原料一直是限制国内生物燃料发展的瓶颈之痛，千年桐能成为一剂良药吗？ 连续几月，西南五省旱情加重，千万居民用水紧张。然而，在贵州的山林间，干裂的土地上却时常出现惊人一幕——当地一些农民情愿忍受咽干口燥，也要将难得的饮用水节省下来，一勺一勺浇灌那片承载着他们财富希望的桐林。 这种名叫千年桐的植物一年前在湖南开始大规模种植成林，在湖南芷江、会同等16个地区，它们的根须密集地纠缠在地下。去年年底，千年桐被成片地种植在了贵州的蓝天之下。 这种植物被赋予了500亿的财富梦想，与之前风靡一时的麻风树相比，它被鉴定为目前最为理想的生物替代柴油原料。 两年前，随着中石油(12.95,-0.03,-0.23%)、中石化在云南、四川大规模种植麻风树宣告失败，生物柴油原材料的瓶颈之痛就一直限制着行业的发展。在历经了长时间的产业死亡期后，一些工厂的设备已经生锈，厂房之内杂草丛生。 处在艰难挣扎期的中国生物燃料行业能否因为千年桐的出现而柳暗花明？这种有着硕大叶子的树种又能否给濒于停产的工厂，以及广大农民撑起一片绿荫？在石油资源短缺引发的国家能源安全愈发严重的情况下，这样的答案显得尤为迫切。 原料之争 中国的生物燃料开发其实是从以粮食为原料发展燃料乙醇开始的。 1995年至2000年间，粮食的连续丰收让广大农民“望粮兴叹”，卖粮难成了时任国家总理朱镕基以及中国几亿农民的心头之痛。当时粮食的库存机制尚未建立，库存压力很大，导致大量粮食被积压，全国主要产粮大省都出现了数目惊人的陈化粮。 粮食的高产无市让中国开始思考如何在粮食与能源之间寻求契合点。而在此之前，大洋彼岸的美国和巴西已经涉及燃料乙醇项目多年。2000年，国家总理朱镕基连续7次签署了发展燃料乙醇的批示。 2001年，由国家发改委牵头组织的研究小组奔赴美国和巴西，但巴西使用的原料是甘蔗，于是以玉米为原料的美国更直接地影响了中国最早期的燃料乙醇发展方案。 研究小组调研回国后，高层决定对乙醇汽油实行“先试点，后推广”。为了消化陈化粮，试点地区被圈定为粮食的几大主产区，河南、安徽、黑龙江、吉林、辽宁等地被推向了试点第一线，随后湖北、山东、河北、江苏四省的27个地市也被纳入其中。各试点地区纷纷上报示范性企业，经国务院讨论审批，吉林燃料乙醇公司、河南天冠燃料乙醇公司、安徽丰原生化(10.19,-0.17,-1.64%)股份公司以及黑龙江肇东华润酒精公司四家企业被敲定。四家企业中，除了河南天冠用小麦为外，其余三家都以玉米为原料。 直到2006年中国粮食经济学会副会长宋廷明赴东北三省调研粮食物流情况，背后的隐患才得以发觉。宋延明看到东北这个全国最大的粮食基地正轰轰烈烈开展着粮食深加工，作为“北粮南运”的始发点，东北地区已经“自私”地将粮食全部据为己有。 终于，以玉米为原料的燃料乙醇项目引发了一系列连锁反应。其中最明显的便是，粮食价格直线上扬。“与人争粮，与粮争地”的矛盾被逐渐放大。 到2006年，四家定点生产企业划拨的陈化粮都基本用完，它们不得不以新粮作为原料维持生产。当年12月，国家发改委下发了《关于加强生物燃料乙醇项目建设管理、促进产业健康发展的通知》和《关于暂停玉米加工项目的紧急通知》。2007年6月7日，国务院召开可再生能源会议，玉米变乙醇项目被正式叫停，今后只能“在不得占用耕地、不得消耗粮食，不得破坏生态环境”的原则下坚持发展非粮燃料乙醇。 于是，新一轮的原料争夺战又被打响，除了中粮、中石油、中石化等能源巨头外，更多的民间资本也逐步介入。 叫停玉米后，红薯、甜高粱、秸秆等物种开始成为生产燃料乙醇的原料，中粮集团作为涉入最深的研发者也加强了在该领域的力度。在另一个分支上，中石油、中石化、中海油也不甘落后，它们开始将触角伸向了以麻风树为原料的生物柴油开发。在它们的牵引作用下，全国各地大大小小的生物柴油生产商也一哄而上，它们以生物废油、地沟油等为原料，试图在一片看好的市场中分取一杯羹。 热闹过后，危机出现。被寄予厚望的麻风树终究敌不过西南的气候，一场霜冻拍倒麻风树的同时，也拍死了很多人的希望。另一方面，曾遭人冷眼的生物废油、地沟油等原料一时
一、生物液体燃料(生物燃油)是中国今后开发利用生物质能的一个主要方向 1.1生物液体燃料产业的主要驱动因素是石油安全 生物质能资源包括农作物秸秆和农业加工剩余物、薪材及林业加工剩余物、禽畜粪便、工业有机废水和废渣、城市生活垃圾和能源植物，可转换为多种终端能源如电力、气体燃料、固体燃料和液体燃料，其中受到最多关注的是生物质液体燃料(生物燃油)。世界不少国家已经开始发展生物燃油产业(包括生物燃油加工业以及其相关产业，如能源农业和能源林业)，其中共同的目的在于保障石油安全。 2011年中国石油净进口量为1.2亿吨，消费量为3.1亿吨，进口依存度达到了38.7%；国际能源署(IEA)预测中国到2010年、2020年石油进口依存度将达到61.0%和76.9%。石油进口量和进口依存度的迅速攀升给中国石油安全带来了日益严重的影响；中国的石油安全问题也引起了一些国家的顾虑。国产的石油和石油替代燃料能否“养活中国”呢？与资源有限的煤炭液化和国内油气资源开发等手段相比，资源可再生而且潜力巨大的生物燃油技术也受到了越来越多的关注。巴西生物燃油产业利用蔗糖发酵制取生物乙醇，2002年消费量达到了104亿公升，替代率接近40%。 