生物質(zhì)氣化爐原理精選(九篇)

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第1篇：生物質(zhì)氣化爐原理范文

【關(guān)鍵詞】生物質(zhì)氣化混燃發(fā)電；氣化爐；自動控制；系統(tǒng)研究

[Abstract]biomass gasification mixed combustion power generation is an effective way to use biomass energy and conventional fossil energy， but also can control the emission of SO2， NOX、N2O and CO， and even toxic pollutants. In the mixed fuel power generation system of biomass gasification， gasification furnace is the core technology of biomass gasification in the equipment， the automatic control technology is a key factor to determine the system stable and efficient operation， efficient and clean utilization of raw materials can. This article is based on the established biomass gasification equipment， combined with biomass gasification + coal coupled power generation technology requirements， starting from the principle of biomass gasification， launch control research for the influence factors of gasification and biomass gasification + coal coupled power generation applications， and gives the design of automatic control of mixed combustion of biomass gasification power generation process gasification furnace.

[Key words] biomass gasification mixed combustion power generation； gasifier； automatic control； system research

引言

如果l電企業(yè)能夠利用農(nóng)林廢棄物發(fā)電，對促進(jìn)節(jié)能減排和合理控制能源消費(fèi)總量具有積極作用，而采用氣化技術(shù)產(chǎn)生的生物質(zhì)可燃?xì)馊〈糠皱仩t用煤，充分利用燃煤機(jī)組高發(fā)電效率，這種“生物質(zhì)能氣化+煤”耦合式發(fā)電方式，生物質(zhì)綜合發(fā)電效率在30%以上，高于現(xiàn)有的生物質(zhì)直燃發(fā)電（20～25%），減少了化石燃料產(chǎn)生的污染物排放量，符合火力發(fā)電能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的要求，也能滿足國家能源局印發(fā)的《可再生能源配額制指導(dǎo)意見》規(guī)定非水電新能源發(fā)電配額的要求。

1.生物質(zhì)氣化工藝流程

1.1生物質(zhì)的貯存系統(tǒng)

加工成型的生物質(zhì)物料，由外界通過運(yùn)輸車輛送到生物質(zhì)貯存?zhèn)}庫，在貯存前，生物質(zhì)原料須進(jìn)行稱重、取樣。生物質(zhì)原料品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)為生物質(zhì)水分和熱值，在生物質(zhì)貯存?zhèn)}庫內(nèi)配有裝載機(jī)，抓斗旋轉(zhuǎn)裝置，通過這些裝置，生物質(zhì)被送到進(jìn)料振動篩，生物質(zhì)經(jīng)過振動篩網(wǎng)，過濾掉不合格的生物質(zhì)料，再通過螺旋輸送機(jī)，長距離輸送皮帶將生物質(zhì)送到加壓系進(jìn)料系統(tǒng)的常壓料倉。

1.2加壓進(jìn)料系統(tǒng)

存放在常壓料倉的生物質(zhì)料，通過進(jìn)料裝置和閥門進(jìn)入到生物質(zhì)鎖斗，鎖斗裝滿生物質(zhì)料后，通過控制系統(tǒng)用氮?dú)猓ǖ獨(dú)庥晒霉こ讨频到y(tǒng)供應(yīng)）對鎖斗充壓，當(dāng)生物質(zhì)在鎖斗內(nèi)壓到0.1～0.3MPa時(shí)（與氣化爐壓保持一致），鎖斗加壓完成，生物質(zhì)通過下料閥和下料裝置，進(jìn)入到加壓給料倉，在加壓給料倉的底部，有兩組螺旋輸送機(jī)，生物質(zhì)料由這兩組螺旋輸送機(jī)分兩路進(jìn)入到生物質(zhì)氣化爐進(jìn)行持續(xù)進(jìn)料。生物質(zhì)鎖斗在完成卸料后，鎖斗將會進(jìn)行卸壓至常壓狀態(tài)，再重新進(jìn)料，充壓，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)物料輸送，每個(gè)小時(shí)完成約兩次循環(huán)，每次進(jìn)料量可維持氣化爐滿負(fù)荷運(yùn)行30分鐘。

1.3生物質(zhì)氣化爐及氣體凈化系統(tǒng)

氣化爐是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。根據(jù)操作條件的差別，氣化爐分為固定床氣化爐和流化床氣化爐兩種類型。本文建議采用富氧加壓循環(huán)流化床氣化爐，相比常規(guī)循環(huán)流化床氣化爐在處理規(guī)模、氣化效率、燃?xì)馄焚|(zhì)等方面具有較為顯著的優(yōu)勢。富氧加壓循環(huán)流化床的加壓氣化增加了反應(yīng)的濃度和反應(yīng)速度，大幅度增加了處理量，且反應(yīng)溫度高，碳轉(zhuǎn)化率95%以上。工作壓力在0.3MPa時(shí)，如果處理量為530噸/天，加壓后發(fā)電功率提高2%（折合300KW/h）。在同等裝機(jī)容量、同等工程條件下，加壓氣化總體投資比常壓循環(huán)流化床氣化低。

氣化爐爐型為流化床，從加壓給料倉來的生物質(zhì)分成兩路從氣化爐的下部進(jìn)入爐膛反應(yīng)區(qū)；在氣化爐的底部，空氣，氧（水蒸氣根據(jù)生物質(zhì)成分按比例加入）作為氣化劑進(jìn)入爐膛，生物質(zhì)在爐膛內(nèi)和空氣，氧氣充分混合，形成一種沸騰流化狀態(tài)（氣化反應(yīng)溫度約為700～980℃，氣化壓力0.1～0.3MPa）；同時(shí)，爐內(nèi)的高溫床料也充分起來了傳熱和傳質(zhì)的作用，加速了氣化反應(yīng)的進(jìn)程，氣化最終生成高溫可燃?xì)狻?/p>

化學(xué)方程如下：

主要?dú)饣磻?yīng)：C + O2 C O2+Q

2C + O2 2CO+Q

C + H2O CO+H2-Q

2CO + O2 2CO2+Q

CO2 + C 2CO-Q

C + 2H2 CH4+Q

生物質(zhì)裂解反應(yīng)：生物質(zhì)CO+H2+CH4+N2+CnHm（少量焦油）

因生物質(zhì)原料含有一定比例的灰分，在氣化過程中產(chǎn)生的灰渣，一部分由氣化爐底部排出，冷卻后送到貯存系統(tǒng)；另一部分則隨著可燃?xì)膺M(jìn)入到下游分離裝置-旋風(fēng)分離器，進(jìn)入旋風(fēng)分離器的高溫合成氣在離心力的作用下，進(jìn)行氣體和固體分離，固體灰從旋風(fēng)分離器底部經(jīng)過冷卻后排出，送到貯存系統(tǒng)。可燃?xì)鈩t從旋風(fēng)分離器的頂部出來，進(jìn)入到下游的余熱回收系統(tǒng)。

表1 氣化爐出口典型可燃?xì)饨M成表

可燃?xì)饨M成 CO H2 CH4 N2 CO2 H2O 焦油量 粉塵量

含量%（vol） 24.2 17 4.5 28.6 13.1 12.6

可燃?xì)鉄嶂?6487KJ/Nm3（1552kcal/Nm3）

1.4余熱回收裝置系統(tǒng)

經(jīng)過旋風(fēng)除塵后的可燃?xì)鉁囟燃s為850～900℃，氣體溫度較高，且體積較大，在送入電廠燃煤鍋爐前為減小設(shè)備w積，降低輸送氣體管道的設(shè)備材質(zhì)等級要求，同時(shí)保證可燃?xì)庵械慕褂筒划a(chǎn)生冷凝，高溫可燃?xì)馔ㄟ^余熱回收裝置熱量回收的方式降溫到400℃左右，余熱回收裝置生成的低壓水蒸汽并入電廠管網(wǎng)系統(tǒng)，氣化爐用除鹽水由電廠公用系統(tǒng)供應(yīng)。

1.5可燃?xì)獾妮斔秃腿紵到y(tǒng)

經(jīng)過除塵和余熱回收后的可燃?xì)?，溫度約為400℃，煙氣中的焦油在300℃以上成氣態(tài)，壓力（0.1～0.3MPa），氣體經(jīng)過經(jīng)過在線的氣體成分、溫度及流量計(jì)量計(jì)算得出輸入鍋爐的總熱量，再送到燃煤鍋爐前獨(dú)立的燃?xì)馊紵?，通過鍋爐燃燒器燃?xì)膺M(jìn)入鍋爐和煤粉一起燃燒發(fā)電。在事故情況下，可燃?xì)饪赏ㄟ^緊急的排放火炬及切斷系統(tǒng)，如鍋爐MFT，氣化系統(tǒng)的安全保護(hù)動作將觸發(fā)氣化爐緊急停車，氣化系統(tǒng)將與鍋爐系統(tǒng)切斷隔離，可燃?xì)鈱⒁涟踩珔^(qū)域火炬放空，且系統(tǒng)自動進(jìn)行氮?dú)庵脫Q的保護(hù)程序，煤氣放散裝置設(shè)有點(diǎn)火裝置和氮?dú)鉁缁鹪O(shè)施。

2.生物質(zhì)氣化過程的主要影響因素

生物質(zhì)氣化反應(yīng)復(fù)雜，氣化機(jī)理研究較為困難，反應(yīng)過程受到的影響因素較多。針對既定的氣化裝置及生物質(zhì)顆粒，其影響因素主要為氣化溫度、時(shí)間、壓力。在生物質(zhì)氣化過程中，氣化溫度是一個(gè)很重要的參數(shù)，溫度的高低不但會影響產(chǎn)氣的速率，而且對物料反應(yīng)過程中的吸放熱等可逆反應(yīng)也一定的影響，從而最終影響到氣化產(chǎn)物分布、產(chǎn)品氣的組成、產(chǎn)氣率、熱解氣熱值。此外，反應(yīng)時(shí)間是決定二次反應(yīng)過程的主要因素，一般溫度大于700℃時(shí)，氣化過程初始產(chǎn)物（揮發(fā)性物質(zhì)）的二次裂解受停留時(shí)間的影響很大，在8s左右，可接近完全分解，使氣體產(chǎn)率明顯增加，所以必須考慮停留時(shí)間對氣化效果的影響。壓力方面，采用加壓氣化技術(shù)可以改善流化質(zhì)量，壓力增大，裂解反應(yīng)加強(qiáng)，產(chǎn)生的焦油量和氣相濃度都減小。所以，操作壓力提高，一方面能提高生產(chǎn)能力，另一方面能減少帶出物損失。

3.過程控制系統(tǒng)

生物質(zhì)氣化混燃發(fā)電的生產(chǎn)裝置及公用工程等輔助裝置都采用現(xiàn)場總線、DCS、EDS和PLC進(jìn)行監(jiān)控和聯(lián)鎖。個(gè)別輔助裝置也可設(shè)置常規(guī)儀表盤。由于裝置中可能泄露可燃?xì)怏w及有毒氣體，也可考慮設(shè)有可燃?xì)怏w檢測器及相應(yīng)的毒氣檢測器。

3.1氣化爐安全穩(wěn)定運(yùn)行控制系統(tǒng)

設(shè)置一個(gè)中央控制臺（CCS），中央控制臺內(nèi)設(shè)有DCS和ESD操作站、輔助操作站等人機(jī)接口，對燃料的輸送、加壓、進(jìn)料、氣化，余熱回收裝置和公用設(shè)施進(jìn)行操作控制管理。此外，還應(yīng)設(shè)有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行先進(jìn)控制（APC）和實(shí)時(shí)優(yōu)化（RT-OPT）管理。中央控制臺集計(jì)算機(jī)控制、計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制（SCS）和全裝置的管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（TCS）于一體。

DCS系統(tǒng)及儀表電源均由不中斷供電裝置（UPS）供給，要求在外電源斷電后，整個(gè)儀表及DCS能供30分鐘的備用量。儀表空氣由電廠配送過來緩沖罐送往氣化系統(tǒng)各裝置，氣化罐容量應(yīng)滿足全裝置停電后30分鐘用量。

氣化裝置的重要的安全聯(lián)鎖系統(tǒng)采用三重化冗余系統(tǒng)（即緊急停車系統(tǒng)ESD），對安全聯(lián)鎖系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)采用3取2表決處理。聯(lián)鎖系統(tǒng)的重要輸出采用雙電磁閥的結(jié)構(gòu)。ESD系統(tǒng)具備與DCS進(jìn)行高速通訊的能力，能夠及時(shí)把聯(lián)鎖系統(tǒng)的工藝參數(shù)告訴操作員，又能及時(shí)接受DCS的指令。為確保氣化爐運(yùn)行穩(wěn)定性，控制平臺還將對生物質(zhì)燃料流量中值選擇，氧/燃料比參數(shù)以及氣化爐負(fù)荷進(jìn)行控制和調(diào)整。

3.1.1生物質(zhì)燃料流量中值選擇。

生物質(zhì)燃料流量的控制是采用變頻電機(jī)調(diào)節(jié)生物質(zhì)燃料泵轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。為了增加生物質(zhì)燃料流量測量的可靠性，對生物質(zhì)燃料流量設(shè)計(jì)了中值選擇回路。對生物質(zhì)燃料流量（三個(gè)電磁流量計(jì)）輸入DCS進(jìn)行計(jì)算，取中間值即中值作為生物質(zhì)燃料流量的最終值。在DCS上可選擇上述三個(gè)流量或中值為輸入值經(jīng)PID調(diào)節(jié)控制生物質(zhì)燃料給料器的轉(zhuǎn)速。

3.1.2氧/生物質(zhì)燃料比參數(shù)。

氧/生物質(zhì)燃料比的自動控制，采用標(biāo)準(zhǔn)比例功能和內(nèi)部儀表的比例計(jì)算來保證氧/生物質(zhì)燃料比穩(wěn)定。氧/生物質(zhì)燃料比手動給出，經(jīng)乘法器（生物質(zhì)燃料流量乘以氧/生物質(zhì)燃料比）計(jì)算出氧量流量，作為氧氣單參數(shù)控制回路的遠(yuǎn)程給定。如果生物質(zhì)燃料流量發(fā)生變化，通過氧/生物質(zhì)燃料比自動控制。根據(jù)實(shí)測的生物質(zhì)燃料流量計(jì)算出氧量流量，經(jīng)PID調(diào)節(jié)后的輸出值來控制氧氣調(diào)節(jié)閥的動作。如果氧氣流量發(fā)生變化，通過氧/生物質(zhì)燃料比自動控制，計(jì)算出相應(yīng)的生物質(zhì)燃料流量，經(jīng)PID調(diào)節(jié)后的輸出值來控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，使生物質(zhì)燃料流量按氧/生物質(zhì)燃料比變化。

