前言
我国是一个能源生产和消费大国，又是以煤为主要能源消费的国家，煤炭消费总量的80%是直接燃烧的，造成环境污染问题严重，除城市烟尘污染外，酸雨现象、汽车尾气等也是造成环境污染的方面。随着环保排放要求的提高和治污减霾力度的加大，治理环境污染并减少污染物排放已经是我们每一个人必须去付诸努力的。因此城市大中型燃煤锅炉系统老化，脱硫系统无法达到环保指标要求，环保改造也是必然趋势。我国能源储备与未来几十年的发展需求之间已经出现很大的缺口，只有通过节约能源和开发新的可替代能源才能解决这一问题。而生物质燃料作为一种绿色可再生和能循环利用的能源，排放符合环保要求，改造费用低，施工周期短，正在逐渐被研究推广和应用。
1 生物质燃料概况
生物质燃料作为一种绿色可再生和能循环利用的资源，是当今世界仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源，如果加以利用能产生很大的经济和社会效益，不仅能缓和能源的不足，还能减轻环境污染问题。不仅如此，生物质燃料燃烧后残留的灰渣富含钾、磷和钙，还可以全部作为肥料用于农作物施肥之用。
1.1 生物质燃料的种类
生物质燃料主要包括破碎木质燃料、木屑颗粒燃料、锯末压块燃料、玉米秸秆压块燃料等（图1）。
1.2 生物质燃料的供应情况
我国土地广阔，土质肥沃，水源丰富，机耕、灌溉条件都很好，在我国各地区都有建成的规模不小的以苹果、柿、桃、核桃、石榴、葡萄、杏、猕猴桃等为主的果品林带，生物质资源丰富。个别地区分别建立了生物质燃料生产加工点，使得生物质燃料的生产、加工、存储及供应正在逐步形成规模化、市场化的产业链条，能够满足市场生物质燃料的消耗需要（表1）。
2 生物质燃料的特点
2.1 生物质燃料与煤燃烧特性的比较
挥发分影响点火性能、给料量不同。影响燃料点火的主要因素有挥发分、松弛密度等。挥发分与燃料的有机组成和性质有密切的关系。它是用以反映燃料最好、也是最方便的指标之一，对燃料的着火和燃烧情况有较大影响。生物质燃料挥发分含量较高，易于着火，燃烧稳定。由于生物质燃料的挥发分较高，因此供料量相比于煤略有增加，约为煤的1.4倍。以1台10t/h锅炉，按照燃料热值3700kal/kg平均计算，在产生相同蒸汽量的情况下，改造后锅炉平均每小时需生物质燃料量为2吨左右。
2.2 燃煤锅炉与燃生物质燃料锅热损失的比较
燃生物质燃料的锅炉当炉膛过量空气系数合适（大约在1.5时）燃烧工况稳定，要比燃煤锅炉的热损失小10%左右，这主要是由燃料特性决定的。其中固体、气体未完全燃烧热损失、散热损失、排烟热损失均有减少。
2.3 生物质锅炉与国内同类产品对比分析
为了减少大气污染，各地相应出台了许多措施，包括城市内中心区不得使用燃煤锅炉，或者将燃煤锅炉改为燃油燃气锅炉，电锅炉等环保效果突出的清洁能源。燃煤锅炉燃料成本相对较低，但是燃煤锅炉存在冒黑烟，二氧化硫排放量高，氮氧化合物污染等无法彻底解决的严重缺点。燃油锅炉虽然排烟效果比较理想，但是也存在这二氧化硫排放量高，运行费用高等问题，燃气锅炉和电加热锅炉等形式虽然环保，但是运行成本相对较高，一般用户无法承受其高昂的运行费用，所以与我国目前的经济水平不相适应，市场认可程度不高（表2）。
3 经济效益分析
1、锅炉热效率提高同时提高环境效益。燃用生物质燃料，能有效减少二氧化硫的排放量，从循环利用角度看，生物质燃烧对空气的CO2的净排放为零，生物质燃料燃烧后的灰分可以回收做钾肥。
2、节省脱硫费用及脱硫除尘改造费用。煤的含硫量0.8%计算，每吨SO2的脱硫费用1000元，改烧生物质燃料后，可节省此项费用。
3、对于年消耗1万吨以上生物质燃料的企业可得到政府节能减排奖励奖金。