美国和欧盟国家在生物燃油产业方面也有丰富的经验。不过巴西的发展背景与中国更为接近。巴西生物燃油产业(以生物乙醇工程为开端，后来又发展了生物柴油)源于1975年，起因主要有二：一是出于国家能源安全和经济发展的考虑，在1973-1974年第一次石油危机中，由于巴西80%的燃料依赖进口，油价暴涨使巴西损失了40亿美元，经济也受到沉重打击；其次是为了促进国内种植业的发展和保护农民的利益，因为巴西是全球最大的甘蔗种植区。 1.2发展生物燃油产业将带来显著的环境效益 能源农林业的大规模发展可以有效地绿化荒山荒地、减轻土壤侵蚀和水土流失。大量使用生物燃油对中国大气环境的保护和改善也有着突出的意义：与化石燃料相比，生物燃油的使用很少产生NOx和SOx等大气污染物；由于生物质CO2的吸收和排放在自然界形成碳循环，其能源利用导致的CO2排放远低于常规能源。到2050年生物燃油开发量如果能达到1.05亿吨(这一数据是基于能源研究所2005年“中国能源中长期开发利用前景分析”研究项目的生物质能部分的情景分析；情景分析中能源林业以生产生物柴油原料为主，能源农业以生产生物乙醇原料为主；其中2020年、2030年、2050年预计开发量为：生物乙醇0.039、0.079、0.16亿吨，生物柴油0.15、0.33、0.89亿吨)，则可绿化约3000万公顷荒山荒地，减排约3.1亿吨CO2。 1.3发展生物燃油产业将为中国“三农”问题的解决做出相当的贡献 建设从能源农林业到生物燃油加工业的生物燃油产业链可以成为中国解决“三农”问题的一个有力手段。 1.3.1带动农业经济和林业经济 2020年生物燃油开发量预计为1900万吨左右，初步估算可给国家和地方创产值1000亿元。到2050年生物燃油开发量如果能达到1.05亿吨，将创造5000亿元左右的年产值、吸纳1000万个以上的劳动力(主要是能源农林业接纳的就业)，并为带动农村经济发展起到极大的作用；形成这部分生物燃油产能的初始投资(主要是产业建设投资，荒地改造和树种等费用相对较低)预计可以控制在1.0万亿元以内：年产值与产能投资的比值(大于1：2)大于某些常规能源产业的比值(例如，火电的年产值与产能投资的比值约为1：2.5)。 1.3.2创造大量就业特别是农村地区的就业 可以吸纳1000万个以上的劳动力，其中主要是农村劳动力，这有利于缓解农村大量劳动力闲置的局面。 1.3.3为中国的城镇化建设提供有力支持 一方面，中国的城镇化建设提高了人均能源需求量，特别是人均燃油需求量；另一方面，城镇化建设需要与之相伴的产业建设和就业机会的创造(一定程度上还需要增加在农村的就业机会以缓冲农村向城镇的移民浪潮)：能源农林业(和生物燃油加工业)在这两方面都可以发挥重要作用。 二、中国生物燃油发展现状与趋势 2.1中国发展生物燃油产业已有一定的技术基础 生物燃油产业的核心技术是生物燃油技术和能源作物的选育和种植技术。自“八五计划”期间已经开
艾博恩(Al Bryant)，是波音公司研发与技术部中国区副总裁。 飞机燃油大致有三种：航空汽油、航空煤油、航空柴油。民用客机绝大多数使用航空煤油，因为大型客机能在1万米之上高空飞行，其发动机必须适应高空缺氧、气温气压较低的恶劣环境；而航空煤油有较好的低温性、安定性、蒸发性、润滑性以及无腐蚀性、不易起静电和着火危险性小等特点。 与此同时，作为一种传统的化石燃料，航空煤油又被看作是航空业碳排放的罪魁祸首。英国《独立报》报道说，全球航空运输现在向大气层排放的二氧化碳量比早前预计要高出20%。据预测，到2025年，该行业的年碳排放量将达15亿—20亿吨。此外，根据国际航空运输协会(IATA)和Platts公司发布的全球航油价格计算，2008年1—8月航油的平均价格为142.2美元/桶，相较2007年航油支出的1360亿美元，全球航空公司在2008年约增加了910亿美元的航油成本投入，达到2270亿美元。尽管全球油价自2008年第三季度起大幅下挫，但从长远看，为减少油料依赖、降低成本和实现减排，寻找可大规模应用于商业开发的生物燃料已成为全球航空业的当务之急——作为石油类燃料快捷的替代品，生物燃料不仅可再生，具有可持续性，而且无需对现有发动机进行任何改装。 使用粮食作物作为生产原料的生物燃料被称为第一代生物燃料。尽管第一代生物燃料迄今不过经历了区区几年的发展，并只在很少几个国家实现了规模化生产，但是它的局限性很快就显现出来：占用耕地太多而且威胁粮食供应。目前世界各国都在着力研发第二代生物燃料，与第一代相比，第二代生物燃料的生产原料不会挤占食物资源或水资源所用的耕地，也不会引起森林采伐的行为。在第二代生物燃料的研发上，科学家们主要锁定了三大类植物：草、树和海藻。草和树生长在陆地上，但需要复杂的处理程序；海藻生长在水里，培育起来比较复杂，但可生产高品质油，可被轻易转化成生物柴油。这三类植物成了航空运输业寻找替代传统航空燃油出路的新希望。 2008年12月30日，新西兰航空在新西兰奥克兰圆满完成了全球首次第二代可持续生物燃料测试飞行。2009年1月7日，美国大陆航空公司成功试飞了北美第一架采用可持续生物燃料作为动力源的商用飞机。