3.1.3氣化爐負(fù)荷的控制。

氣化爐生產(chǎn)負(fù)荷的控制，氣化爐負(fù)荷手動給出，為了防止負(fù)荷大幅度波動，設(shè)置速度限制器，將負(fù)荷每分鐘的變化限制在一定范圍內(nèi)。為了防止氧氣過量，設(shè)置高低選擇器。在生物質(zhì)燃料回路上設(shè)置高選器，將計(jì)算出的生物質(zhì)燃料量和負(fù)荷給定的燃料量作比較，取高者作為生物質(zhì)燃料回路遠(yuǎn)程給定的最終值。在氧氣回路上設(shè)計(jì)低選器，將生物質(zhì)燃料量和負(fù)荷給定的生物質(zhì)燃料流量作比較，將其低者作為氧氣回路的給定值。這樣當(dāng)?shù)拓?fù)荷時(shí)，生物質(zhì)燃料流量大于負(fù)荷給定值，被高選器選中，先提生物質(zhì)燃料流量，經(jīng)氧/生物質(zhì)燃料比控制，氧氣流量隨之變化。當(dāng)降負(fù)荷時(shí)，氧氣流量低于負(fù)荷給定值，被低選器選中，先降氧氣流量，經(jīng)氧/生物質(zhì)燃料比控制，生物質(zhì)燃料流量隨之下降。

3.2輔助控制系統(tǒng)

輔助控制系統(tǒng)采用PLC控制，并與DCS通過通訊及硬接線連接，在DCS上完成監(jiān)視及操作。輔助控制系統(tǒng)推薦采用同一品牌的PLC系統(tǒng)以利于運(yùn)行維護(hù)。

3.3緊急操作臺

當(dāng)分散控制系統(tǒng)（DCS）發(fā)生通訊故障或操作員站全部故障時(shí)，可以通過緊急操作臺實(shí)現(xiàn)安全停爐。安裝在操作臺上實(shí)現(xiàn)緊急安全停爐所必需的后臺監(jiān)控設(shè)備主要有：手動停爐、放空閥、火炬點(diǎn)火等操作按鈕，對有可能發(fā)生燃?xì)庑孤┑奈恢镁O(shè)置燃?xì)庑孤﹫?bào)警設(shè)備。

總之，針對既定的生物質(zhì)氣化混燃發(fā)電系統(tǒng)采用分散控制系統(tǒng)（DCS）控制[包括：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、鍋爐安全保護(hù)系統(tǒng)（FSSS）及電氣控制系統(tǒng)（ECS）等]，個(gè)輔助系統(tǒng)（制氧、制氮、空壓機(jī)、除灰及輸料等）為隨系統(tǒng)帶來的PLC控制，在DCS上完成全廠監(jiān)視及操作完全滿足設(shè)計(jì)需求，為生物質(zhì)氣化混燃發(fā)電的推廣應(yīng)用從控制角度提供了一種有益的思路和方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]張瑞祥.生物質(zhì)發(fā)電氣化過程機(jī)理分析與建模研究[D].華北電力大學(xué)（河北），2008.

第2篇：生物質(zhì)氣化爐原理范文

關(guān)鍵詞:生物質(zhì);熱解爐;產(chǎn)氣率;熱值

中圖分類號:7Q545

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1005-569X(2010)05-0126-03

1 引言

能源與環(huán)境是當(dāng)今社會發(fā)展的兩大主題。經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展以能源為重要動力,在可持續(xù)發(fā)展觀點(diǎn)不斷深入人心的時(shí)代背景下,可再生能源逐步受到人們的高度關(guān)注,而生物質(zhì)能作為可再生能源家族中的一員,因其存儲量大、可再生、利用方式多元化等可持續(xù)發(fā)展特性在當(dāng)今社會能源領(lǐng)域占據(jù)了重要的地位[1]。從20世紀(jì)80 年代初開始, 經(jīng)過近20 年的努力, 我國生物質(zhì)氣化技術(shù)已逐步發(fā)展起來。我國自行研制的集中供氣和戶用氣化爐產(chǎn)品已進(jìn)入實(shí)用化試驗(yàn)及示范階段, 形成了多個(gè)系列的爐型, 可滿足多種物料的氣化要求, 在生產(chǎn)、生活用能、發(fā)電、干燥、供暖等領(lǐng)域得到利用。但與國外先進(jìn)水平相比,仍有較大差距[2]。目前,我國生物質(zhì)熱解氣化技術(shù)存在的主要問題有:①燃?xì)鉄嶂灯?。一般約為4500~5000kJ/m3;②焦油含量偏高。一般均超過國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)倍之多,影響居民正常使用;③燃?xì)庵泻趿枯^高,安全隱患大。有的熱解氣含氧量高達(dá)近3.5~4.0%,非常接近發(fā)生爐煤氣的爆炸下限;④污水排放引起環(huán)境污染。目前的熱解氣凈化多采用水洗,這不僅會溶解可燃?xì)庠斐衫速M(fèi),吸附的焦油還會造成水體污染;⑤缺乏對氣化、凈化設(shè)備技術(shù)性能參數(shù)的系統(tǒng)測試等[3~5]。

總之,我國的生物質(zhì)氣化技術(shù)水平仍處于初級階段,其氣化產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、氣化設(shè)備的性能和可靠性、運(yùn)行參數(shù)的合理確定、燃?xì)獾陌踩褂?、環(huán)境污染問題等,均是影響該技術(shù)推廣使用的問題,亟待進(jìn)行研究解決。

2 熱解爐的工作原理

熱解爐內(nèi)燃料層自上而下可以分為3層:干燥層、熱解層和氣化層(包括氧化層和還原層),運(yùn)行穩(wěn)定時(shí),一定粒度的生物質(zhì)原料進(jìn)入氣化裝置后首先在干燥層燥,隨著料層的下落,伴隨溫度的升高,析出揮發(fā)分,并在高溫下裂解(熱解) [6,7]。裂解后的氣體和炭在氧化層與供入的氣化介質(zhì)(空氣)發(fā)生氧化反應(yīng)并燃燒,燃燒放出的熱量用于維持干燥、熱解和還原反應(yīng)。氧化后的氣體含有一些不可燃?xì)怏w,如:CO2、H2O等,經(jīng)還原反應(yīng)減少其含量。最終生成了含有一定量的CO、H2、CH4及部分不飽和烴CmHn的混合氣體,凈化后即可燃用[8]。干燥的燃料在熱解過程中產(chǎn)生CO、CO2、H2 ,焦油蒸氣及少量的CH4、CmHn等氣體以及固體焦[9]。隨后,固體焦發(fā)生如下的氧化,還原反應(yīng)[10]。

氧化階段:C+O2=CO2+408.84kJ

2C+O2=2CO+246.44kJ

還原階段:C+CO2=2CO-162.41kJ

H2O+C=CO+H2-118.82kJ

2H2O+C=CO2+2H2-75.24kJ

H2O+CO=CO2+H2-43.58kJ

3 上吸式生物質(zhì)固體廢物熱解爐的設(shè)計(jì)

3.1 熱解氣化爐氣化劑需要量的計(jì)算

3.1.1 秸稈完全燃燒所需的空氣量

秸稈含有碳、氫、氧、氮、硫等元素,由于氮和硫的含量非常低,所以,研究中不考慮氮、硫與氧的燃燒反應(yīng),只考慮碳、氫與氧的燃燒反應(yīng)[11]。

碳完全燃燒的反應(yīng):

C+O2=CO2

12.000kg 22.400m3

1kg碳完全燃燒需要1.866m3氧氣

氫燃燒的反應(yīng):

4H+O2=2H2O

4.032kg22.400m3

1kg氫燃燒需要5.550m3氧氣

1kg原料中已經(jīng)含有氧[O],相當(dāng)于已經(jīng)供給[O]×22.4/32=0.700[O]m3氧氣,氧氣占空氣的21%,所以玉米秸稈完全燃燒所需的空氣量V(m3/kg)=(1.866[C]+5.55[H]-0.7[O])/0.21。

表1 玉米秸稈的元素分析(干燥基)

元素[C][H][O][N][S]灰分

含量/%45.436.2446.360.920.170.88

由表1可知,玉米秸稈所含主要元素的含量為[C]=45.43%,[H]=6.24%,[O]=46.36%,[N]=0.92%。

玉米秸稈完全燃燒所需的空氣量[12]V=(1.866[C]+5.550[H]-0.700[O])/0.21=(1.866×45.43%+5.55×6.24%-0.700×46.36%)/0.21=4.143m3/kg

3.1.2 秸稈氣化所需的空氣量

圖1中的曲線為生物質(zhì)氣化時(shí)空氣的當(dāng)量比與產(chǎn)出氣成分之間的關(guān)系曲線。由圖1可以得出當(dāng)量比為0.00時(shí),沒有氧氣輸入,直接加熱原料的反應(yīng)屬于熱分解反應(yīng),雖然可以產(chǎn)生H2、CO、CH4等可燃成分,但產(chǎn)出氣中焦油含量很高,且約占物料質(zhì)量的30%的炭不能同時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇細(xì)怏w;當(dāng)量比為1.00時(shí),原料與氧氣完全燃燒,不能產(chǎn)生可燃?xì)?只有在當(dāng)量比為0.25~0.30,產(chǎn)出氣成分較理想,即氣化反應(yīng)所需的氧僅為完全燃燒時(shí)耗氧量的25%~30%。當(dāng)生物質(zhì)物料中水分較大或揮發(fā)成分較小時(shí)取上限,反之取下限。

圖1 燃?xì)獬煞趾涂諝饬康年P(guān)系

所用原料的含水率W=7.37%,較低,所以可以取當(dāng)量比的下限值,取當(dāng)量比a0=0.25,則氣化所需要的空氣量[12]V0=a0×V=0.25×4.143=1.036m3/kg

3.2 試驗(yàn)用氣化爐的爐體結(jié)構(gòu)

試驗(yàn)用氣化爐的爐體結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 試驗(yàn)用氣化爐爐體結(jié)構(gòu)示意

4 熱解爐的性能試驗(yàn)研究及其結(jié)果

原料是生物質(zhì)中典型的玉米稈,物料稱重采用TGT-100型臺秤,秸稈破碎用9FQ-20多用粉碎機(jī),氣體采樣用100mL全玻璃注射器,供風(fēng)采用CZR型120W離心式交流鼓風(fēng)機(jī),管道風(fēng)速測定采用QDF-2A型熱球式電風(fēng)速儀,爐內(nèi)溫度測定用WRN型熱電偶和電子式溫度指示控制儀,氣體成分分析采用QF型1901-1904型奧式氣體分析儀。

試驗(yàn)步驟:首先檢查試驗(yàn)裝置的氣密性,保證氣化爐和管道系統(tǒng)的密閉性,檢查各個(gè)儀器能正常使用,將原料破碎到粒徑

圖3、圖4、圖5反映了在不同的氣化劑量的情況下,氣化爐內(nèi)部下層溫度和氣體的成分在開始試驗(yàn)1h內(nèi)的變化。

圖3 風(fēng)量為1.8m3/h時(shí),溫度、氣體含量和成分隨時(shí)間的變化

2010年5月綠 色 科 技

第5期

圖4 風(fēng)量為2.4m3/h時(shí),溫度、氣體含量和成分隨時(shí)間的變化

圖5 風(fēng)量為3.3m3/h時(shí),溫度、氣體含量和成分隨時(shí)間的變化

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從圖3、圖4、圖5可知,①在低的氣化劑流量下,需要達(dá)到最高溫度的時(shí)間較長,影響熱解氣化效果;②氣化劑的流量對升溫速率影響比較大,升溫速率隨氣化劑流量的增多而增大,然而氣化劑量過大會使得試驗(yàn)后期溫度下降較快,同樣影響了熱解氣化效果;③氣化劑的流量大小對其最高溫度也有影響,氣化劑量大,達(dá)到的最高溫度也高;④氣化劑量小,造成燃燒不充分,溫度升高慢,使得爐內(nèi)溫度較低,熱解氣可燃成分含量低;⑤氣化劑量大,雖然可以升至較高的溫度,但是空氣過量容易形成局部燒穿現(xiàn)象,影響傳熱,使得熱解過程不能持續(xù)進(jìn)行,也造成可燃?xì)獬煞趾枯^低。

因此氣化劑量是熱解氣化的關(guān)鍵因素,它直接影響到爐內(nèi)的溫度和升溫速率,并影響爐體不同位置的溫度變化情況,而溫度和升溫速率是熱解氣化的關(guān)鍵因素,溫度的提高和升溫速率的加快促進(jìn)了氣化的過程。

5 結(jié)語

在當(dāng)前進(jìn)度條件下,通過模型試驗(yàn),研究了影響生物質(zhì)熱解可燃?xì)猱a(chǎn)量及質(zhì)量的主要因素,獲得了固定床熱解裝置的合理結(jié)構(gòu)的工作參數(shù)。通過試驗(yàn)研究,提高了固定床生物質(zhì)(主要是農(nóng)林廢物)熱解工藝的產(chǎn)氣率及產(chǎn)品(主要是熱解可燃?xì)?的質(zhì)量;提高了生物質(zhì)熱解裝置的生產(chǎn)穩(wěn)定性;降低熱解產(chǎn)品的生產(chǎn)成本;探討了降低熱解可燃?xì)庵蟹蹓m及焦油含量的途徑?？偟膩碚f,該熱解爐可廣泛使用于我國生物質(zhì)固體廢物的處理和利用領(lǐng)域,有較廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn):

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Research and Development on Pyrolytic Oven of Biomass Solid Waste

Tianrenzhu,Xueyong,Qinyang,Chenkezhong

(Southwest University of science and Techenology Education priority key laboratory of Solid

waste treatment and the resource-rization of province Ministry build together,Sichuan

Mianyang621010,China)

Abstract: The biomass energy development and the use may alleviate the pressure which now the conventional energy source decreasing and the environmental pollution brings,pyrolytic gasification technology may greatly enhance the using efficiency of the biomass energy.At present,Civil biomass pyrolytic oven of producing the combustible gasmainly existence following question,such as low gas-produced rate,low calorific value was, high tar content, lowreliability ,not a tunablemovement parameter low, the fuel gas security, the environmental pollution and so on.In order to overcome these questions, through the pyrolytic oven model experiment , the existing biomass installment craft structure and the non-design parameter was optimized, the output and the quality enhances its thermal pyrolytic production, the production cost was decreased.