4、可以申报CDM（清洁发展机制）项目，出售排放指标。
关键词：生物质成型燃料 锅炉设计 双层炉排 动态评价 技术经济
中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（b）-00-01
1 双层炉排的设计依据
我国在生物质成型燃料燃烧上进行的理论与应用研究较少，然而它的确是能有效解决生物质高效、洁净化利用的一个有效途径。目前来说，没有弄清楚生物质成型燃料理论，需要将原有燃煤锅炉进行一定程度的改造升级，但是炉膛的容积、形状、过剩空气系数等和生物质成型燃烧是不匹配的，也因此导致了锅炉燃烧效率和热效率很低，污染物排放超标。所以，根据生物质成型燃料理论科学来进行设计研究专用的锅炉是目前急需解决的重要问题。
1.1 燃烧特性
以稻草，玉米秆，高粱秆，木屑为例子，对比它们的工业分析、元素分析、以及发热量的数值，我们可以得出结论：生物质成型燃料的挥发分远远高于煤，含碳量和灰分也比煤小很多，热值比煤要小。（1）原生物质燃烧特性，原生物质尤其是秸秆类的生物质密度较小，体积大，挥发分在60%～70%之间，易燃。热分解时的温度低，一般来说，350C就能释放80%的挥发分，燃烧速度很快。需氧量也远大于外界扩散所提供的氧量，导致供养不足，从而形成CO等的有害物质。（2）生物质成型燃料特性，生物质成型燃料密度远大于原生物质，因为其经过高压才能形成，为块状物，结构和组织的特征使得其挥发分逸出速度和传热速度大幅度降低，而其点火温度升高，性能差，但比煤的性能要强。燃烧开始的时候挥发分是慢速分解的，在动力区燃烧，速度也中等，逐渐过度到扩散区和过渡区，让挥发分所发出热量能及时到达受热面，因而降低了排烟的热损失。在其挥发分燃烧后，焦炭骨架结构变得紧密，运动气流无法让其解体悬浮，因而骨架炭能够保持住它的层状燃烧，形成燃烧核心。它需要的氧气和静态渗透扩散的一样，燃烧时候很稳定并且温度很高，也因而降低排烟的热损失。
所以说，生物质成型燃烧相比之下优点更明显，燃烧速度均匀适中，需氧量和扩散的氧量能很好匹配，燃烧的波浪比较小，更稳定。
1.2 设计生物质成型燃料锅炉的主要要求
（1）结构布置，采用了双层炉排的设计结构，也就是手烧炉排，并且在一定高度加上一道水冷却的钢管式炉排。其组成包括了：上炉门、中炉门、下炉门、上炉排、下炉排、辐射受热面、风室、燃烬室、炉膛、炉墙、对流受热面、排气管、烟道和烟囱等。上炉门是常开设计的，用作投燃料和供给空气。中炉门则可以调整下炉排上燃料的燃烧，并可以清理残渣，只打开于点火和清理的时候。下炉门用来排灰，提供少量空气，在运行时微微打开，看下炉排上的燃烧情况再决定是否开度。上炉排以上的地方是风室，上下炉排间是炉膛，墙上则设计有排烟口，不能过高，不然烟气会短路。但过低也不行，否则下炉排的灰渣厚度达不到。设计的工作原理，让一定的粒径生物质成型燃料通过上炉门燃烧，上炉排产生的生物质屑和灰渣可以在下炉排继续燃烧。经过上炉排的燃烧，生成的烟气与部分可燃气体通过燃料层然后是灰渣层而进到炉膛内，继续燃烧，并且和下炉排上燃料所生成的烟气混合，然后通过出烟口通向燃烬室，再到后面的对流受热面。下炉排可以采取低、中、高这样三个活动炉排，因为燃料粒径和热负荷的大小不同。这样就达到了让生物质成型燃料分布燃烧的目的，能够缓解其燃烧的速度，还能匹配需氧量。完全燃烧率得到提升，消除烟尘也更有效化了。锅炉受热面设计，换热面以辐射换热为主的形式叫作辐射换热面，又称作水冷壁。由计算得出其受热面的大小，为保持锅炉内的炉温和生物质燃料的燃烧，要把上炉排布置成辐射的受热面。而形式是对流的换热面则是对流受热面，也叫作对流管束，其大小能由公式计算得到。引风机选型，引风机是用来克服风道阻力以及烟道的。选择风机的时候必须考虑其储备问题，否则会造成计算带来的误差。风量和风压能由计算来确定，选择型号要依据制造厂的产品目录。