同年1月30日，日本航空公司(JAL)成为首家应用主要由亚麻荠提炼的可持续性生物燃料进行示范飞行的航空公司。一个月之内完成三次生物燃料试飞，让使用生物燃料的飞机投入商业运营变得不再遥远。 新西兰航空公司所试飞的飞机，由麻风树及Jet A1燃油各占50%的混合生物燃料为其中一台发动机提供动力。新西兰航空为试飞挑选和精炼的麻风树原油产自非洲东南部(马拉维、莫桑比克和坦桑尼亚)及印度。 麻风树土生土长在中美洲，是一种高约3米的植物，在热带和亚热带具有良好适应性，树中包含的不可食用油脂可用于生产燃料，每颗种子可产出30%—40%的油分。从拉丁美洲、非洲到亚洲，对于这些贫穷和拥有大量干旱土地的地区来说，麻风树是一个特别的恩惠，它从大气中吸收的二氧化碳超过其所释放的二氧化碳，不仅如此，这种奇迹般的树种也可以稳定和恢复已经退化的土壤。正因为这个原因，2007年《科学美国人》(Scientific American)杂志将麻风树称为“灌木中的绿色黄金”，认为这种植物“似乎提供了生物燃料的所有益处，而且没有什么缺点”。新西兰航空日前披露的生物燃料测试飞行结果显示：按照5050比例混合而成的麻风籽油燃料和标准喷气式燃料减少了60%—75%的二氧化碳排放量。 美国大陆航空公司试飞的飞机，则采用了包含海藻与麻风树提取物的混合生物燃料。这是第一次采用包含部分藻类提取物的燃料提供动力的商用飞行。相对麻风树来说，海藻似乎是一种更为物美价廉的替代品。它没有粮食作物原料的任何缺点，无需土地，无需淡水，只要阳光充足，在盐水中就能生长。不仅如此，海藻还能大量吸收碳。因此，从理论上讲，以海藻为原料可谓一举两得，既能生产可再生的生物燃料，还可以吸食化石燃料植物所释放的碳。 日本航空公司的试飞则是首次测试三种第二代生物燃料混合而成的燃油，其成分分别是亚麻荠油(84%)、麻风树油(低于16%)以及海藻(低于1%)。亚麻荠又被称作“快乐的黄金”或假亚麻，含油量高并且能够与小麦和其他谷物交替种植，因此是可持续生物燃料的良好来源。它主要生长在气候较温和的地区，如
关键词：燃烧；燃烧技术；教学内容；热能与动力工程
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）21-0055-02
目前，化石燃料在世界各国能源中占有主导地位，约占全球能源消费的87%，而且在未来可以预见的时期内，全球能源结构仍是以化石燃料为主，其他新型能源为辅的格局。随着社会和科技的发展，对能源的需求越来越多，能源短缺已成为一个全球各国共同面临的现实问题。由于化石燃料的大规模使用，其所带来的环境污染问题也日趋严重。目前，节能减排已成为世界各国当前和未来的重要发展目标。研究和开发高效、低污染燃烧装置，提高燃料燃烧能量利用率，减少对环境的污染，是目前世界各国迫切需要解决的重大关键技术。
哈尔滨工程大学基于当前对节能减排的迫切需求，自2006年起，在动力与能源工程学院热机专业本科教学计划中，开设了“燃料与燃烧”课程；自2007年起，分别在硕士研究生和博士研究生相关专业培养计划中开设了“高等燃烧学”和“燃烧学的理论方法及应用”等课程。
一、“燃料与燃烧”课程定位
哈尔滨工程大学作为工业和信息化部直属学校，其动力与能源工程学院热能与动力工程专业是国家级特色专业，同时拥有工信部教学中心和黑龙江省级教学示范中心。作为燃烧机械的基础，“燃料与燃烧”与大学普通物理、工程热力学和流体力学等多门基础课程密切衔接，课程在科学理论指导下，密切联系实际工程应用。通过课程学习，可以拓宽学生专业眼界，了解燃烧学科发展前沿和发展重点，培养学生综合运用知识的能力和动手能力。“燃料与燃烧”课程对于培养学生的独立思考能力、创新能力和团队合作能力具有重要作用[1，2]。自2006年设课以来，“燃料与燃烧”一直作为本科热能与动力工程专业的骨干基础课程。
“燃料与燃烧”课程的教学水平直接影响我校热机各专业方向的学生素质和教学质量。对“燃料与燃烧”课程进行教学内容改革，提高其教学质量，对于提升哈尔滨工程大学热能与动力工程专业在国内的影响和地位具有重要意义。
二、“燃料与燃烧”课程教学内容设计
除基础理论部分外，“燃料与燃烧”课程中工程应用部分教学内容更新很快。随着科学技术的不断发展，燃烧技术不断进步，燃料及燃烧装置不断推陈出新，相应教学内容也需不断随时更新，要求授课教师有坚实和广阔的理论基础，掌握国内外燃烧理论和技术的最新发展。
哈尔滨工程大学是我国进行船舶动力装置研究和培养该领域高层次创新人才的重要基地，近年来对高性能船舶动力装置进行了大量深入的研究，承担完成了包括工信部高技术船舶项目、省市部委项目和各级基金项目等多项课题研究，对发动机预混燃烧、扩散燃烧、均质燃烧、稀薄燃烧和低温燃烧等燃烧模式均有深入的研究，取得了多项具有国内外先进水平的研究成果，发表了大量的相关论文和专利。这些科研成果为“燃料与燃烧”课程教学和师资平台搭建提供了丰富的资源，对“燃料与燃烧”的教学改革起到了很大的推动作用。