第3篇：生物質(zhì)氣化爐原理范文

民家樂秸稈氣化爐高效節(jié)能、安全衛(wèi)生、火力猛、熱值高。麥草、棉稈、稻草、玉米秸、高粱秸、谷殼類,樹枝葉根、鋸末刨花、菌渣、雜草、煙廠、紙廠的殘?jiān)人猩镔|(zhì)有機(jī)物均可做燃料,用料省產(chǎn)氣快,隨開隨用。一次點(diǎn)火長期不滅,內(nèi)部耐火層確保爐體使用壽命長。多次技術(shù)創(chuàng)新的民家樂高分子智能氣化爐(發(fā)明專利號:2007101663204)優(yōu)勢如下:

一、構(gòu)造簡單,使用方便。

1、采用旋流雙環(huán)繞疊式進(jìn)風(fēng),爐內(nèi)燃料燃燒碳化后層層剝落、整體坍塌,避免燒空塔橋,不冒黑煙。衛(wèi)生可靠火焰高,可做飯、燒水、取暖、大棚加溫等。

2、進(jìn)行紅外線灶具批量生產(chǎn)和使用。該爐對燃料要求低,不需將燃料加工、切碎,粗細(xì)均可。水分含量在30%-40%條件下照樣燃燒,不需添加助燃劑。

3、統(tǒng)一采用交、直流電兩用鼓風(fēng)機(jī),功率從3―40瓦。停電時(shí)使用一號干電池或摩托車小電瓶代替。

二、節(jié)省能源,效率高。

1、該爐高效節(jié)能,一次加料3-5公斤,可持續(xù)燃燒4-6小時(shí),且中途不需壓料,封火時(shí)間長。該爐紅外線本身可攜帶能量,使?fàn)t內(nèi)達(dá)到高溫度,熱效率高,燒開一壺水只需6―8分鐘,比用液化氣提前3―5分鐘。電子調(diào)速可隨意控制火焰大小,方便實(shí)用。

2、秸稈等原料來源廣闊,變廢為寶。比燒煤、用煤氣和液化氣省錢。

3、增加二次供風(fēng)給氧系統(tǒng),對氣體進(jìn)行二次凈化,實(shí)現(xiàn)灶頭火焰的高度聚合,相當(dāng)于5000瓦的電爐,燒水做飯的同時(shí)可帶4―6組暖氣片,取暖面積可達(dá)80平方米。

4、該爐采用高分子材料,純手工制作。一個(gè)爐體成本只需要30元,加上管道和灶具,綜合成本不超過80元,大大減輕了農(nóng)民的負(fù)擔(dān)。

三、因地制宜,市場前景廣闊。

1、秸稈氣化技術(shù)不受地域、氣候等條件的限制,立足于農(nóng)村能源“自產(chǎn)、自用、自足”,一次投資,長期受益。

2、秸稈氣化技術(shù),提高人們生活質(zhì)量、節(jié)省勞動資源、解決環(huán)境污染問題、符合新農(nóng)村建設(shè)方向,受政府支持。

相關(guān)鏈接:本廠研制的生物醇油,環(huán)保新能源。廚房、食堂新燃料!

免費(fèi)參觀可現(xiàn)場試燒,上門建廠,確保投產(chǎn)。環(huán)保生物醇油是以化工廢醇和粗醇為基礎(chǔ),與航天增熱助燃材料和石油活性抗氧化耐磨人工配置合成。特點(diǎn)如下:⑴熱值高,穩(wěn)定性好:生物醇油不僅很好地解決了傳統(tǒng)的醇基燃料的熱值不足。浪費(fèi)大的歷史問題,而且首次解決了傳統(tǒng)的醇基燃料的性能不穩(wěn),易揮發(fā)及不安全的問題,它比傳統(tǒng)的醇基燃料熱值高1/3左右;⑵原料廣泛,成本低廉:主要燃料在各地化工廠、化肥廠和化工市場都有銷售,綜合成本僅為柴油或液化氣的1/2左右,利潤空間極大;⑶綠色環(huán)保,清潔衛(wèi)生:該燃料燃燒充分,無黑煙、不黑鍋底,無殘?jiān)?⑷安全可靠,適用范圍廣:該燃料在常溫常壓下儲存,運(yùn)輸和使用無需高壓鋼瓶,用普通鐵銅或塑料銅即可儲存,不會引起爆炸危險(xiǎn),也不會因泄氣而中毒,完全可以代替廚房所用的柴油、液化氣、天然氣;⑸投資少,工藝簡單,見效快,投資500―1000即可生產(chǎn)。

廠家承諾:學(xué)費(fèi)2000元,失業(yè)者和殘疾人優(yōu)惠20%,包吃住。建廠6周年之際,推出10月31日前學(xué)費(fèi)優(yōu)惠200元活動。專利人親自講解氣化爐原理、原料配方、工藝流程圖紙、專用工具及磨具制作方法。學(xué)員可到車間實(shí)際操作,學(xué)會為止。并贈送專用工具磨具各一套,免費(fèi)技術(shù)升級、免費(fèi)提供生物秸稈煤球蜂窩煤技術(shù),函授1000元另加光盤。

特別提示:考察時(shí)要貨比三家,選擇真正的產(chǎn)品。

地址:山東省菏澤市開發(fā)區(qū)育才路實(shí)驗(yàn)小學(xué)南170號左拐30米

電話:0530―5965968

13336211386

第4篇：生物質(zhì)氣化爐原理范文

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能、新型吊炕、秸稈氣化爐

0前言

目前我國農(nóng)村居民對能源問題的嚴(yán)重性缺乏足夠的認(rèn)識，很少有人在意農(nóng)村住宅建筑的節(jié)能問題，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。在我國北方農(nóng)村地區(qū)擁有豐富的秸稈資源，而且“火炕文化”又是北方地區(qū)農(nóng)宅的最大特點(diǎn)，是采暖的主要方式。本文主要探討的是如何科學(xué)合理的采暖設(shè)計(jì)將秸稈資源與“火炕文化”有機(jī)的結(jié)合在一起，既可以充分利用可再生資源，減少能源浪費(fèi)，又可以傳承延續(xù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)宅的文化特點(diǎn)和民俗特色等問題。

1傳統(tǒng)火炕存在的問題

火炕在北方農(nóng)村居民的日常生活中不僅充當(dāng)著睡眠、娛樂、會客等不同的功能，還有著采暖的作用，在北方民宅中有著重要的地位和作用。

農(nóng)村地區(qū)傳統(tǒng)的火炕都是落地式，燒柴后熱量流動很快，很多熱量隨著煙囪流失，不能持久保持炕內(nèi)溫度。由于結(jié)構(gòu)通風(fēng)等設(shè)計(jì)不合理，使用時(shí)不僅浪費(fèi)大量有效資源，還對人和環(huán)境都有嚴(yán)重的污染影響，炊事時(shí)間也得不到節(jié)省，僅能達(dá)到20%左右熱能利用率，節(jié)能效果很差。

2新型吊炕技術(shù)

2.1吊炕概念

新型吊炕全稱“高效預(yù)制組裝架空炕連灶”，包括架空節(jié)能炕和節(jié)能灶兩部分。新型吊炕遵循燃燒傳熱的科學(xué)原理對底部進(jìn)行架空處理，在傳統(tǒng)火炕的基礎(chǔ)上，對炕灶的外部材料、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、進(jìn)、排煙道以及煙氣通風(fēng)等設(shè)計(jì)進(jìn)行科學(xué)改造，并為使炕內(nèi)余熱得到更高的利用率而增設(shè)了保溫隔熱措施，進(jìn)一步加大火炕的散熱面積，大大節(jié)省了能源的消耗。但目前農(nóng)村地區(qū)所使用的吊炕也存在不足之處，仍有改造進(jìn)步的空間。

2.2存在的問題

吊炕的底部架空空間雖然增大了散熱面積，但是該空間是一個(gè)只有一面開敞的袋形封閉空間，炕體下方空間高溫空氣層不易流動，導(dǎo)致向地面和側(cè)墻面的熱損失比較大，熱量沒有最大限度的散發(fā)出來。

2.3 新型吊炕技術(shù)

2.3.1炕不再緊貼墻布置，而是留出一定空間，從炕邊沿架立并固定一塊有透氣孔的材料，從而使板材與墻壁之間形成一個(gè)空氣層。

2.3.2炕表面要求平坦，便于人們使用，下表面傾斜一定角度，促進(jìn)熱氣流上升到空氣層。熱氣流在整個(gè)空間熱環(huán)境的作用下，穿過根據(jù)傳熱需要給定的導(dǎo)流孔，流經(jīng)炕表面上方人活動的區(qū)域，以拋物線形式下降并與沿窗的下降冷氣流發(fā)生沖擊，此時(shí)大部分冷氣被迫爬升，暖氣流在阻止下降冷氣流“入侵”后順勢回到炕底下的架空層進(jìn)行熱量補(bǔ)充，從而使空間形成了冷暖氣流循環(huán)。這樣散熱面得到有效適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大，也避免了側(cè)墻面的冷輻射。

2.3.3通過測量和計(jì)算炕底進(jìn)風(fēng)的大小和板面導(dǎo)流孔的位置大小，并根據(jù)人經(jīng)?；顒拥姆秶鷣砜刂平缑娴拇笮『臀恢谩＜炔粫箍槐砻鏈囟润E然升高，同時(shí)也擴(kuò)大了室內(nèi)的熱舒適空間的體積，為人們就餐和餐后活動提供了足夠大的舒適空間。

2.3.4炕體表面溫度升高時(shí)，房間內(nèi)部氣壓差進(jìn)一步增大，可使氣流進(jìn)一步加快。通過研究空間的合理布置和組合，經(jīng)過計(jì)算測試實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而有效合理的控制熱量的傳送范圍和大小，使炕供熱更加有效節(jié)能。

2.3.5確保熱煙氣在炕體中的流動順暢，防止出現(xiàn)倒煙現(xiàn)象，熱煙氣在炕體的流動過程中傳遞給炕的熱量要充分均勻，根據(jù)進(jìn)口熱氣溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于出口熱氣溫度的特點(diǎn)，結(jié)合炕體傾斜的情況對熱氣進(jìn)行了三維空間上的回型傾斜設(shè)計(jì)，使熱煙從進(jìn)氣口到出氣口始終為緩慢傾斜向上的爬升流動，進(jìn)氣口溫度較高距炕表面距離最遠(yuǎn)，出氣口反之，從而使整個(gè)炕體表面能夠獲得基本均勻的傳熱（見圖1）。

2.3.6在吊炕底板支柱墻處采用“石墨”等經(jīng)過處理的蓄熱材料進(jìn)行保溫砌筑，可以有效地吸收炕洞內(nèi)的熱量。當(dāng)夜間停止供熱時(shí)，能夠釋放部分余熱，使農(nóng)宅室內(nèi)的熱環(huán)境保持長久持續(xù)性，更加滿足農(nóng)宅的宜居性能。

3秸稈氣化爐的應(yīng)用

3.1秸稈氣化爐的原理

目前一些農(nóng)戶已經(jīng)開始采用新型的秸稈氣化爐，無需添加化工原料，直接將秸稈等生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成為可燃?xì)怏w，高熱量，具有很好的燃燒效果，并且可以做到無味、無煙、無廢氣、無積碳。減輕環(huán)境污染，使農(nóng)業(yè)發(fā)展賴以生存的生態(tài)環(huán)境得以有效保護(hù)，

3.2秸稈氣化爐與吊炕相結(jié)合采暖技術(shù)

采用秸稈氣化爐替代原有吊炕中的節(jié)能灶，使氣化爐產(chǎn)生的熱量直接進(jìn)入經(jīng)過改進(jìn)的新型吊炕中，不僅可以有效避免了直接燒柴造成的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，還可大大提升室內(nèi)的熱環(huán)境質(zhì)量。新型吊炕所采用的擋煙墻構(gòu)造可使氣流擴(kuò)散面積更廣，流經(jīng)整個(gè)吊炕內(nèi)部空間，使炕表面熱量更加均勻，有效提高熱效率。

秸稈氣化爐不僅可與吊炕相連，還可將秸稈氣化爐與熱水器和暖器統(tǒng)一結(jié)合，從而形成有效的循環(huán)采暖模式，既清潔環(huán)保，又大大加強(qiáng)了農(nóng)宅的采暖效果。

4應(yīng)用前景

4.1經(jīng)濟(jì)分析

據(jù)統(tǒng)計(jì)，每鋪吊炕平均可節(jié)省40%左右的秸稈資源，通過這個(gè)比例計(jì)算，在農(nóng)村平均每戶每年可節(jié)約1100—1500公斤的秸稈能源，相當(dāng)于節(jié)約600—750公斤標(biāo)準(zhǔn)煤。一鋪吊炕一次性投資需要600元左右，每臺秸稈氣化爐的一次性投資大概千元左右。所以兩者結(jié)合的采暖技術(shù)建造投入小、回報(bào)快，很容易被農(nóng)戶所接受。

4.2市場分析

我國是農(nóng)業(yè)大國，每年全國有稻草、麥稈等農(nóng)作物秸稈約7億噸。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國目前農(nóng)村居民宅地面積將近1700萬公頃， 比2000年規(guī)劃用地1333.3萬公頃的控制指標(biāo)超出不少。預(yù)計(jì)到2015 年，我國農(nóng)村住宅面積將新增85 億m2，全國農(nóng)村總住宅建筑面積將達(dá)到260 億m2。所以在一定時(shí)期內(nèi)，大多數(shù)農(nóng)村居民依然會生活在農(nóng)村。由此可見，利用這些可再生能源所進(jìn)行的低造價(jià)采暖設(shè)計(jì)在北方農(nóng)村地區(qū)具有很大的市場空間和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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第5篇：生物質(zhì)氣化爐原理范文

