陽(yáng)能電池的商業(yè)化前景

利用太陽(yáng)能來(lái)生產(chǎn)電能是解決世界能源問(wèn)題最好的辦法之一。然而，為了與傳統(tǒng)能源競(jìng)爭(zhēng)，太陽(yáng)能電池本身必須足夠可靠和價(jià)格相對(duì)低廉。有幾種類型的太陽(yáng)能電池被廣泛研究，包括晶圓、薄膜、有機(jī)太陽(yáng)能電池，并在太陽(yáng)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(zhuǎn)化效率。

圖12014年光伏產(chǎn)業(yè)各材料占比情況

在光伏產(chǎn)業(yè)中，薄膜電池公司發(fā)展迅速；2001～2009年，100家公司進(jìn)入了此領(lǐng)域，能量產(chǎn)值從14MW上升到2141MW。在長(zhǎng)期發(fā)展中，如果薄膜光伏技術(shù)的效率和可靠性夠高，它被預(yù)測(cè)會(huì)超過(guò)晶體硅技術(shù)。然而與之相對(duì)的情況是，投資者擔(dān)心晶體硅的發(fā)展會(huì)壓制薄膜技術(shù)（如圖1所示）。薄膜技術(shù)在2009年開(kāi)始衰落，因?yàn)樗染w硅更貴，效率和可靠性更低。在其市場(chǎng)占額減小的情況下，一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)是：目前薄膜技術(shù)沒(méi)有成功替代晶體硅，但是它在炎熱的陽(yáng)光地帶仍然有很大的優(yōu)勢(shì)。具有更好溫度系數(shù)和合適轉(zhuǎn)化效率的薄膜電池在一些極端環(huán)境下確實(shí)好于晶體硅電池。

4生物能和廢物處理系統(tǒng)

由于全球性的污染和人為活動(dòng)，水在某些地區(qū)非常稀缺。對(duì)清潔水源的需求和人們對(duì)環(huán)境的重視導(dǎo)致了循環(huán)水的使用量增加。因此，混合廢水處理系統(tǒng)等先進(jìn)有效的處理技術(shù)在近些年得到了廣泛關(guān)注。由于對(duì)全球的環(huán)境和能源問(wèn)題的持續(xù)關(guān)注，可持續(xù)和環(huán)保的新型廢水處理技術(shù)都得到了發(fā)展。因此，很多機(jī)構(gòu)的工作重心都放在了研究高效節(jié)能的混合處理系統(tǒng)上。某些先進(jìn)的混合技術(shù)，例如微生物燃料電池，甚至可以從廢水中生產(chǎn)能量。

一個(gè)混合能源系統(tǒng)通常有兩個(gè)或兩個(gè)以上的能量源一起使用來(lái)節(jié)省燃料和提高系統(tǒng)效率。而在混合廢水處理系統(tǒng)中，大多數(shù)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(xué)處理單元、物理處理單元。選擇何種混合系統(tǒng)取決于廢水中的成分。生物處理經(jīng)常用于清除有機(jī)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(zhì)；化學(xué)處理一般處理金屬離子。大多數(shù)廢水含有多種物質(zhì)，因此需要用混合系統(tǒng)來(lái)徹底的凈化。

（1）物理-生物混合系統(tǒng)可以在含有懸浮物、油污、有機(jī)和無(wú)機(jī)雜質(zhì)的廢水中運(yùn)用。最常見(jiàn)的例子包括膜生物反應(yīng)器（MBR）：一種結(jié)合生物降解法和膜過(guò)濾法的反應(yīng)器。這種反應(yīng)器可以降低化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氨氮含量（NH3-N）。MBR的優(yōu)勢(shì)有：可以處理有機(jī)物含量大的廢水，提高凈水效率，延長(zhǎng)固體停留時(shí)間使硝化反應(yīng)更完全。

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

1）化學(xué)凝聚和沉降——用藥品來(lái)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(zhì)。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(jiàn)的用臭氧來(lái)殺菌和氧化有機(jī)物的方法。例如，將臭氧化-吸附混合系統(tǒng)加入自養(yǎng)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(jié)合在一起。在除鹽過(guò)程中，RED利用鹽濃度梯度發(fā)電，兩者的結(jié)合可以大大減少能量消耗。

（3）化學(xué)-生物系統(tǒng)通常用于除去氮、磷、難處理的毒性有機(jī)物等。帶有氧化功能的混合系統(tǒng)可以在短時(shí)間內(nèi)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(jī)廢物轉(zhuǎn)化為電能，在處理系統(tǒng)中使用它可以增加凈水效率并降低處理成本。

（4）當(dāng)廢水中的污染物種類很多時(shí)，就要用到物理-化學(xué)-生物混合系統(tǒng)。例如，薄膜-絮凝-吸附-生物反應(yīng)器（MCABR）可以有效除去有機(jī)物。其中有四種機(jī)理：膜過(guò)濾、微生物降解、聚氯化鋁沉降、活性炭吸附。

5結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，綠色能源技術(shù)已經(jīng)得到長(zhǎng)足發(fā)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(zhuǎn)換技術(shù)，其轉(zhuǎn)換效率比熱機(jī)高并且污染小。出于對(duì)成本和運(yùn)行環(huán)境的考慮，某些情況下的固氧燃料電池需要相對(duì)低的運(yùn)行溫度。在不懈的研究工作下，某些電池的運(yùn)行溫度已經(jīng)可以達(dá)到600℃以下，而且通過(guò)改進(jìn)加工工藝和研究新的電解質(zhì)材料可以進(jìn)一步降低運(yùn)行溫度，從而達(dá)到400℃～500℃的更低溫。未來(lái)幾年內(nèi)，低溫固氧燃料電池及其材料仍會(huì)備受矚目，并且其商業(yè)化的趨勢(shì)會(huì)更顯著。

除了能量轉(zhuǎn)換，研究低廉環(huán)保的能量?jī)?chǔ)存裝置也是綠色能源的一大重點(diǎn)。鋰離子電池是一大成功，然而為了突破現(xiàn)有性能的瓶頸，人們開(kāi)始關(guān)注納米材料。納米材料具有非同尋常的性質(zhì)，它在某些情況下被證明可以提高電池性能，而且擴(kuò)展了可用材料的范圍。然而人們對(duì)納米反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理的了解還是很少，這個(gè)領(lǐng)域仍然有很多工作要做。為了實(shí)現(xiàn)更大的發(fā)展，我們需要發(fā)展新的材料和反應(yīng)理論。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，解決能源危機(jī)的最好方案之一是使用太陽(yáng)能。對(duì)于薄膜太陽(yáng)能電池，其中的CIGS和碲化鎘電池都已經(jīng)達(dá)到了很好的轉(zhuǎn)化效率，然而相關(guān)元素低產(chǎn)量仍然限制了大規(guī)模商業(yè)化。有關(guān)新型薄膜光伏電池的研究也在進(jìn)行中。盡管薄膜太陽(yáng)能電池可能在市場(chǎng)配額上可能無(wú)法超過(guò)晶體硅電池，但是在特殊環(huán)境下薄膜太陽(yáng)能電池有著無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)。