随着燃料技术、燃烧技术和燃烧装置的不断发展和进步，为满足教学需求，及时反映燃烧技术的最新进展，我校教学团队编写了《燃料与燃烧》本科教材。该教材是根据船舶动力装置燃烧的特点，基于我校“三海一核”教学和学科的研究特色编写的。《燃料与燃烧》教材系统阐述了燃烧的基本原理和理论；详细讲述了燃料动力学燃烧的计算方法，详细论述了燃烧热力学和燃烧化学反应动力学，着重介绍了船舶动力装置涉及的预混燃烧和油滴蒸发控制的扩散燃烧；最后，为及时反映燃烧技术的研究进展，增添了新型船舶动力装置所采用的高效低排放燃烧技术[3]。在教材的编撰过程中，大量引用了我校燃烧理论和燃烧装置研究领域相关教师及硕博研究生的研究成果和国内外最新研究进展。教材内容丰富新颖、专业针对性强，可为我校及其他院校热能与动力工程专业各研究方向本科生奠定系统的专业理论知识。通过课程学习，使学生在掌握扎实理论知识的同时，获取燃料与燃烧相关工程应用知识。教材强调了“燃料与燃烧”课程教学内容的系统性、理论性以及工程应用性，编写过程中注重了教学内容的易懂性，和培养学生应用所学知识、实际动手实验以及团队合作的能力。
通过“燃料与燃烧”课程的教学，使学生对燃料性质、燃烧现象的本质以及燃烧基本理论有一定的认识，进而掌握燃烧技术中所必须的热化学、燃烧动力学及燃烧过程的基本知识与基本理论。掌握动力机械中气态、液态和固态燃料的相互关系和区别，以及它们的特性、燃烧特点和规律，包括闪点、着火点和自燃点，不同燃料闪点、着火点和自燃点的变化规律，以及着火的形式和条件、火焰的传播、燃烧产物的生成机理等。课程侧重预混气的爆震、层流预混燃烧、气体扩散燃烧和燃料液滴燃烧等与动力机械密切相关的燃烧理论[3]。
国内外对动力装置节能减排的要求实质上推动了燃料、燃烧理论及燃烧装置的快速发展，为确保“燃料与燃烧”课程教学内容能充分反映相关理论和技术的发展，最新国内外燃料技术、新型燃烧技术及燃烧装置应作为课程教学的重点更新内容。“燃料与燃烧”课程先后介绍了燃料及燃料特性、化学反应动力学、燃烧理论和燃烧装置等，涵盖了燃料、燃料的燃烧计算、燃烧化学动力学、燃烧反应系统的守恒方程、着火理论和燃烧界限、预混燃烧、扩散燃烧、液体燃料的燃烧、固体燃料燃烧、燃烧排放控制和燃烧装置等方面的教学内容。课程各教学模块内容主要包括：（1）燃料，主要包括燃料的来源、种类、组成，燃料性质、参数及变化规律，燃料物性计算方法；（2）燃烧过程的物质平衡与热平衡，包括生成焓、反应焓、燃烧焓，固体燃料、液体燃料和气体燃料的理论空气需求量，实际空气供给量和空气过量系数，完全燃烧产物生成量、成分和密度，不完全燃烧产物及燃烧过程的质量检测，燃烧温度和热离解对燃烧温度的影响；（3）燃烧与化学平衡，重点为化学反应速度及化学平衡，反应度与平衡常数的关系；（4）化学反应动力学，内容包括基元反应、质量作用定律、反应级数，化学反应速率及其影响因素、各种级的单步化学反应，链锁反应；（5）燃烧系统守恒方程，分子传输方程，基本守恒方程，流动边界与热边界层；（6）着火和燃烧界限，热自燃理论、强迫着火、熄火、着火爆炸与熄火现象为化学动力学控制的燃烧问题，燃烧界限的影响因素；（7）预混气的燃烧，重点为燃烧波及其区别、瑞利公式、雨果尼奥曲线、雨果尼奥曲线上熵的分布、爆震波后已燃气的速度与当地声速的比较、查普曼-焦格特爆震波速度的确定、爆震波的速度、开爆震性和化学反应动力学决定的爆震极限；（8）层流预混火焰，主要包括热理论，参数对火焰传播速度的影响，火焰驻定原理，火焰淬熄；（9）层流扩散燃烧，主要内容为伯克和舒曼理论的基本假定和求解方法、燃料射流的唯象分析（层流火焰高度和湍流火焰高度）和层流扩散火焰射流（层流射流的混合和有化学反应的层流射流）；（10）气体湍流燃烧，重点为湍流火焰的唯象方法；（11）液体燃料的扩散燃烧，主要包括单油滴的蒸发及质量燃烧速度，气流中的燃料液滴，火焰的位置、燃料蒸汽、氧气、产物及温度的分布、喷雾燃烧及油滴群燃烧；（12）固体燃料的燃烧，内容包括固体燃料的燃烧过程、固体碳粒的燃烧（扩散燃烧、动力燃烧和过渡燃烧）、碳粒燃烧的化学反应（碳和氧的反应、碳和二氧化碳的反应、碳和水蒸汽的反应、一氧化碳的分解反应）、多孔性碳粒的燃烧、二次反应对碳粒燃烧的影响、碳粒燃烧速率及燃尽时间、灰分对碳燃烧的影响、固体燃料的燃烧方式和燃烧装置；（13）燃烧排放控制，包括燃烧过程中NOx、SOx和颗粒等污染物的生成机理，影响污染物生成的因素，控制污染物排放的技术措施（改变燃烧途径的措施和后处理措施）；（14）液体和气体燃烧技术及燃烧装置，主要包括船舶动力装置（船舶柴油机、船用锅炉和船用燃气轮机等）的燃烧技术。
三、结论
“燃料与燃烧”是当今国内能源动力类本科专业前沿课程之一。作为哈尔滨工程大学动力与能源工程学院热机专业方向的一门核心基础课程，“燃料与燃烧”在我校热能与动力工程本科教学体系中扮演着重要角色。通过对““燃料与燃烧”课程教学内容设计的探讨，确定了以船舶动力装置共性燃烧理论作为基本的教学内容，用国内外最新燃料与燃烧技术的发展更新课程教学内容，以期夯实学生的专业理论知识、扩展学生的眼界、提高学生的综合素质。根据燃料和燃烧应用技术的发展，尤其是船舶发动机行业燃烧技术的发展，及时更新、丰富和优化课程教学内容，是实现课程教学目标、培养创新型人才的关键。通过教学内容的设计和改革，我校近几年的教学实践表明，“燃料与燃烧”课程教学取得了良好的效果。
参考文献：
[1]苏磊.《燃烧学》教学有感[J].中国科教创新导刊，2009，（34）：134.