1.火山能

2012年，一項(xiàng)旨在從火山和周邊地下熱巖獲取熱量的新計(jì)劃正式啟動。通過往地表裂縫中注入水，研究人員希望能夠利用產(chǎn)生的水蒸汽驅(qū)動地下渦輪發(fā)電機(jī)。美國兩家公司已經(jīng)獲得許可，在美國俄勒岡州紐貝里火山周圍測試這種發(fā)電方式。但有專家擔(dān)心，這種被稱為“水力壓裂”的方式有一定危險(xiǎn)性，有可能潛在地引發(fā)地震。

2.甲烷水合物

甲烷水合物——存在于冰中的甲烷分子——是世界上儲量最大的燃料。2013年3月，日本成為世界上第一個(gè)成功從甲烷水合物中提取出天然氣的國家。需要指出的是，甲烷水合物也是一種化石燃料，燃燒時(shí)會將大量溫室氣體排放到大氣中。

3.風(fēng)能

風(fēng)能發(fā)電具有很大前景，與現(xiàn)在普遍使用的固定式風(fēng)力渦輪發(fā)電裝置相比，安裝了風(fēng)力渦輪機(jī)的碳纖維風(fēng)箏的發(fā)電量不相上下，但材料成本極低。研發(fā)出無人駕駛汽車和谷歌眼鏡的谷歌公司秘密研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)買下了這樣一家風(fēng)箏發(fā)電公司，正在努力讓風(fēng)箏發(fā)電成為風(fēng)能利用的重要方式。

4.細(xì)菌發(fā)電

英國科學(xué)家正在對大腸桿菌進(jìn)行基因改造，使其產(chǎn)生一種能夠模擬石油的烴膜。他們認(rèn)為，人類將在不久的將來建造細(xì)菌燃料廠，細(xì)菌以生物質(zhì)為食并產(chǎn)生具有成本效益的燃料。

5.太空太陽能

太空中沒有云，也沒有大氣干擾，太陽能電池板可以讓所能收集的太陽能實(shí)現(xiàn)最大化。通過激光束或者微波，太陽能被傳輸回地球。這一想法早在20世紀(jì)70年代就已經(jīng)出現(xiàn)?，F(xiàn)在，美國宇航局已經(jīng)對這一想法產(chǎn)生濃厚興趣，這大大提高了太陽能發(fā)電衛(wèi)星升空的可能性。

6.生物質(zhì)能

現(xiàn)有的生物質(zhì)發(fā)電過程，需要對生物質(zhì)如葉子和木頭進(jìn)行干燥處理，而后令其分解產(chǎn)生甲烷、氫氣等氣體。丹麥發(fā)明家設(shè)計(jì)了一種新型生物質(zhì)氣化爐，能夠捕獲潮濕材料中的濕氣并以熱水的形式排出。這項(xiàng)技術(shù)能夠讓氣化爐的效率提高30%。

7.波浪能

2008年，世界上第一家波浪能發(fā)電廠在葡萄牙波爾圖投入運(yùn)營。在蘇格蘭奧克尼郡的歐洲海洋能源中心，世界上最大的波浪能發(fā)電廠于2013年初獲準(zhǔn)動工建造。這座裝機(jī)容量40MW的發(fā)電廠的發(fā)電量可以滿足近3萬個(gè)家庭的用電需求。與風(fēng)能或者太陽能發(fā)電相比，波浪能發(fā)電擁有更大的可預(yù)測性，這就意味著波能電更容易被并入電網(wǎng)。波浪能發(fā)電廠部署了大量巨型浮標(biāo)，它們可將海浪的動能轉(zhuǎn)化成電能。

8.藻類

人們知道可以用藻類生產(chǎn)生物燃料，但如果不對藻類進(jìn)行處理，它們?nèi)钥梢援a(chǎn)生能量嗎？美國科學(xué)家給出了肯定的答案。他們已成功從藻類細(xì)胞中“偷走電子”。雖然“偷走”的電子不多并且整個(gè)過程需要用電，但這項(xiàng)技術(shù)為研究高效綠色能源打開了一扇門。

9.微型粒子加速器

英國研究人員發(fā)明出一種微型粒子加速器——其原理與大型強(qiáng)子對撞機(jī)類似，但個(gè)頭小得多——能夠取代化石燃料。這種“口袋”加速器采用天然形成的放射性物質(zhì)釷，能夠產(chǎn)生大量能量，只需要1噸釷便可產(chǎn)生相當(dāng)于200噸鈾或者350萬噸煤的能量。

第6篇：生物質(zhì)氣化爐原理范文

循環(huán)制氫和利用生物質(zhì)轉(zhuǎn)化制氫等, 不僅對各項(xiàng)技術(shù)的基本原理做了介紹, 也對相應(yīng)

的環(huán)境, 經(jīng)濟(jì) 和安全 問題 做了探討. 對可再生氫能系統(tǒng)在香港的 應(yīng)用 前景做了展望.

關(guān)鍵詞: 可再生能源, 氫能, 電解水, 光伏電池, 太陽能熱化學(xué)循環(huán), 生物質(zhì)

引言

技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的 發(fā)展 以及人口的增長, 使得人們對能源的需求越來越大. 目前 以石

油, 煤為代表的化石燃料仍然是能源的主要來源. 一方面, 化石燃料的使用帶來了嚴(yán)

重的環(huán)境污染, 大量的co2, so2, nox氣體以及其他污染物, 導(dǎo)致了溫室效應(yīng)的產(chǎn)生和

酸雨的形成. 另一方面, 由于化石燃料的不可再生性和有限的儲量, 日益增長的能源

需求帶來了嚴(yán)重的能源危機(jī). 據(jù)估計(jì), 按照目前的消耗量, 石油僅僅能維持不到50年,

而煤也只能維持200年. kazim 和 veziroglu (2001)[1]指出, 做為主要石油輸出國的阿拉

伯聯(lián)合酋長國, 將在2015年無法滿足石油的需求. abdallah 等人(1999)[2]則宣布, 埃

及的化石燃料資源, 在未來的20年內(nèi)就會耗盡! 而作為能源需求大國的

盡管電解水制氫具有很高的效率, 由于昂貴的價(jià)格, 仍然很難大規(guī)模使用. 目前

三種電解槽的成本分別為: 堿性電解槽us$400-600/kw, pem電解槽約us$2000/kw, 固體

氧化物電解槽約us$1000-1500/kw. 當(dāng)光伏電池和電解水技術(shù)聯(lián)合制氫時(shí), 制氫成本將

達(dá)到約us$41.8/gj(us$5/kg), 而當(dāng)風(fēng)力發(fā)電和電解水技術(shù)聯(lián)合制氫時(shí), 制氫成本約為

us$20.2/gj (us$2.43/kg) [20].

2. 太陽能熱化學(xué)循環(huán)制氫

太陽能熱化學(xué)循環(huán)是另一種利用太陽能制取氫燃料的可行技術(shù). 首先, 由太陽能

聚光集熱器收集和匯聚太陽光以產(chǎn)生高溫. 然后由這些高溫推動產(chǎn)氫的化學(xué)反映以制

取氫氣. 目前國內(nèi)外廣泛 研究 的熱化學(xué)制氫反應(yīng)有: (1) 水的熱分解(thermolysis);

(2) h2s的熱分解和(3) 熱化學(xué)循環(huán)水分解.

2.1. 水的熱分解制氫

由太陽能聚光器產(chǎn)生的高溫可以用于對水進(jìn)行加熱, 直接分解而產(chǎn)生氫氣和氧氣.

反應(yīng)式如(4)

2h2o 2h2 + o2 (4)

在這個(gè)反應(yīng)中, 水的分解率隨溫度的升高而增大. 在壓力為0.05bar, 溫度為2500k時(shí),

水蒸汽的分解率可以達(dá)到25%, 而當(dāng)溫度達(dá)到2800k時(shí), 則水蒸汽的分解率可達(dá)55%. 可

見提高反應(yīng)溫度, 可以有效產(chǎn)氫量. 然而, 反應(yīng)所需的高溫也帶來了一系列的 問題 .

由于溫度極高, 給反應(yīng)裝置材料的選擇帶來了很大限制. 適合的材料必須在2000k以上

的高溫具有很好的機(jī)械和熱穩(wěn)定性. zirconia由于其熔點(diǎn)高達(dá)3043k而成為近年來在水

的熱分解反應(yīng)中廣泛使用的材料 [21,22]. 其他可選的材料及其熔點(diǎn)見表2.

表2. 作為熱化學(xué)反應(yīng)裝置備選材料及其熔點(diǎn) [22]

table 2 some materials and their melting points [22]

oxides t oc carbides t oc

zro2 2715 b4c 2450

mgo 2800 tic 3400-3500

hfo2 2810 hfc 4160

tho2 3050 hbn 3000 (decomposition)

另一個(gè)問題就是氫和氧的分離問題. 由于該反應(yīng)可逆, 高溫下氫和氧可能會重新結(jié)合

生成水, 甚至發(fā)生爆炸. 常用的分離 方法 是通過對生成的混合氣體進(jìn)行快速冷卻(fast

quenching),再通過pd或pd-ag合金薄膜將氫和氧分離. 這種方法將會導(dǎo)致大量的能量

損失. 近幾年有研究人員采用微孔膜(microporous membrane)分離也取得一些成功

[22,23], 使得直接熱分解水制氫研究又重新受到廣泛關(guān)注.

2.2. h2s的熱分解

h2s是化學(xué) 工業(yè) 廣泛存在的副產(chǎn)品. 由于其強(qiáng)烈的毒性, 在工業(yè)中往往都要采用

claus process將其去除, 見式(5)

2h2s + o2 2h2o + s2 (5)

這個(gè)過程成本昂貴, 還將氫和氧和結(jié)合生成水和廢熱, 從而浪費(fèi)了能源. 對h2s的直接

熱分解可以將有毒氣體轉(zhuǎn)化為有用的氫能源, 變廢為寶, 一舉兩得. h2s的熱分解制氫反

應(yīng)式見(6)

2h2s 2h2 + s2 (6)

該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率受溫度和壓力的 影響 . 溫度越高, 壓力越低, 越有利h2s的分解. 據(jù)報(bào)

道, 在溫度1200k,壓力1 bar時(shí), h2s的轉(zhuǎn)化率為14%, 而當(dāng)溫度為1800k, 壓力為0.33bar

時(shí), 轉(zhuǎn)化率可達(dá)70% [24]. 由于反應(yīng)在1000k以上的高溫進(jìn)行, 硫單質(zhì)呈氣態(tài), 需要與氫

氣進(jìn)行有效的分離. 氫與硫的分離往往通過快速冷卻使硫單質(zhì)以固態(tài)形式析出. 同樣,

這種方法也會導(dǎo)致大量的能量損失.

2.3. 熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫

水的直接熱分解制氫具有反應(yīng)溫度要求極高, 氫氣分離困難, 以及由快速冷卻帶

來的效率降低等缺點(diǎn). 而在水的熱化學(xué)分解過程中, 氧氣和氫氣分別在不同的反應(yīng)階

段產(chǎn)生, 因而跨過了氫氣分離這一步. 并且, 由于引入了金屬和對應(yīng)的金屬氧化物,

還大大降低了反應(yīng)溫度. 當(dāng)對于水直接熱分解的2500k, 水的熱化學(xué)循環(huán)反應(yīng)溫度只有

1000k左右, 也大大減輕了對反應(yīng)器材料的限制. 典型的2步熱化學(xué)循環(huán)反應(yīng)式見

(7)-(10).

2 y x o

2

y xm o m + (7)

2 y x 2 yh o m o yh xm + + (8)

或者 2 o o m o m y x y x + ′ ′ (9)

2 y x 2 y x h o m o h o m + + ′ ′ (10)

其中m 為金屬單質(zhì), mxoy 或1 1 y x o m 則分別為相應(yīng)的金屬氧化物. 適合用做水的熱化學(xué)

循環(huán)反應(yīng)的金屬氧化物有tio2, zno, fe3o4, mgo, al2o3, 和 sio2等. zno/zn 反應(yīng)溫度較

低, 在近幾年研究較多 [24-29]. fe3o4/feo 是另一對廣泛用于熱化學(xué)分解水制氫的金屬

氧化物. 該循環(huán)中, fe3o4 首先在1875k 的高溫下被還原生成feo 和 o2, 然后, 在573k

的溫度下, feo 被水蒸汽氧化, 生成fe3o4 和 h2. 經(jīng)研究發(fā)現(xiàn), 用mn, mg, 或co 代替

部分fe3o4 而形成的氧化物(fe1-xmx)3o4 可以進(jìn)一步降低反應(yīng)溫度 [4], 因而更具 發(fā)展

前景.

除了以上所述2 步水分解循環(huán)外, 3 步和4 步循環(huán)分解水也是有效的制氫方式.

is(iodine/sulfur)循環(huán)是典型的3 步水分解循環(huán), 該循環(huán)的反應(yīng)式見(11)-(13):

4 2 x 2 2 2 so h hi 2 o h 2 so xi + + + at 293-373k (11)

2 2 i h hi 2 + at 473-973k (12)

2 2 2 4 2 o

2

1 so o h so h + + at 1073-1173k (13)

在is 循環(huán)中,影響制氫的主要因素就是單質(zhì)硫或硫化氫氣體的產(chǎn)生等副反應(yīng)的發(fā)生. 為

盡量避免副反應(yīng)的發(fā)生, x 的值往往設(shè)置在4.41 到11.99 之間[30]. ut-3 則是典型的

4 步循環(huán)[31]. 其反應(yīng)式見(14) - (17):

2 2 2 o

2

1 cabr br cao + + at 845 k (14)

hbr 2 cao o h cabr 2 2 + + at 1,033 k (15)

2 2 2 4 3 br o h 4 febr 3 hbr 8 o fe + + + at 493 k (16)

2 4 3 2 2 h hbr 6 o fe o h 4 febr 3 + + + at 833 k (17)

熱化學(xué)循環(huán)分解水雖然跨過了分離氫和氧這一步, 但在2 步循環(huán)中, 生成的金屬在

高溫下為氣態(tài)并且會和氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)而重新生成金屬氧化物, 因此, 需要將

金屬單質(zhì)從產(chǎn)物混合物中分離出來. 金屬單質(zhì)的分離一般采用快速冷卻使金屬很快凝

固從而實(shí)現(xiàn)分離. 同樣, 在3 步循環(huán)中, 氫和碘也需要及時(shí)的分離. 采用的分離技術(shù)都

類似.