论文关键词：内燃机
燃料燃烧要放出热量，相同质量的不同燃料完全燃烧放出的热量是不一样的。热值这个物理量的引入就是为反映燃料燃烧的放热本领。我们把1千克某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。热值的单位是焦/千克，读做焦每千克。
知道了某种燃料的质量和热值，计算它燃烧时放出热量的公式是：放出热量＝燃料热值×质量。若用Q表示放出热量，q表示热值，m表示质量，则公式写成Q=qm。
二、两种热机
关于内能的利用，有两个重要方面。内能的一个重要应用就是用它来加热物体。内能的另一个重要应用就是用它来做功。各种热机就是利用内能做功的机器。
内燃机是使燃料直接在气缸里燃烧，也就是全部能量转换过程在发动机内完成的热机。应用最广泛的内燃机有汽油机和柴油机两种。
汽油机和柴油机在构造上大致相同，它们在构造上的区别是汽油机气缸顶部装有火花塞，用它产生的火花来点燃从汽化器送进气缸里的雾状燃料混合物。而柴油机气缸顶部没有火花塞，但有一个喷油嘴，没有汽化器，但有高压油泵中国期刊全文数据库论文开题报告范文。柴油机的点火是在压缩冲程末由高压油泵经喷油嘴向汽缸内喷射雾状柴油，雾状柴油遇到远远超过它的燃点的热空气，便立即燃烧。
汽油机和柴油机的工作过程，都是由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程这四个冲程组成。完成每个工作过程初中物理论文初中物理论文，曲轴要转两周。在柴油机里，推动活塞做功的燃气的温度和压强都比汽油机里高，燃气做的功较多，所以效率比汽油机高，功率较大。
汽油机和柴油机的区别我们可以用下面的表格表示：
三、热机的效率
在热机里，用来做有用功的那部分能量跟燃料完全燃烧所放出的能量之比，叫做热机的效率。
如果用Q表示燃料完全燃烧放出的热量。Q1表示与有用功相当的热量，表示热机的效率。那么有：
オ
蒸汽机的效率很低，只有6%～15%，内燃机效率比蒸汽机的高，汽油机的效率为20%～30%，柴油机的效率为30%～45%。热机效率是热机性能的一个重要指标。
四、内能的利用与环境保护
关于内能的利用和环境保护的问题。要知道工业企业，交通运输工具，家庭炉灶和取暖设备，它们都要用煤、石油等燃料，以取得和应用内能。它们排放的烟尘废气是大气污染的主要来源。
大气污染不但直接危害人体健康，而且会影响植物的正常生长，甚至影响全球的气候。保护环境，控制和消除大气污染，已经成为当前需要解决的重要课题。
关键词：富氧燃烧，火焰长度，黑度辐射传热系数
能源和环境污染已是人们非常关注的问题，世界上各发达国家和我国早在几十年前就已开始太规模地研究，并在生产各环节上加以控制。富氧燃烧即在燃烧的助燃空气中加大氧含量，可以大大地改善燃烧条件，提高燃烧效率，减少大气污染，因而是改善燃烧的较好方法之一。论文参考网。
近年来，国外发达国家玻璃行业中的富氧及全氧燃烧技术研究及应用已逐渐推广，他们的研究结果表明，采用富氧燃烧或全氧燃烧技术，不仅节省燃料、减少废气及有害气体的产生量，而且可以使产量提高，窑炉炉龄延长，且玻璃成本下降。至于富氧燃烧技术在水泥行业的应用，还未见报导．为探讨其应用的可能性，本文通过理论分析对其在水泥回转窑的应用进行初步探讨。
1富氧燃烧缩短燃料完全燃烧所需的时间
增加空气中氧气的浓度，如氧的浓度能提高到25％，则煤粉的燃烧时问可大大缩短，为此，按无灰碳粒燃烧的计算公式 进行估算 设τ1为当空气中氧气的浓度为21% 时，碳粒完全燃烧所需的时间(s)τ1。设τ2为当空气中氧气的浓度为25%时，碳粒完全燃烧所需的时间(s)τ2。
τ1=ρδ/(8mD×0.21×1.428) (1)
τ2=ρδ/(8mD×0.25×1.428) (2)
式中：ρ为碳粒的密度(kg／m3)，δ为碳粒的颗粒直径(m)；D为氧气的扩散系数(m2／s)；m为碳与氧的化学当量E(0.375)；1．428为氧气在标准状态下的密度(kg／Nm3)。由(1)／(2)，得
τ2=0.84τ1
由此得出结论,如氧气的浓度提高至25%时，煤粉的燃烧时问可缩短16%。在空间尺寸不变的情况下，由于煤粉燃尽时间缩短，煤粉燃尽的程度自然提高。这就减少了煤粉的不完全燃烧所造成的热量损失，达到节能目的。另外CO、N 等有害气体生成量相应减少，有利于环保。
2富氧燃烧提高了窑内气流对物料的辐射传热速率
在水泥回转窑内火焙向物料传热的主要方式是辐射传热-而窑内气流对物料的辐射传热速率又主要取决于气流的温度和气疯的黑度，二者越高，辐射传热量越多，富氧燃烧能达此目的。由于空气中氧气的浓度提高，相应可减少空气量，使得进燃烧室的N2量下降，火焰的总体积下降(即火焰的体积流量下降)。在燃料的加入量不变的情况下，火焰的温度相应提高，提高的程度主要取决于空气中氧气的浓度。
如某厂水泥回转窑的台时产量为26t/h 煤耗为0.25 kg/kg熟料，每小时烧煤量6500kg，燃烧带的过剩空气系数为1.1。燃煤的理论空气量为6Nm/kg(煤)。论文参考网。
由此看出，需含氧气为21%的空气量：
V=26000X0.25×6×1.1=42900Nm/h
在此空气中的含氧量=42900X21%=9009Nm/h。当空气中氧气的浓度提高至25 时，所需的空气量
V=9009/0.25=36036Nm/h
因此，空气量减少16%
进入燃烧室的N2量相应下降20%，使得火焰的总体积下降，在燃料的加入量不变的情况下，火焰温度提高，提高的程度主要取决于空气中氧的浓度，当空气中氧气的浓度达到25%时，经计算，火焰温度可提高lO0℃左右。另外因入窑空气量减少，使得火焰中CO2与H2O的体积百分比浓度升高，火焰的黑度也相应增大。
根据计算得知，当助燃空气中氧含量为25%时，CO2的体积百分浓度提高17.5%，水蒸汽的体积百分浓度相应提高17.7% ，由于CO2与H2O的浓度均增加许多，火焰的黑度相应增大，当空气中氧气的浓度为21%时。火焰的黑度经计算为0.2104，当空气中氧气的浓度为25%时，火焰的黑度经计算为0.2245。增加的程度约6%，火焰对物料的辐射传热量提高的程度大致计算如下：
对水泥回转窑来说，气流对物料的辐射传热量由下式计算
Qfm= 5.699×δgδm×［(Tg/1OO)4-(Tm/1OO)4]×Fm×ψg.m／(l-(1-δg)(1-δm )]W (3)
式中；δg 为火焰的黑度, δm为物料的黑度。Tg为火焰的温度(K)；Tm为物料的温度(K)；Fm为火焰的表面积(即容器的内表面积，m2 )；ψg.m为火焰对物料的辐射角系数。
由于
ψg.m = Fm／Fg×ψm.g 而ψm.g =1 (4)
ψm.g为物料表面对火焰的辐射角系数；Fm为物料的表面积(m2 )。将式(4)代人式(3)并转化为对流换热的形式得：
αgm= 5.699×δgδm×［(Tg/1OO)4-(Tm/1OO)4]／［(l-(1-δg)(1-δm )×ΔT] (5)
式中，αgm为火焰对物料的辐射传热系数(W／m .℃)；ΔT为燃烧带火焰温度与该带物料温度之差。
由公式(5)计算，当空气中氧气的浓度为2l% 时：
αgm=257．4 W／m2℃
当空气中氧气的浓度为25% 时:
αgm=310 W／m2℃
由此看出，水泥回转窑燃烧带火焰对物料的辐射传热量提高的程度应为20.4% 。回转窑其他各带的辐射传热量都相应提高，提高的幅度不会相差很大。
3 讨论
为使生料完成一系列的物理化学过程变成质量较高的熟料．必须在回转窑内保持一定温度，并供给物料一定热量以及一定范围内保持足够的反应时间，这就要求煤粉燃烧后造成高温的同时，形成的火焰有一定长度、形状和稳定性，以满足水泥生产的工艺要求。
富氧燃烧技术的应用，一方面可使火焰温度及黑度提高，从而加大火焰对物料的辐射传热能力．有利于水泥生产。同时因减少空气用量，以及煤燃烬程度的提高，使燃料的燃烧效率提高，达到节能降耗减少污染的目的。但另一方面，由于煤燃烧速度的提高，使火焰长度缩短，若操作不当。论文参考网。易造成短焰急烧，使高温部分过于集中，易烧垮“窑皮”及衬料，不利于窑的长期安全运转。同时由于氮气的减少，导致窑内对流减弱，不利于对流传热，并增加窑内温度的不均匀性和易产生热斑。为充分发挥富氧燃烧的优势而避免带来不利影响。必须在燃烧
设备及工艺操作方面作相应调整，如采用新型的适于富氧燃烧的燃煤喷枪。或在煤燃烧时适当提高煤将喷出的速度，并努力实现烟气循环利用，加大窑内气流动量，改善窑内对流传热等等。以满足生产对火焰长度及温度场的要求。
当然，富氧燃烧技术的应用还将受到制氧设备及成本的限制。但随着社会对节能环保要求的日趋强烈，以及高效制氧技术的发展，富氧燃烧在水泥窑的应用将有可能成为现实。
4 结束语
富氧燃烧可改善煤的燃烧条件，缩短燃烧所需时间，实现燃料的完全燃烧。同时也可使传热速率大幅度提高，因此有利于水泥生产，此外，采用富氧燃烧，可使废气排放量及CO、NO 等有害气体的产生量下降。有利于节能环保，但富氧空气的引入不可避免地会政变水泥的原有工况条件，因而在操作及设备方面必须作相应的调整，以满足水泥回转窑生产中所要求的火焰及温度场要求。
参考文献
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关键词:生物质,成型燃料,热水锅炉,节能研究,经济评价
概述
能源是推动经济增长的基本动力[1],能源节约则是促进能源发展的重点。生物质能源具有来源广泛,成本低廉、用能清洁等特点,特别适合于拥有丰富生物质资源的中国,通过发展生物质能源打造节能新亮点前景可观。
我国从20世纪80年代引进螺旋推进式秸秆成型机以后[2],生物质压缩成型技术已经发展得比较成熟,但是,相应的专用生物质成型燃料燃烧设备的发展相对滞后。为燃用生物质成型燃料,出现盲目将原有的燃煤燃烧设备改为生物质成型燃料燃烧设备的现象,致使锅炉燃烧效率及热效率较低,污染物排放超标。燃烧设备成为生物质能源发展链的薄弱环节。因此,根据生物质成型燃料燃烧特性设计合理的生物质成型燃料燃烧专用设备,对能源节约有着重要的意义。
生物质成型燃料热水锅炉作为燃用生物质燃料的主要设备之一,直接燃烧固体生物质颗粒燃料,主要用于家庭、宾馆、酒店、学校、医院等场所的热水、洗浴和取暖。由于燃料为生物质燃料且结构合理,此类锅炉基本达到无烟化完全燃烧的效果,排放达到环保要求,具有较好的经济、社会和环境效益。
1、生物质成型燃料
1.1生物质成型燃料的元素特性
生物质成型燃料是指通过生物质压缩成型技术将秸秆、稻壳、锯末、木屑等农作物废弃物加工成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料。
生物质原料经挤压成型后,密度可达1.1~1.4吨/立方米,能量密度与中质煤相当,而且便于运输和贮存。在压缩过程中以物理变化为主,其元素组成及微观结构与原生物质基本相同。各种生物质成型燃料中碳含量集中在35%~42%,氢含量较低,为3.82% ~5%,而氮含量不到1%,硫的含量不到0.2%,因此,造成的污染程度极低。生物质成型燃料的挥发分均在60% ～70%,因此在设计燃烧设备时应重点考虑挥发分的问题[3]。