2.4. 熱化學(xué)循環(huán)分解水制氫的現(xiàn)狀

熱化學(xué)循環(huán)制氫在歐洲研究較多, 但由于產(chǎn)物的分離一直是一個(gè)比較棘手的問題,

能量損失比較大, 此種制氫方法還沒有進(jìn)入商業(yè)化的階段. 在swiss federal institute of

technology zurich,對zno/zn 循環(huán)制氫研究已經(jīng)比較深入. 他們的研究目前主要集中在

產(chǎn)物的分離以及分解水反應(yīng)的機(jī)理方面 [32]. swiss federal office 則已經(jīng)啟動了一個(gè)

“solzinc”的計(jì)劃, 通過zno/zn 循環(huán)制取氫氣以實(shí)現(xiàn)對太陽能的儲存. 目前正在進(jìn)行

反應(yīng)器的設(shè)計(jì), 將于2004 年夏季進(jìn)行測試[33].

2.5.太陽能熱化學(xué)循環(huán)制氫的環(huán)境, 經(jīng)濟(jì) 和安全問題

太陽能熱化學(xué)循環(huán)采用太陽能聚光器聚集太陽能以產(chǎn)生高溫, 推動熱化學(xué)反應(yīng)的

進(jìn)行. 在整個(gè)生命周期過程中, 聚光器的制造, 最終遺棄, 熱化學(xué)反應(yīng)器的加工和最

終的廢物遺棄以及金屬,金屬氧化物的使用都會帶來一定的環(huán)境污染. 其具體的污染量

需要進(jìn)行詳細(xì)的生命周期評價(jià)(lca)研究. 此外, 在h2s 的分解中, 以及在is 循環(huán)和

ut-3 循環(huán)中, 都使用了強(qiáng)烈腐蝕性或毒性的物質(zhì), 比如h2s, h2so4. 這些物質(zhì)的泄漏

和最終的處理會帶來環(huán)境的污染和危險(xiǎn), 需要在設(shè)計(jì)和操作過程中加以考慮. 另外, 由

于反應(yīng)都是在高溫下進(jìn)行, 氫和氧的重新結(jié)合在反應(yīng)器中有引起爆炸的危險(xiǎn), 需要小

心處理.

由于熱化學(xué)循環(huán)制氫尚未商業(yè)化, 相關(guān)的經(jīng)濟(jì)信息都是基于估算. steinfeld

(2002)[29]經(jīng)過估算指出, 對于一個(gè)大型的熱化學(xué)制氫工廠(90mw), 制的氫氣的成本為

大約us$4.33-5/kg. 相比之下, 由太陽能熱電 – 電解水系統(tǒng)制取氫氣的成本則約為

us$6.67/kg, 而通過大規(guī)模天然氣重整制氫的成本約為us$1.267/kg [20]. 可見太陽能熱

化學(xué)循環(huán)制氫和天然氣重整制氫相比雖然沒有經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢, 但和其他可再生制氫技術(shù)相

比則在經(jīng)濟(jì)性方面優(yōu)于太陽熱電-電解水和光伏-電解水技術(shù).

3. 利用生物質(zhì)制氫

生物質(zhì)作為能源, 其含氮量和含硫量都比較低, 灰分份額也很小, 并且由于其生

長過程吸收co2, 使得整個(gè)循環(huán)的co2 排放量幾乎為零. 目前對于生物質(zhì)的利用, 尤其

在發(fā)展

熱裂解得到的產(chǎn)物中含氫和其他碳?xì)浠衔? 可以通過重整和水氣置換反應(yīng)以得

到和提高氫的產(chǎn)量. 如下式所示:

合成氣 + h2o h2 + co (18)

co + h2o co2 + h2 (19)

利用生物質(zhì)熱裂解聯(lián)同重整和水氣置換反應(yīng)制氫具有良好的 經(jīng)濟(jì) 性, 尤其是當(dāng)反

應(yīng)物為各種廢棄物時(shí), 既為人類提供了能量, 又解決了廢棄物的處理 問題 , 并且技術(shù)

上也日益成熟, 逐漸向大規(guī)模方向 發(fā)展 . danz (2003 年)[39]估算了通過生物質(zhì)熱裂解制

氫的成本約為us$3.8/kg h2 (因氫的熱值為120mj/kg, 這相當(dāng)于us$31.1/gj), 這和石

油燃油的價(jià)錢us$4-6/gj 相比還沒有任何優(yōu)勢, 但carlo 等[40]指出, 當(dāng)熱裂解制氫的規(guī)

模達(dá)到400mw 時(shí), 氫的成本會大大降低, 達(dá)到us$5.1/gj. 可見實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的利用生物

質(zhì)制氫, 將會是非常有潛力的發(fā)展方向.

3.2. 生物質(zhì)氣化制氫

生物質(zhì)氣化是在高溫下(約600-800oc)下對生物質(zhì)進(jìn)行加熱并部分氧化的熱化學(xué)過

程. 氣化和熱裂解的區(qū)別就在于裂解決是在無氧條件下進(jìn)行的, 而氣化是在有氧條件

下對生物質(zhì)的部分氧化過程. 首先, 生物質(zhì)顆粒通過部分氧化生成氣體產(chǎn)物和木碳,

然后, 在高溫蒸汽下, 木碳被還原, 生成co, h2, ch4, co2 以及其他碳?xì)浠衔?

對于生物質(zhì)氣化技術(shù), 最大的問題就在于焦油含量. 焦油含量過高, 不僅 影響 氣化

產(chǎn)物的質(zhì)量, 還容易阻塞和粘住氣化設(shè)備, 嚴(yán)重影響氣化系統(tǒng)的可靠性和安全性. 目前

處理焦油主要有三種 方法 . 一是選擇適當(dāng)?shù)牟僮鲄?shù), 二是選用催化劑加速焦油的分解,

三是對氣化爐進(jìn)行改造. 其中, 溫度, 停留時(shí)間等對焦油分解有很重要的作用. milne ta

(1998 年)[41]指出, 在溫度高于1000oc 時(shí), 氣體中的焦油能被有效分解, 使產(chǎn)出物中的

焦油含量大大減小. 此外, 在氣化爐中使用一些添加劑如白云石, 橄欖石以及使用催化

劑如ni-ca 等都可以提高焦油的分解, 降低焦油給氣化爐帶來的危害[42,43]. 此外, 設(shè)

計(jì)新的氣化爐也對焦油的減少起著很重要的作用. 遼寧省能源 研究 所研制的下吸式固定

床生物質(zhì)氣化爐, 在其喉部采用特殊結(jié)構(gòu)形式的噴嘴設(shè)計(jì), 在反應(yīng)區(qū)形成高溫旋風(fēng)動力

場, 保證了焦油含量低于2g/m3.

由氣化所得產(chǎn)物經(jīng)過重整和水氣置換反應(yīng), 即可得到氫, 這與處理熱裂解產(chǎn)物類似.

通過生物質(zhì)氣化技術(shù)制氫也具有非常誘人的經(jīng)濟(jì)性. david a.bowen 等人(2003)[44]比較

了生物質(zhì)氣化制氫和天然氣重整制氫的經(jīng)濟(jì)性, 見圖2. 由圖可見, 利用甘蔗渣作為原

料, 在供料量為每天2000 噸的情況下, 所產(chǎn)氫氣的成本為us$7.76/gj, 而在這個(gè)供料量

下使用柳枝稷(switchgrass)為原料制得的氫氣成本為us$6.67/gj, 這和使用天然氣重整

制氫的成本us$5.85-7.46/gj 相比, 也是具有一定競爭力的. 如果將環(huán)境因素考慮進(jìn)去,

由于天然氣不可再生, 且會產(chǎn)生co2, 而生物質(zhì)是可再生資源, 整個(gè)循環(huán)過程由于光合

作用吸收co2 而使co2 的排放量幾乎為0, 這樣, 利用生物質(zhì)制氫從經(jīng)濟(jì)上和環(huán)境上的

綜合考慮, 就已經(jīng)比天然氣重整更有優(yōu)勢了.

biomass feed to gasifier (tonnes/day)

hydrogen cost ($/gj)

500 1000 1500 2000

5

6

7

8

9

10

11

natural gas $3/gj

natural gas $4.5/gj

10.23

8.74

7.76

8.76

7.54

6.67

5.85

7.46

bagasse

switchgrass

圖2. 生物質(zhì)制氫與天然氣制氫經(jīng)濟(jì)性的比較

fig. 2. comparison of hydrogen cost between biomass

gasification and natural gas steam reforming

以上 分析 的利用生物質(zhì)高溫裂解和氣化制氫適用于含濕量較小的生物質(zhì), 含濕量高

于50%的生物質(zhì)可以通過光合細(xì)菌的厭氧消化和發(fā)酵作用制氫, 但目前還處于早期研究

階段, 效率也還比較低. 另一種處理濕度較大的生物質(zhì)的氣化方法是利用超臨界水的特

性氣化生物質(zhì), 從而制得氫氣.

3.3. 生物質(zhì)超臨界水氣化制氫

流體的臨界點(diǎn)在相圖上是氣-液共存曲線的終點(diǎn), 在該點(diǎn)氣相和液相之間的差別剛

好消失, 成為一均相體系. 水的臨界溫度是647k, 臨界壓力為22.1mpa, 當(dāng)水的溫度和

壓力超過臨界點(diǎn)是就被稱為超臨界水.在超臨界條件下, 水的性質(zhì)與常溫常壓下水的性

質(zhì)相比有很大的變化.

在超臨界狀態(tài)下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng), 通過控制壓力, 溫度以控制反應(yīng)環(huán)境, 具有增強(qiáng)

反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度, 提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率, 加快反應(yīng)速率等顯著優(yōu)點(diǎn), 近年來逐漸

得到各國研究者的重視 [45,46]. 在超臨界水中進(jìn)行生物質(zhì)的催化氣化, 生物質(zhì)的氣化

率可達(dá)100%, 氣體產(chǎn)物中氫的體積百分比含量甚至可以超過50%, 并且反應(yīng)不生成焦

油, 木碳等副產(chǎn)品, 不會造成二次污染, 具有良好的發(fā)展前景. 但由于在超臨界水氣中

所需溫度和壓力對設(shè)備要求比較高, 這方面的研究還停留在小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)研究階段. 我

國也只進(jìn)行了少量的研究, 比如西安交大多相流實(shí)驗(yàn)室就研究了以葡萄糖為模型組分在

超臨界水中氣化產(chǎn)氫, 得到了95%的氣化效率 [47]. 中科院山西煤炭化學(xué)研究所在間隙

式反應(yīng)器中以氧化鈣為催化劑的超臨界水中氣化松木鋸屑,得到了較好的氣化效果.

到目前為止, 超臨界水氣化的研究重點(diǎn)還是對不同生物質(zhì)在不同反應(yīng)條件下進(jìn)行實(shí)

驗(yàn)研究, 得到各種因素對氣化過程的影響. 表3 總結(jié) 了近幾年對生物質(zhì)超臨界水氣化制

氫的研究情況. 研究表明, 生物質(zhì)超臨界水氣化受生物質(zhì)原料種類, 溫度, 壓力, 催化劑,

停留時(shí)間, 以及反應(yīng)器形式的影響.

表3. 近年來關(guān)于生物質(zhì)超臨界水氣化制氫的研究

table 3

recent studies on hydrogen production by biomass gasification in supercritical water

conditions

feedstock gasifier type catalyst used temperature and

pressure

hydrogen yield references

glucose not known not used 600oc, 34.5mpa 0.56 mol h2/mol of feed

glucose not known activated carbon 600 oc, 34.5mpa 2.15 mol h2/mol of feed

glucose not known activated carbon 600 oc, 25.5mpa 1.74 mol h2/mol of feed

glucose not known activated carbon 550 oc, 25.5mpa 0.62 mol h2/mol of feed

glucose not known activated carbon 500 oc, 25.5mpa 0.46 mol h2/mol of feed

[48]

glycerol not known activated carbon 665 oc, 28mpa 48 vol%

glycerol/methanol not known activated carbon 720 oc, 28mpa 64 vol%

corn starch not known activated carbon 650 oc, 28mpa 48 vol%

sawdust/corn starch

mixture

not known activated carbon 690 oc, 28mpa 57 vol%

[49]

glucose

tubular reactor koh 600 oc, 25mpa 59.7 vol% (9.1mol

h2/mol glucose)

catechol tubular reactor koh 600 oc, 25mpa 61.5 vol% (10.6mol

h2/mol catechol)

sewage autoclave k2co3 450oc, 31.5-35mpa

47 vol%

[50]

glucose tubular reactor not used 600 oc, 25mpa 41.8 vol%

glucose tubular reactor not used 500 oc, 30mpa 32.9 vol%

glucose tubular reactor not used 550 oc, 30mpa 33.1 vol%

glucose tubular reactor not used 650 oc, 32.5mpa 40.8 vol%

glucose tubular reactor not used 650 oc, 30mpa 41.2 vol%

sawdust tubular reactor sodium

carboxymethylcellulose

(cmc)

650 oc, 22.5mpa 30.5 vol%

[47]

生物質(zhì)的主要成分是纖維素, 木質(zhì)素和半纖維素. 纖維素在水的臨界點(diǎn)附近可以快

速分解成一葡萄糖為主的液態(tài)產(chǎn)品, 而木質(zhì)素和半纖維素在34.5 mpa, 200-230oc 下可以

100%完全溶解, 其中90%會生成單糖. 將城市固體廢棄物去除無機(jī)物后可以形成基本穩(wěn)

定, 均一的原料, 與木質(zhì)生物質(zhì)很相似. 由表可見, 不同的生物質(zhì)原料, 其氣化效率和速

率也有所不同. 溫度對生物質(zhì)超臨界水中氣化的 影響 也是很顯著的. 隨著溫度的升高,

氣化效率增大. 壓力對于氣化的影響在臨界點(diǎn)附近比較明顯, 壓力遠(yuǎn)大于臨界點(diǎn)時(shí), 其

影響較小. 停留時(shí)間對氣化效率也有一定影響, 研究 表明, 生物質(zhì)在超臨界水中氣化停

留時(shí)間與溫度相關(guān), 不同的溫度下有不同的一個(gè)最佳值. 使用催化劑能加快氣化反應(yīng)的

速率. 目前 使用的催化劑主要有金屬類催化劑, 比如ru, rh, ni, 堿類催化劑, 比如koh,

k2co3, 以及碳類催化劑 [51,52]. 反應(yīng)器的選擇也會影響生物質(zhì)氣化過程, 目前的反應(yīng)

器可以分為間歇式和連續(xù)式反應(yīng)器. 其中間歇式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單, 對于淤泥等含固體的

體系有較強(qiáng)適應(yīng)性, 缺點(diǎn)是生物質(zhì)物料不易混合均勻, 不易均勻地達(dá)到超臨界水下所需

的壓力和溫度, 也不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn),. 連續(xù)式反應(yīng)器則可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn), 但反應(yīng)時(shí)間

短, 不易得到中間產(chǎn)物, 難以 分析 反應(yīng)進(jìn)行的情況, 因此今后需要進(jìn)行大量的研究, 研

制出更加有效的反應(yīng)器以及尋求不同生物質(zhì)在不同參數(shù)下的最佳氣化效果, 實(shí)現(xiàn)高效,

經(jīng)濟(jì) 的氣化過程.