1.2生物质成型燃料的燃烧特性
生物质成型燃料经高压形成后,密度远大于原生物质,燃烧相对稳定。虽然点火温度有所升高,点火性能变差,但比煤的点火性能好。由于生物质成型燃料是经过高压而形成的块状燃料,其结构与组织特征就决定了挥发分的逸出速度与传热速度都大大降低,但与煤相比显得更为容易[4,5]。因此,生物质成型燃料的挥发分特性指数大于煤的,其燃烧特性指数较煤的大。燃烧速度适中,能够使挥发分放出的热量及时传递给受热面,使排烟热损失降低;同时挥发分燃烧所需的氧与外界扩散的氧很好的匹配,燃烧波浪较小,减少了固体与排烟热损失[6]。
2、生物质成型燃料热水炉
2.1 生物质成型燃料热水炉的结构
目前我国拥有多种型号生物质成型燃料热水锅炉,按燃料品种可分为木质颗粒锅炉和秸秆颗粒锅炉,按应用场合可分为家用型和商用型。下吸式固定双层炉排热水炉是应用较广的一种结构形式,其充分考虑生物质燃料燃烧特性,由炉门、炉排、炉膛、受热面、风室、降尘室、炉墙、排汽管、烟道、烟囱等主要部分组成,结构布置如图1所示[7]。
1.水冷炉排 2.上炉门 3.出灰口 4.炉膛 5.风室 6.高温气流出口 7.降尘室 8.后置锅筒
9.排污口10.进水口 11.引风机 12.烟囱13.排气管14.对流受热面15.出水口
图1下吸式固定双层炉排热水炉示意图
2.2 生物质成型燃料热水炉的工作过程
一定粒径生物质成型燃料经上炉门加在炉排上,根据生物质容易着火的燃料特性,片刻就会燃烧起来,在引风机引导下进行下吸式燃烧;上炉排漏下的燃料屑和灰渣到下炉膛底部继续燃烧并燃烬,然后经出灰口排出;燃料在上炉排上燃烧后形成的烟气和部分可燃气体透过燃料层、灰渣层进入下炉膛继续燃烧,并与下炉排上燃料产生的烟气一起经出高温气流出口流向后面的降尘室和对流受热面,在充分热交换后进入烟囱排向外界。
3、节能原理
由有关燃烧理论可知,保持燃料充分燃烧的必要条件为保持足够的炉膛温度,合适的空气量及与燃料良好的混合、足够的燃烧时间和空间。因此,本文将依据生物质成型燃料本身的特性,结合燃烧理论,针对锅炉结构进行节能分析。
3.1 炉排及炉膛
生物质成型燃料热水锅炉采用双层炉排结构,即在手烧炉排一定高度另加一道水冷却的钢管式炉排,其成弯管直接插入上方锅筒中,这种设计一方面增大了水冷炉排吸热面积,另一方面加快了炉排与锅筒内回水的热传递。
燃料燃烧采用下吸式燃烧方式。成型燃料由上炉门加在上炉排上进行预热、燃烧,由于风机的引导,新燃料不会直接遇到高温过热烟气,延缓了挥发分的集中析出,从而避免了炉膛温度的波动,使燃烧趋于稳定;同时,挥发分必须通过高温氧化层,与空气充分混合,在焦炭颗粒间隙中进行着火燃烧;在完成一段燃烧过程后,上炉排形成的燃料屑和灰渣漏至下炉膛并继续燃烧,直到燃烬。
采用双层炉排,实现了秸秆成型燃料的分步燃烧,缓解秸秆燃烧速度,达到燃烧需氧与供氧的匹配,使秸秆成型燃料稳定持续完全燃烧,在提高燃料利用率的同时起到了消烟除尘作用。
3.2 辐射受热面
早期的部分生物质成型燃料热水锅炉设计布置不够合理,水冷炉排直接与水箱相连,使得炉膛温度过高,特别是上炉膛,致使上炉门附近炉墙墙体过热,增加了锅炉的散热损失。在不断优化设计中,水箱被上下两个锅筒所代替,上锅筒部分置于上炉膛上方,利用锅筒里的水吸收燃料燃烧在上炉膛的热量,从而增加辐射受热面积,起到降低上炉膛温度的目的,从而减少锅炉的散热损失,提高热效率。
3.3 对流受热面
生物质成型燃料热水锅炉的对流受热面分为两个部分:降尘对流受热面和降温受热面。对流受热面极易发生以下现象:高温烟气与锅筒中的水换热不均,从而引起热水部分出现沸腾,增加锅炉运行的不稳定因素;受整体外形约束,烟道长度设计偏短,导致烟气与锅筒里的水换热不够充分,使得排烟温度过高,增加了锅炉的排烟热损失。为避免上述问题出现,降温对流受热面与降尘对流受热面常常采取分开布置;降温换热面置于上锅筒内,采用烟管并联设计,增加烟气与锅筒中水的热交换,降低排烟温度,提高燃烧效率;降尘则利用锅炉后部的下锅筒及管路引起的烟气通道面积的变化达到效果。
3.4 炉门设计
目前应用较多的炉门设计为双炉门。上炉门常开,作为投燃料与供应空气之用;下炉门用于清除灰渣及供给少量空气,正常运行时微开,在清渣时打开;一方面保证了燃烧所需条件,另一方面减少了由于炉门多而造成的散热损失。
4、技术经济评价
4.1 技术评价
研究对象为生物质成型燃料热水锅炉,本文采用与目前应用最广的燃煤锅炉相比较的方法,来分析它们各自的优劣。评价针对锅炉的节能环保性能,主要指标有热效率、燃烧效率、出水量和污染物的排放量(主要是排烟处的NOx、CO、SO2和灰尘的含量),并与国家相关标准比较。
生物质成型燃料热水锅炉与燃煤锅炉的性能指标比较如表1所示[8,9]。
从表1中的数据对比可知,生物质成型燃料热水锅炉在性能上具有一定优势。节能方面,锅炉热效率和燃烧效率均高于传统燃煤锅炉,远远超过国家标准;废气排放方面,烟中NOx、CO、S O2及烟尘含量均低于燃煤锅炉,符合使用清洁能源的要求。
4.2 经济评价
经济性评价以设备运行费用为指标,将生物质成型燃料热水锅炉与燃煤锅炉、燃油锅炉、天燃气锅炉、电锅炉、空气源热水器进行比较。各热水设备的效率及相应热源(燃料)热值、单价详见表2。
运行费用计算公式如下:
(1)