4. 其他制氫技術(shù)

除熱化學(xué) 方法 外, 生物質(zhì)還可以通過發(fā)酵的方式轉(zhuǎn)化為氫氣和其他產(chǎn)物. 此外,

微藻等水生生物質(zhì)能夠利用氫酶(hydrogenase)和氮酶(nitrogenase)將太陽能轉(zhuǎn)化為

化學(xué)能-氫. 這些生物制氫技術(shù)具有良好的環(huán)境性和安全性, 但還處于早期的研究階段,

制氫基理還未透徹理解, 尚需大量的研究工作.

太陽能半導(dǎo)體光催化反應(yīng)制氫也是目前廣泛研究的制氫技術(shù). tio2 及過渡金屬氧化

物, 層狀金屬化合物如k4nb6o17, k2la2ti3o10, sr2ta2o7 等, 以及能利用可見光的催化

材料如cds, cu-zns 等都經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)能夠在一定光照條件下催化分解水從而產(chǎn)生氫氣.

但由于很多半導(dǎo)體在光催化制氫的同時(shí)也會發(fā)生光溶作用, 并且目前的光催化制氫效

率太低, 距離大規(guī)模制氫還有很長的路要走. 盡管如此, 光催化制氫研究仍然為我們

展開了一片良好的前景.

5. 制氫技術(shù) 總結(jié) 以及在香港的 應(yīng)用 前景

前面討論了利用可再生資源制取清潔燃料-氫的各項(xiàng)主要技術(shù). 這些技術(shù)的特點(diǎn),

經(jīng)濟(jì)性, 環(huán)境和安全方面的特點(diǎn)總結(jié)于表4.

表4. 利用可再生資源制氫技術(shù)比較

table 4. characteristics of candidate hydrogen production technologies

pv-electrolysis wind-electrolysis solar the rmochemical cycle biomass conversion

development

status

pv technology almost mature,

electrolysis mature,

some demonstrations of

pv-electrolysis system been done

wind system mature, electrolysis mature,

wind-electrolysis demonstration needed

r&d pyrolysis and gasification r&d, biological

processes at early r&d

efficiency pv efficiency:

first generation, 11-15%,

second generation, 6-8%

solar to hydrogen around 7%

36% from wind to hydrogen, assuming wind

to electricity efficiency of 40% and

electrolyzer 90%

29% for zn/zno cycles conversion ratio up to 100% can be

achieved for gasification, efficiency of

10% for biological processes

economic

consideration

hydrogen cost about us$40-53.73/gj

depends on the pv type, the size

hydrogen cost about us$20.2/gj,

corresponding to 7.3cents/kwh

us$0.13-0.15/kwh, equivalent to

us$36.1-41.67/gj

us$6.67-17.1/gj for thermochemical

conversion depends on biomass types,

capacity size, for biological processes,

remain to be demonstrated

environmental

consideration

almost no pollution emission during

operation, energy consumption

intensive during construction, disposal

of hazardous materials

no pollution during operation, construction

energy consumption intensive, some noise

during operation

emission of hydrogen sulfide, use and

disposal of metal oxide, reactors

whole cycle co2 neutral, some pollution

emission during the stage of constructing

reactors

safety

consideration

handling hazardous materials during

fabrication, short circuit and fire during

operation, but not significant

relatively safe, a little danger exist during

maintenance

operating at high temperature, risk of

explosion exists; leakage of hydrogen

sulfide

operating at high temperature, explosion

may occur

由表可見, 生物質(zhì)氣化技術(shù)和風(fēng)能-電解制氫技術(shù)具有良好的經(jīng)濟(jì)性. 對于環(huán)境的污染

以及危險(xiǎn)性也相對較小, 極具 發(fā)展 前景, 可以作為大規(guī)模制氫技術(shù). 而光伏-電解水技

術(shù)則目前還未顯示出經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢. 但由于太陽能資源豐富, 在地球上分布廣泛, 如果光

伏電池的效率能進(jìn)一步提高, 成本能大幅降低, 則是未來很有潛力的制氫技術(shù). 太陽

能熱化學(xué)循環(huán)也是可行的制氫技術(shù), 今后的發(fā)展方向是進(jìn)一步降低分解產(chǎn)物的能量損

耗以及發(fā)展更為經(jīng)濟(jì)的循環(huán).

香港地少人多, 沒有自己的煤, 石油, 天然氣, 也沒有大規(guī)模的農(nóng)業(yè), 所有能源

目前都依賴進(jìn)口. 但香港具有豐富的風(fēng)力資源和充足的太陽能資源, 利用可再生資源

部分解決香港的能源 問題 是一條值得探討的思路.

香港總?cè)丝?81 萬, 總面積2757km2, 其中陸地面積1098 km2, 海洋面積1659 km2.

但香港絕大多數(shù)人口集中在港島, 九龍等面積較小的市區(qū), 而新界很多區(qū)域以及周邊

島嶼則人口較少. 由于香港地處北回歸線以南, 日照充足(13mj/m2/day), 風(fēng)力強(qiáng)勁

(>6m/s), 具有很大的發(fā)展可再生能源的潛力. 簡單 計(jì)算 可知, 如果將香港所有陸地面

積安裝上效率為10%的光伏電池, 則年發(fā)電量可達(dá)144.7twh, 這相當(dāng)于香港1999 年電

消耗量35.5twh 的4 倍! 這說明發(fā)展光伏技術(shù)在香港有很大潛力. 考慮到香港市區(qū)人

口稠密, 可以考慮將光伏電池安裝在周邊島嶼發(fā)電, 通過電解槽制氫. 由于光伏-電解

水成本很高, 這一技術(shù)還難以大規(guī)模應(yīng)用, 如果光伏成本能大幅度降低, 則在香港發(fā)

展光伏制氫具有非常誘人的前景. 另外, li(2000)[53]進(jìn)行了在香港發(fā)展海上風(fēng)力發(fā)電

的可行性研究. 研究表明, 利用香港東部海域建立一個(gè)11 × 24 km 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組, 可

以實(shí)現(xiàn)年發(fā)電2.1 twh, 這相當(dāng)于香港用于 交通 的能源的10%. 此外, 香港周邊島嶼,

如橫瀾島等, 平均風(fēng)力都在6.7 m/s 以上, 在這些島嶼發(fā)展大規(guī)模的風(fēng)力機(jī)組也是值得

進(jìn)一步探討的問題. 除此之外, 香港每年產(chǎn)生的大量有機(jī)垃圾, 也可以通過氣化或熱

解制氫. 這些技術(shù)在香港的成功應(yīng)用還需要更深入的研究, 本文不作深入探討.

6. 小結(jié)

本文綜述了 目前 利用可再生資源制氫的主要技術(shù), 介紹了其基本原理, 也涉及到

了各項(xiàng)技術(shù)的 經(jīng)濟(jì) 性和環(huán)境以及安全方面的 問題 . 對各項(xiàng)制氫技術(shù)進(jìn)行了對比 分析 ,

總結(jié) 出利用風(fēng)能發(fā)電再推動電解水, 以及利用生物質(zhì)的熱化學(xué)制氫具有良好的經(jīng)濟(jì)性,

對環(huán)境的污染較小, 技術(shù)成熟, 可以作為大規(guī)模制氫的選擇. 利用光伏-電解水技術(shù)具

有誘人的 發(fā)展 前景, 但目前還未顯示出其經(jīng)濟(jì)性. 而太陽能熱化學(xué)制氫則處于 研究 階

段, 還難以用于大規(guī)模制氫. 香港具有比較豐富的可再生資源, 利用風(fēng)力發(fā)電和有機(jī)

廢物制氫是可行的制氫技術(shù), 而光伏電池還需要大量研究以進(jìn)一步降低成本. 盡管還

有大量的研究和更深入的分析要做, 利用可再生資源制氫以同時(shí)解決污染和能源問題

已經(jīng)為我們展開了一個(gè)良好的前景.

致謝:

本文屬<可再生氫能在香港的 應(yīng)用 研究>項(xiàng)目, 該課題受香港中華電力公司(clp)及香港

特別行政區(qū)政府資助, 在此表示感謝!

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第7篇：生物質(zhì)氣化爐原理范文

專利權(quán)人：李恩典

本實(shí)用新型涉及一種排線機(jī)構(gòu)，尤其是一種排線層繞機(jī)自動緊鎖裝置，適用于金屬絲線的精密繞線，包括通過聯(lián)動軸相互聯(lián)動的活動盤、繞線盤、固定盤以及機(jī)體，所述聯(lián)動軸末端還設(shè)有氣壓緊鎖裝置。利用層繞機(jī)聯(lián)動軸夾盤端的另一端，采用軸向反作用力，在不增加機(jī)體、聯(lián)動軸的軸承受力的前提下，平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)線盤的夾緊與放松。通過氣動實(shí)現(xiàn)自夾緊，效率高、自動化速度化。

專利前景：此項(xiàng)專利技術(shù)利用軸向反作用力來實(shí)現(xiàn)對層繞線盤的夾緊與放松，主要用在金屬細(xì)絲的精繞中。使夾盤受力均勻，不破碎，改變長期以來，用正面擠壓，人工板手扭緊的方法。具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，且省時(shí)省力、安全可靠。機(jī)械性能更趨合理，杜絕目前層繞工傷事故，提高生產(chǎn)效率。專利圖片：

在國內(nèi)外以焊絲產(chǎn)業(yè)為例，可廣泛用在高速精密層繞機(jī)上，埋弧焊絲層繞機(jī)上，藥蕊焊絲生產(chǎn)線上的收帶機(jī)上。改變目前人工用板手扭的辦法，大量減輕工人的勞動強(qiáng)度。不但在焊絲行業(yè)，還可拓展在其它機(jī)械制造領(lǐng)域，在國內(nèi)外尚屬首創(chuàng)市場前景是不可估量的。

專利權(quán)人地址：450000 河南省鄭州市管城回族區(qū)管城西街94號樓2單元15號

項(xiàng)目合作方式：面議

聯(lián)系人：汪 洋 電話：010-52461688

郝孚寧專利2項(xiàng)

1、專利名稱：電瓶車長途運(yùn)行法

申 請 號： 200910134702.8

申請（專利權(quán)）人： 郝孚寧；郝之非

本發(fā)明涉及電瓶車長途運(yùn)行法。大中小型電瓶車，分別用統(tǒng)一的大中小型電瓶，在車輛運(yùn)行途中，車輛內(nèi)電瓶的電快要用完時(shí)，由換電站把充足電的電瓶換到車上去，把車上快要用完電的電瓶換下來，車輛就能繼續(xù)運(yùn)行。這樣，電瓶可以低價(jià)，節(jié)省充電時(shí)間，行程可以很長。

2、專利名稱：水面起飛和降落的飛機(jī)

專利權(quán)（申請）人：郝孚寧

專利（申請）號CN201010284572.9

由于甲板鋼、助推器、攔阻索三項(xiàng)頂尖技術(shù)沒有過關(guān)，我國尚未能建造航母。本發(fā)明設(shè)計(jì)：將飛機(jī)的起落架改換為兩只平行放置的棗核形氣囊，使機(jī)身浮于水面，則成“水面起飛和降落的飛機(jī)”。這將老式的老雞背小雞改為老雞帶小雞式航母。其優(yōu)越性在于任何大小艦船都可以承擔(dān)遠(yuǎn)航供給站、作戰(zhàn)指揮部等航母任務(wù)。江河湖海皆成“機(jī)場”。皆成“基地”。島嶼、沙灘皆成營地。目標(biāo)分散隱蔽，力量聚散快速。

專利權(quán)人地址：江蘇省淮安市楚州區(qū)雙刀劉巷3-6號

項(xiàng)目合作方式：面議

聯(lián)系人：汪 洋 電話：010-52461688

開關(guān)防護(hù)罩

專利號：201220053111.5

專利權(quán)人：張群

開關(guān)作為控制電燈和其它用電器的設(shè)備，在人們的家居生活中被廣泛應(yīng)用，并且種類繁多。這些開關(guān)因?yàn)榻?jīng)常被按動或者沾上一些生活污漬，很容易弄臟，弄臟后由于開關(guān)按鈕的存在，清洗時(shí)很不方便，而且按鈕的縫隙也很難清洗干凈。這對于對家居用具的美觀和方便要求越來越高的現(xiàn)代人來說，已經(jīng)成為一個(gè)需要解決的麻煩。針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，現(xiàn)提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的開關(guān)防護(hù)罩。

專利權(quán)人地址：西安市長安區(qū)東大鎮(zhèn)慶鎮(zhèn)村中心街 51號

項(xiàng)目合作方式：面議

聯(lián)系人：汪 洋

電話：010-52461688

一種野生山核桃嫁接技術(shù)