以加热1t水为基准,温度从20℃升至90℃(温升70℃),此时需要热量70000kcal。根据式(1)求得各设备在此负荷下的运行费用列于表2,可知生物质成型燃料热水锅炉在运行费用上相对较低,但是就目前而言,其固定资产投入费较同类型的其它锅炉设备要高。不过随着化石能源价格的上涨和国家对环保的要求的提高,生物质成型燃料热水锅炉在经济效益上将会越来越具有优势。
通过技术经济评价,生物质成型燃料热水锅炉在技术上是可行的,经济上是合理的。该锅炉用生物质成型块做燃料,一方面为生物质废料找到了有效的利用途径,节约化石能源,另一方面染物排放量低于同类型的燃煤锅炉,因此该锅炉具有良好的社会和环保效益。
5、结论
(1)生物质成型燃料热水锅炉依据生物质成型燃料本身的特性,结合燃烧理论,在炉排及炉膛、辐射与对流受热面、炉门等结构设计上充分挖掘节能潜力。锅炉燃烧效率可达94.84%,热效率为78.2%~81.25%。
(2)生物质成型燃料热水锅炉在技术性能上具有一定优势。节能方面,锅炉热效率和燃烧效率均高于传统燃煤锅炉,远远超过国家标准;废气排放方面,烟中NOx、CO、SO2及烟尘含量均低于燃煤锅炉,符合清洁能源的要求。
(3)生物质成型燃料热水锅炉在运行费用上较其它类型设备要低,尽管目前其固定资产投入费相对较高。随着节能环保要求的提高,此类锅炉在经济效益上将会越来越具有优势。
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【关键词】生物质；发电项目；脱硫
世界一次能源缺乏，而我国一次能源更是紧缺，各国都在寻找开发可再生能源，如太阳能、风能、垃圾废料、生物质能等。生物质能是由植物的光合作用固定于地球上的太阳能。在可再生能源中，生物质能以实物形式存在，具有可储存、可运输、资源分布广、环境影响小等特点，受到世界各国的青睐。生物质能是目前应用最为广泛的可再生能源，其消费总量仅次于煤炭、石油、天然气，位居第四位，并且在未来可持续能源系统中占有重要地位。但是在生物质作为燃料的发电项目中，大气污染仍需要特别关注，提出切实可行的预防措施。
本文以洪雅县生物质发电厂项目环评为例，分析其生物质燃料成份与SO2预防及治理措施的关系。
1 洪雅县生物质发电厂概况
项目为利用洪雅县境内的林（竹）木及各类农作物秸秆直接燃烧发电的生物发电厂，其装机容量为1×120t/h生物质高温超高压循环流化床锅炉，配套1×30MW高温超高压凝汽式汽轮发电机组，为生物质直燃式发电项目。项目采用秸杆、林业三剩物及次小薪材作为燃料，用量20.5万t。项目建成后每年可为电网提供清洁能源约2.25亿kW.h/a。
2 生物质燃料成份分析
洪雅县生物质发电厂的生物质燃料来源主要来自于林（竹）木废弃物、秸秆、奶牛粪便等，根据燃料配比比例：玉米秸秆24%、竹枝18%、稻草13%、锯末7%、灌木23%、牛粪15%，采用加权平均，混合生物质燃料的成份如下表1。
3 生物质电厂常规的SO2控制技术
目前，生物质电厂控制二氧化硫的处理方法较多，比较常用的为炉内喷钙脱硫技术。炉内喷钙脱硫技术是通过向炉内直接添加石灰石粉来控制SO2排放。投入炉内的石灰石在850℃左右条件下发生煅烧反应生成氧化钙，然后氧化钙、SO2和氧气经过一系列化学反应，最终生成硫酸钙，化学反应式为：
CaCO3CaO+CO2（煅烧反应）
CaO+SO2+1/2O2CaSO4（固硫反应）
石灰石在煅烧过程中，由于CO2溢出，在固体颗粒的表面及内部形成一定的孔隙，为SO2向颗粒内部扩散及固硫反应的发生创造了条件。在CFB锅炉燃烧条件下，石灰石煅烧反应生成的CaO具有较高的孔隙率，脱硫反应活性好，可以有效增加石灰石有效利用率，提高CFB锅炉炉内脱硫效率。
4 洪雅县生物质发电厂SO2控制技术
根据对该电厂所采用的生物质燃料成份分析，混合燃料含硫量约为0.09%，燃料中灰分中的CaO含量约为23.73%，根据燃料的使用情况（年使用燃料20.5万t）可计算出SO2的产生浓度为326mg/Nm3；根据燃料灰分的产生量（约为1.22t/h（9150t/a））分析，
灰分中CaO含量（t/a）=9150×23.73%=2171.295；
原料中Ca含量（t/a）=2171.295×40÷56=1550.925
核算出原料中的Ca的摩尔数为38，生物质燃料全硫含量校核值约为0.09%，原料中的硫的摩尔数为5，因此，校核燃料的钙硫比=38/5=7.6，大于2.0，固硫率按50%计，因此，项目SO2的最大排放浓度为163mg/Nm3，满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中表1二氧化硫（四川地区）最高允许排放浓度200mg/Nm3的要求，SO2可直接达标排放，不需另采取烟气脱硫设施。
5 结论
本文根据对洪雅县生物质发电厂所采用的混合生物质燃料成份及燃料灰分分析，得到燃料含硫量及灰分中氧化钙的成分，进一步分析出原料中钙的含量，可计算出燃料的钙硫比及固硫率，经以上论证可以看出，生物质发电项目，经过对原料及灰分的成份分析，可得出燃料中钙硫比，其产生的二氧化硫经过燃料中本身含有的钙进行固硫，不需新增其他脱硫设施，可满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）中图1二氧化硫的最高允许排放浓度要求。
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