專利（申請）號：CN201110236874.3

專利權(quán)（申請）人：陳光華

一種野生山核桃嫁接技術(shù)，選用野生山核桃或麻柳為砧木，砧木斷口削成斜面（1），斜面（1）高的一面上端削去3-5cm長的外皮（2）呈“V”字型（9），接穗枝條削去向芽方的外皮（5），撥開砧木“V”字型（9）肉質(zhì)皮層（3），使肉質(zhì)皮層（3）與木質(zhì)部（4）分離，將接穗斜面（6）向內(nèi)緊靠砧木的木質(zhì)部（4），從上而下插入，再用農(nóng)用地膜從砧木和接穗枝接口處套滿砧木鋸口，露出接穗枝，扎緊。這種嫁接技術(shù)操作簡單，成本低，利用野生資源，提高嫁接成活率，結(jié)果早。

專利權(quán)人地址：四川省涼山彝族自治州鹽源縣鹽井鎮(zhèn)鹽廠路11號

項(xiàng)目合作方式：面議

聯(lián)系人：汪 洋 電話：010-52461688

番木瓜芽接法

專利（申請）號：CN201010242713.0

專利權(quán)（申請）人：岳增福

本發(fā)明涉及一種番木瓜芽接苗的嫁接方法，該嫁接方法是選擇莖桿髓心不中空的番木瓜砧木，在砧木子葉上部用刮胡刀刀片削去表層，把預(yù)先削好的番木瓜接穗芽片放入削好的砧木表層上，把薄膜用無污染操作技術(shù)密封芽片在番木瓜砧木上，當(dāng)芽片上的葉柄出現(xiàn)老化或腐壞時(shí)，芽眼明顯膨大，解除密封芽片的薄膜，讓芽片與砧木完全融合，從芽片上5mm削除上部砧木。本發(fā)明嫁接方法的成活率達(dá)95％以上。本發(fā)明方法可以在番木瓜株性一致的番木瓜苗嫁接中推廣運(yùn)用，達(dá)到提高產(chǎn)品產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本和改善產(chǎn)品品質(zhì)的目的。

專利權(quán)人地址：云南省河口縣沙壩

項(xiàng)目合作方式：面議

聯(lián)系人：汪 洋 電話：010-52461688

太陽能電池板脈沖充電連接電路

申請?zhí)枺?200920309260.1

申請（專利權(quán)）人：黎偉雄；李淑珍；黎絲蕾；湯舒

太陽能電池板脈沖充電連接電路，屬于一種充電電路，具體是利用太陽能電池為電源。包括有高效太陽能電池板、電解電容和電壓調(diào)解電路，高效太陽能電池板兩極并聯(lián)電解電容和電壓調(diào)解電路，電壓調(diào)解電路輸出工作電壓，可以接LED燈或充電電池。太陽能電池板采用兩面電極透光的高效太陽能電池板，與太陽能電池板并聯(lián)的電解電容為10000Uf/25V，太陽能電池板提供1.5V電壓，通過并聯(lián)的電解電容和電壓調(diào)解電路，輸出的電壓為6V工作電壓，可以使LED燈閃亮，對3.7V鋰電池充電。本實(shí)用新型可制作成充電產(chǎn)品或供電電源，具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧，便于攜帶，使用方便等特點(diǎn)。

專利權(quán)人地址：510050 廣東省廣州市越秀區(qū)黃華路97號八處

項(xiàng)目合作方式：面議

聯(lián)系人：汪 洋 電話：010-52461688

一種將地?zé)崤c空氣相融合

應(yīng)用于室內(nèi)控溫的節(jié)能設(shè)計(jì)

申請?zhí)枺?01110197895.9

申請（專利權(quán)）人：張?jiān)娢?；張晨?/p>

一種將地?zé)崤c空氣相融合應(yīng)用于室內(nèi)控溫的節(jié)能設(shè)計(jì)。理念：以能節(jié)能。領(lǐng)域：能源開發(fā)涉及民生。背景：地?zé)嵩谵r(nóng)業(yè)上已有廣泛應(yīng)用，但用于室內(nèi)還無先例。原理：應(yīng)用地?zé)嵩谔囟l件下能與空氣相融合形成地氣，這時(shí)地氣有一較恒定的區(qū)間溫度15℃-25℃和流動性強(qiáng)的兩大特點(diǎn)，實(shí)施設(shè)計(jì)。流程：外界空氣豎道消毒器融合橫道地氣庫送氣道室內(nèi)循環(huán)道排氣道屋面出口。設(shè)計(jì)：與建筑工程設(shè)計(jì)同步進(jìn)行。施工：與建筑施工同步進(jìn)行。前景：有地下空間設(shè)計(jì)的工程都適用。特點(diǎn)：節(jié)能降耗，增強(qiáng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展后勁，物優(yōu)價(jià)廉，是最完美的人居環(huán)境。效果：室內(nèi)不裝空調(diào)暖氣，能冬曖夏涼，四季如春，空氣新鮮，舒適宜人。

專利權(quán)人地址：404700 重慶市巫山縣巫峽鎮(zhèn)祥云路教委宿舍5單元401

項(xiàng)目合作方式：面議

聯(lián)系人：汪 洋 電話：010-52461688

無焦油爐灶連體氣化爐

專利號：201020577701.9

專利權(quán)人：韋光金

無焦油爐灶連體氣化爐是現(xiàn)產(chǎn)現(xiàn)用生物質(zhì)熱解燃?xì)獾囊环N環(huán)保節(jié)能爐具。其結(jié)構(gòu)由手搖攪料氣化爐和消化焦油燃?xì)庠罴斑B通管道等部件組成。該爐具的特點(diǎn)是：①能將農(nóng)作秸稈、林產(chǎn)廢棄物及生產(chǎn)生活可燃垃圾等低熱值燃料經(jīng)高溫?zé)峤廪D(zhuǎn)化成高熱值的燃?xì)庵苯佑糜诖妒?；②在使用過程中無焦油及其它污染物排放。該爐具適合于廣大農(nóng)村群眾使用。市場廣闊。經(jīng)濟(jì)社會生態(tài)效益顯著。

專利權(quán)人地址：云南省文山州富寧縣城新興社區(qū)普廳北路18-9

第8篇：生物質(zhì)氣化爐原理范文

關(guān)鍵詞 秸稈；節(jié)能環(huán)保；一次性餐具

中圖分類號S38 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A 文章編號 1674-6708（2012）78-0051-02

1 概述

隨著時(shí)代的飛速發(fā)展，人們的生活節(jié)奏的加快，一次性餐具早已成為眾多人群每天必需的消耗品。市場需求量的增長，使一次性餐具的質(zhì)量安全及廢棄餐具對現(xiàn)有環(huán)境的潛在威脅等問題日益突顯，盡管我國在2001年《關(guān)于餐飲企業(yè)停止使用一次性發(fā)泡塑料餐具的通知》，但其憑借著重量輕、保溫耐壓、價(jià)格較低等優(yōu)勢，仍占領(lǐng)了大量的市場份額，而發(fā)泡餐具對人體及環(huán)境所會造成的危害不容忽視，它的過度使用，加重環(huán)境負(fù)擔(dān)，與我國近年提出的“節(jié)能減排”背道而馳。“一次性發(fā)泡餐具”的環(huán)保替代品應(yīng)運(yùn)而生，秸稈綠色環(huán)保飯盒以其易降解、可回收利用、污染物排放少、原料清潔且來源廣泛、對人體無毒害等特點(diǎn)，向世人展現(xiàn)它環(huán)保、衛(wèi)生、價(jià)廉和節(jié)約資源等一系列的優(yōu)越性。

2 我國農(nóng)區(qū)秸稈的利用現(xiàn)狀及存在問題

我國農(nóng)作物的年總產(chǎn)量位居世界前列，而隨著農(nóng)作物產(chǎn)量的不斷增長，每年將產(chǎn)生大量的秸稈，使我國也成為了秸稈資源較為豐富的國家之一。目前，對這種秸稈有機(jī)資源的如何再生利用成為人們逐漸關(guān)注的焦點(diǎn)。

2.1 秸稈還田

秸稈具有極高的肥料資源價(jià)值和較高的養(yǎng)分含量。據(jù)研究，農(nóng)作物秸稈平均含氮0.6%、磷0.3%、鉀1.0%、碳40%～50%，此外還含有機(jī)質(zhì)和微生物等。通過機(jī)械直接還田、覆蓋還田、堆漚腐熟還田和過腹還田等幾種方式，利用秸稈的肥料資源價(jià)值，減少化肥的使用量，降低污染，實(shí)現(xiàn)資源的合理利用。然而秸稈直接還田后，由于土壤中大量微生物會與農(nóng)作物爭奪氮磷等養(yǎng)分，引起作物減產(chǎn)及死亡，因此需要適當(dāng)施加一些氮肥或磷肥，造成秸稈還田成本的增加，同時(shí)土壤中的微生物對秸稈的分解周期較長，不能作為直接當(dāng)季作物的肥源。

2.2 秸稈作飼料

秸稈含有粗纖維、礦物質(zhì)及少量的蛋白質(zhì)和油脂，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。而農(nóng)作物在生長過程中，約有50%生物量貯存于籽粒中，其余的均存在于秸稈中。由于秸稈這種特殊的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，使得秸稈常用來作為飼料使用。

然而，秸稈的利用過程中，受到飼料種類及生產(chǎn)目的的影響，隨經(jīng)物理方法處理，秸稈仍存在消化效率低、可利用的營養(yǎng)物質(zhì)少等問題。此外，通過堿化、氨化等化學(xué)處理后，營養(yǎng)價(jià)值雖有提高，但生產(chǎn)成本較高，環(huán)境污染較為嚴(yán)重，使其利用和推廣受到限制。

2.3 秸稈作燃料

秸稈的熱能大約相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤的一半，具有較高的熱值，我國農(nóng)村人口較多，很大一部分地區(qū)直接用秸稈作燃料，從而減少化石燃料的燃燒和煤炭資源的消耗。但是焚燒秸稈會對環(huán)境造成污染，大氣質(zhì)量下降，且易誘發(fā)火災(zāi)，大量焚燒，尤其在夜間，甚至?xí)斐墒袇^(qū)與郊區(qū)的熱島環(huán)流，輻射逆溫，造成市區(qū)嚴(yán)重的空氣污染，對人體健康極為不利。此外，焚燒秸稈造成生物能源的浪費(fèi)，使生態(tài)系統(tǒng)失衡。因此，秸稈焚燒導(dǎo)致養(yǎng)分損失和環(huán)境污染問題是目前秸稈綜合利用中的棘手問題之一。

2.4 秸稈作為工業(yè)原料

經(jīng)過氣化、發(fā)酵等處理后的秸稈可作為工業(yè)原料來利用。秸稈氣化技術(shù)是將粉碎后的秸稈通過干餾氣化爐設(shè)備的高溫?zé)峤?，?jīng)干餾、熱解、氣化轉(zhuǎn)化成一氧化碳和氫氣等可燃性混合氣體，因此，可以農(nóng)區(qū)產(chǎn)生的大量秸稈作為氣化原料，通過集中供氣的方式向農(nóng)民提供燃?xì)?。秸稈制沼氣技術(shù)主要是利用秸稈和畜禽糞便等混合發(fā)酵制成沼氣，這樣不僅可消耗大量的秸稈，同時(shí)也解決了農(nóng)村燃料不足的問題。

近幾年，沼氣示范工程在我國逐漸增加，但以農(nóng)作物秸稈作原料在技術(shù)上仍存在發(fā)酵設(shè)備復(fù)雜、反應(yīng)條件苛刻、原料利用率低、能耗高、產(chǎn)氣率較低等問題。

3 秸稈餐具的比較優(yōu)勢

1）秸稈屬農(nóng)作物廢棄物，來源廣，產(chǎn)量大，可就地取材，并且較傳統(tǒng)一次性環(huán)保餐具，如淀粉類、紙質(zhì)類餐具，材料成本低，無污染，易被環(huán)境降解。同時(shí)，該產(chǎn)品具有優(yōu)于發(fā)泡塑料和紙制餐具較好的保溫隔熱效果、優(yōu)良的強(qiáng)度、挺度，還耐油、耐熱、耐酸堿、耐冷凍等性能；

2）無毒無害，綠色環(huán)保。產(chǎn)品原料均為綠色植物，制作過程中無廢液，毒氣和廢渣的污染，生產(chǎn)用水可循環(huán)使用。使用過的飯盒經(jīng)回收通過粉碎處理，可被作為家畜飼料、助燃料等再利用，或被自然自行降解為有機(jī)肥料；

3）制作餐具的過程中使用的面粉、米粉等或者他們的混合物等均屬于天然化合物，符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，具有無毒，無害及降解性能；

4）國內(nèi)制作工藝成熟，具有流程短、投資少等優(yōu)點(diǎn)，可用于批量生產(chǎn)，并且品適用性強(qiáng)，可根據(jù)需求加工成各種形狀，方便美觀，彌補(bǔ)了紙質(zhì)餐具硬度差不易塑型的缺點(diǎn)。

4 工藝流程

4.1 基本原理

秸稈綠色環(huán)保餐具原理是原材料秸稈經(jīng)過清洗晾曬后進(jìn)行精粉碎和粗粉碎，使其成為粉狀物料，選擇無毒害的淀粉膠體或碳水化合物膠黏劑與粉狀物料和水進(jìn)行混壓，將餐具預(yù)壓成型，在排氣將制作中產(chǎn)生的水蒸氣排盡后進(jìn)行保壓成型。

4.2 原材料的選擇

秸稈具有密度小、來源廣泛及模量小等特點(diǎn)，并在切割、壓縮和粉碎等加工過程中體現(xiàn)出抗拉、抗壓及抗剪切等較高的機(jī)械強(qiáng)度等性能，可以在餐具中起到骨架支撐作用?；谝陨戏N種優(yōu)勢，故在制作過程中選擇麥稈、秸稈等作為產(chǎn)品的主要原材料。

4.3 粘合劑的選擇

根據(jù)一次性餐具本身的特性及其工藝配方，所選用的粘合劑需滿足無毒害、符合國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和衛(wèi)生要求等條件。秸稈環(huán)保餐具在制作過程中，使用的粘合劑屬天然化合物，淀粉在經(jīng)過適度的氧化后，其分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)均發(fā)生改變，以此控制淀粉的溶解性和粘性，而聚乙烯醇屬可降解熱塑性高分子粘合劑，耐沖擊、黏度好、無公害等優(yōu)點(diǎn)，可作為輔助粘合劑，以提高產(chǎn)品的綜合性能。

4.4 工藝流程

以植物粗纖維等為原料生產(chǎn)一次性快餐具在工藝上主要有干法和濕法兩種工藝路線（圖1、圖2）。目前通常選用干法生產(chǎn)。

5 植物纖維素環(huán)保餐具推廣的社會意義

人們的環(huán)保意識和素質(zhì)與時(shí)俱進(jìn)，國家逐步禁止使用塑料制品并提出一般可降解材料的升級換代，在全降解材料制品及其工藝裝備的商機(jī)和市場潛力逐漸被認(rèn)可與發(fā)掘的同時(shí)，其巨大的社會價(jià)值也初現(xiàn)端倪。

5.1 延長農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈

植物秸稈不同于淀粉制品，不浪費(fèi)糧食，不需要單獨(dú)生產(chǎn)，同時(shí)還能增加農(nóng)民的收入，優(yōu)化資源能源結(jié)構(gòu)，對我國經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展有重要作用。以其為原料來進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)，能夠延長農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，圍繞其產(chǎn)生的收購、貯存、加工、銷售、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，可以增加農(nóng)村的就業(yè)崗位。

5.2 對生態(tài)系統(tǒng)的影響

塑料制品在旅游區(qū)、水體、景觀、道路和農(nóng)田土壤中散落，進(jìn)入環(huán)境后很難降解，并且會使土壤的自然肥力和持水性能大大下降，對生態(tài)系統(tǒng)造成深層的長期的問題。傳統(tǒng)一次性餐具的原材料獲取會造成糧食和森林資源的極度開發(fā)，相比于此，秸稈餐具節(jié)約資源，生產(chǎn)過程相對環(huán)保，排污量較小，進(jìn)入環(huán)境后可以被充分降解，不會對動物和土壤造成傷害，且密度相對較大，不會隨風(fēng)飛起損害市容市貌。

5.3 減輕對城市人群健康的威脅

秸稈焚燒是當(dāng)下屢禁不止的市政問題之一，不僅破壞環(huán)境，對人體的健康也將造成極大危害。這種“放錯(cuò)地方的資源”的充分開發(fā)利用，將減輕焚燒對大氣環(huán)境容量的負(fù)擔(dān)，優(yōu)化城市生活環(huán)境，減少人體健康威脅。而以秸稈為原料制作餐具在解決廢棄的秸稈的處理和再利用問題的同時(shí)，避免焚燒帶來的生態(tài)環(huán)境的危害，而且給農(nóng)區(qū)居民增加了部分收入，消滅城市人群健康的一個(gè)巨大隱患。

6 前景及展望

我國是世界上最大的一次性餐具消費(fèi)市場，一次性發(fā)泡餐具被明令禁止后，我國快餐市場對可降解餐具的需求急劇增加，秸稈綠色環(huán)保餐具迎來了良好的發(fā)展契機(jī)，成為消除白色污染的有力武器。秸稈綠色環(huán)保餐具順應(yīng)社會進(jìn)步和時(shí)展的趨勢，將廢棄的秸稈作為一種巨大可再生資源來推廣和普及，延長了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，改善農(nóng)民生活狀況，減少部分人員的大量流動問題，對維持社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，與之相關(guān)的秸稈利用產(chǎn)業(yè)也將與國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和單位GDP能耗下調(diào)的目標(biāo)相符，因此將具有廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

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第9篇：生物質(zhì)氣化爐原理范文

關(guān)鍵詞：熱管技術(shù)；太陽能；研究

中圖分類號：TK511 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

引言

可再生能源對于人類未來的發(fā)展是很重要的一種能源，當(dāng)前，由于對礦產(chǎn)資源的無限量開采，造成資源短缺，環(huán)境日益惡化，因此上這項(xiàng)技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源給人類未來的生存帶來希望，為人類服務(wù)的任務(wù)就顯得很重要。而這采用何種技術(shù)，對于技術(shù)本身，我們看重的是對于可再生資源的開發(fā)以及利用主要是其成本與效率。現(xiàn)在對于我們國家來說，新技術(shù)的自主創(chuàng)新尤為重要。我國在熱管技術(shù)工業(yè)上的應(yīng)用非常的廣泛，同時(shí)擁有各類熱管制造生產(chǎn)技術(shù)的自主知識產(chǎn)權(quán)。熱管是一種高效傳熱元件，是解決高效生物質(zhì)氣化爐、高溫太陽能接收器、永凍土地基等當(dāng)前可再生能源開發(fā)利用中關(guān)鍵問題的最有效途徑之一。加快新技術(shù)開發(fā)應(yīng)用、力爭與發(fā)達(dá)國家同步，是我國能源工作者迫切的任務(wù)。

一、熱管的基本組成及工作原理 1、熱管的基本組成

熱管主要是由主體、內(nèi)部空腔和毛細(xì)結(jié)構(gòu)三部分構(gòu)成，主體部分是封閉式的一段金屬管，可以承受相當(dāng)大壓力的全封閉結(jié)構(gòu)，其一般由碳鋼、不銹鋼等金屬制品制成的。存在著少量的液態(tài)或者氣態(tài)的工作液在其內(nèi)部空腔里面以及毛細(xì)結(jié)構(gòu) ，不能包括在內(nèi)的有金屬管內(nèi)的雜物和空氣。熱管本身就是抽成真空的封閉系統(tǒng)。

2、熱管技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)

(1)良好的導(dǎo)熱性。主要靠熱管內(nèi)部的工作液體氣體與液體相互轉(zhuǎn)變而傳熱，熱阻力很小，因此，具有良好的傳熱效率。

(2)等溫性良好。熱管內(nèi)腔的蒸汽是處于飽和狀態(tài)，飽和溫度是由飽和蒸汽的壓力決定，飽和蒸汽所產(chǎn)生的壓降很小從蒸發(fā)段流向冷凝段，根據(jù)熱力學(xué)中的Clausuis-Clapeyron方程式可知，具有很小的溫降，因此熱管等溫性是非常良好的。

(3)熱二級管與熱開關(guān)性能。熱開關(guān)則是當(dāng)熱源溫度高于某一溫度時(shí)，熱管開始工作，當(dāng)熱源溫度低于這一溫度時(shí)，熱管就不傳熱；熱管可以做成熱二級管或熱開關(guān)，所謂熱二級管就是只允許熱向一個(gè)方向流動，而不允許向相反的方向流動。熱二極管原理在太陽能及永凍工程中有很重要的應(yīng)用。

(4)熱流方向的可逆性。由于一根水平放置的有芯熱管，毛細(xì)力是其內(nèi)部循環(huán)動力，因此作為蒸發(fā)段任意一端受熱都可以，而另一端向外散熱就成為冷凝段。此特點(diǎn)可用于在空間的人造衛(wèi)星和宇宙飛船溫度展平，也可用于后吸熱先放熱的化學(xué)反應(yīng)器及其他裝置。

(5)熱流密度可變性。熱管可以獨(dú)立冷卻段或改變蒸發(fā)段的加熱面積，即熱管可以較大的傳熱面積輸入熱量，而以較小的冷卻面積輸出熱量，或者加熱熱量以較小的面積輸入，而熱量冷卻以較大的面積輸出，熱流密度這樣就可以被改變，解決一些其他方法難以解決的傳熱難題。

(6)恒溫特性(可控?zé)峁?。普通熱管的基本上各部分熱阻不隨加熱量的變化而變，因此當(dāng)加熱量變化時(shí)，熱管各部分的溫度亦隨之變化。但人們發(fā)展了另一種熱管——可變導(dǎo)熱管，使得冷凝的熱阻隨加熱量的減少而增加，隨加熱量的增加而降低，這樣可使熱管在加熱量大幅度變化的前提下，實(shí)現(xiàn)溫度的控制，因?yàn)檎羝麥囟茸兓瘶O小。

(7)環(huán)境的適應(yīng)性。熱管的形狀可隨冷源和熱源的條件而變化，熱管可做成燃?xì)廨啓C(jī)的葉片、電機(jī)的轉(zhuǎn)軸、手術(shù)刀、鉆頭等，以適應(yīng)冷凝流體不能混合或長距離情況下的熱管也可做成分離式的換熱；熱管即可用于空間(無重力場)，也可以用于地面(重力場)。

二、熱管技術(shù)在太陽能開發(fā)中的應(yīng)用

熱管式太陽能熱水器工作原理

熱管式太陽能熱水器熱管非常簡單，將一根金屬管兩端封口，管內(nèi)裝入一定的低沸點(diǎn)液體（如酒精），并且將管抽成真空（負(fù)壓）。這樣，管內(nèi)液體的沸點(diǎn)很低（例如，可以由較低的負(fù)壓而使得酒精的沸點(diǎn)降為攝氏30 度左右）。這樣，當(dāng)管下部溫度高于30度時(shí)，酒精將沸騰并升到管的頂部，使管的頂部溫度升高。而管的頂部插入水箱中，由熱傳導(dǎo)的方式將水加熱。

2、性能分析

熱管的外表面涂有一層黑色吸熱層，當(dāng)光照射到熱管的外表面時(shí)，溫度升高，通過金屬管壁以熱傳導(dǎo)的方式將熱能傳入管內(nèi)，使管內(nèi)液體沸騰，并快速升到頂部，將水箱中的水加熱。（為加快散熱，可以在熱管的頂部加裝散熱片）。然后，管內(nèi)經(jīng)過熱交換后冷卻的氣體冷凝后又流回底部，被重新加熱后再升到頂部，如此循環(huán)，熱管底部液體基本保持在一個(gè)較低的沸騰溫度。所以，熱管內(nèi)、外壁的溫差基本恒定且較大，故熱效率高（理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)檢測均表明，熱管的熱效率比真空管高5%左右）。并且，也不會因?yàn)槎镜牡蜏囟鴮?dǎo)致凍結(jié)，同時(shí)管內(nèi)無水，對水箱中的水質(zhì)無影響。因此，熱管太陽能熱水器比真空管太陽能熱水器有著明顯的優(yōu)勢，是太陽能熱水器的一個(gè)更新?lián)Q代的發(fā)展方向。直接將型號適宜的熱管插入熱水器水箱中?？紤]管本身的散熱問題，可制作一個(gè)矩形箱，將熱管封于箱內(nèi)，箱的上表面為玻璃板，箱的內(nèi)層底面再鋪（或涂）上黑色吸熱材料，這樣，由于熱管與外界空氣隔離，散熱將大大減少，且矩形箱內(nèi)底為黑色，吸熱面積大大增強(qiáng)，使箱內(nèi)溫度很高。這使得熱管除直接接受光加熱外，還能同時(shí)受到箱內(nèi)高溫氣體加熱，使熱能增加，熱管傳導(dǎo)的熱量也增加，故加熱溫度更高。在成本上，每根熱管比真空管價(jià)格低。因此，用節(jié)約的錢作一個(gè)封閉箱，成本基本持平，但獲得的水溫比真空式太陽能熱水器的要高，理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)均表明，同樣天氣里，經(jīng)過一天的加熱，熱管式太陽能熱水器中的水溫要比真空管式太陽能熱水器的水溫高5℃左右。

太陽能熱管正向著高溫方向發(fā)展。它通過聚焦裝置能獲得很高的溫度，不僅可以將熱管技術(shù)用于太陽能電站，也可以采用熱管技術(shù)制作太陽灶。為了解決高溫太陽能接收器的熱點(diǎn)問題，在太陽能熱發(fā)電中利用熱管的優(yōu)良的均溫性能、高效傳熱性能，發(fā)電系統(tǒng)和提高接收器的安全性能和效率；為了解決高溫太陽能熱發(fā)電中的蓄能問題，由單向傳熱結(jié)構(gòu)、特性可異型性能來解決，從而解決太陽能熱發(fā)電連續(xù)性問題。熱管技術(shù)應(yīng)用于高溫太陽能接收器中，既解決了太陽能高溫?zé)岚l(fā)電中的難題，又拓展了熱管技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，具有很高的使用價(jià)值。

最后，熱管由于傳熱速度很快，熱損耗小，故可以改進(jìn)為太陽能熱水器上的集熱管，并且比真空管有較明顯的優(yōu)勢。適當(dāng)推廣，可以提高太陽能的利用，減少污染，改善人們的生活水平。因此，應(yīng)該有良好

的應(yīng)用前景。

三、熱管技術(shù)在地?zé)崮荛_發(fā)中的應(yīng)用

地層深處是一個(gè)巨大的蓄熱庫，熱管在利用地?zé)豳Y源方面有其特殊的便利，并已取得了許多成功的應(yīng)用實(shí)例。

1、地面積，及防凍系統(tǒng)

如圖所示，將熱管群埋入地下3到18米處，收集到的地?zé)嵊蔁峁茌斔偷降孛妫乐狗e雪和冰凍，由于是無需人工管理和維護(hù)，所以特別適合偏僻地區(qū)的重要場所的路面融雪防凍，如高速公路、停車場等場所。

已知在地下深達(dá)7米的土壤溫度在一年內(nèi)基本變化不大，在7~20米深處，全年的土壤平均溫度幾乎不變，這就給地?zé)岬睦锰峁┝擞欣麠l件。

2、溫泉廢水及輔助鍋爐的融雪及路面防凍

寒冷地帶溫泉休假區(qū)的路面，停車場的冬季積雪清除及路面防凍，利用溫泉廢水的余熱是一種比較方便和經(jīng)濟(jì)的方法。

在無溫泉地區(qū)也可以燃油輔助鍋爐加熱U型熱管，達(dá)到路面融雪及防凍的目的。

結(jié)語

熱管技術(shù)自1964年問世以來，其獨(dú)特的高效傳熱技術(shù)在石油、化工等行業(yè)的余熱回收方面已取得了重大成果，有效地緩解了我國能源日益短缺的緊張局面。當(dāng)前，太陽能、地?zé)崮?、生物能等能源作為能源資源較為豐富的幾大可再生清潔能源正逐步成為世界能源發(fā)展的方向。利用熱管技術(shù)開發(fā)和利用可再生能源也正不斷取得新進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)

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