2 对双层炉排生物质成型燃料锅炉的前景分析
生产与利用实际上就是一个把生产目的、手段还有投入人力物力财力之间进行合适的结合的过程。这不是简单的经济过程，是技术与经济相互结合的过程。技术因素和经济因素要协调，才能使这项技术得到更好的推广和发展。
2.1 技术分析
双层炉排生物质成型燃料锅炉设计的热负荷是87千瓦，热水温度95摄氏度，进水的温度是20摄氏度，热效率也能高达70%，其排烟温度200摄氏度。它在技术的性能上十分占优势，有很高的热效率和燃烧效率，也减少了有害气体和烟尘的排放量，符合我国的标准，对环境带来的损害小，所以可以考虑广泛应用于各种活动生产中来。
2.2 经济分析
在经济效益方面，因为该锅炉的燃烧效率较高，所以能很大程度燃烧燃料，因此制造的热能量等损失小，节省了不少燃料费用。对比燃煤锅炉，更为经济适用。另外，成本费里包括了固定资产的投入与运行费用。而固定资产投入费包含了设备与建设费，该锅炉的成本为一万元，安装和土建费则是五千元，运行费也含有电费、原料费、人工费以及设备维修费。而优点是简单的设备能节省人工费。如果对成型技术还有设备做进一步的研究，可以在原有成本上再降低，因此也是可取的，适合经济发展的。
3 结语
（1）在技术上，双层炉排是一个很大的进步，能很好的提高效率，而且控制了污染物的排放量，也达到了工质参数的设计要求，随着燃料能源的价格上涨，还有科研人员加强对生物质成型技术的深入研究，这种锅炉一定能占有不错的市场。（2）用技术经济学来分析锅炉，能得出一个大致结果就是，该锅炉投资较大，但是长期看来，是经济可行的，其效益也是符合投资要求的。只是和燃煤锅炉比较起来，燃煤的价格占有优势，但如果化石能源的价格上涨，并且环保力度加大，双层炉排生物质成型燃料锅炉会越来越占据优势的一面。
参考文献
[1] 刘雅琴.大力开发工业锅炉生物质燃烧技术前景分析[M].工业锅炉，1999.
[2] 林宗虎，徐通模.应用锅炉手册[J].化学工业出版社，1996（6）.
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。
参考文献:
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厂址选择
直燃生物质发电项目的选择重点应考虑项目厂（场）址的交通条件、原料供应条件、并网条件、水源供应条件及与规划的符合性。环评单位依据的选择基本原则要求主要有：
《关于加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知》（环发[2006]82号）及《关于进一步加强生物质发电项目环境影响评价管理工作的通知》（环发[2008]82号）要求“地方政府应根据当地生物质资源分布情况和合理运输半径，进行综合规划、合理布局，制定农林生物质直接燃烧和气化发电类项目发展规划；在采暖地区县级城镇周围建设的农林生物质发电项目，应尽量结合城镇集中供热，建设生物质热电联产工程；大中城市建成区和城市规划区、城市建成区、环境质量不能达到要求且无有效削减措施的或者可能造成敏感区环境保护目标不能达到相应标准要求的区域，不得新建农林生物质直接燃烧和气化发电项目”。
在实际工作中，直燃生物质发电厂选址的可行性分析中还会遇到下列几个问题。
一是由于部分生物质发电厂的选择缺乏长远规划，往往与当地的一些单项规划存在一定的不符合性，主要表现在城市总体规划、土地利用总体规划、供热规划、各类专项规划、乡镇规划、电网规划、生态功能区规划等存在一定的不符合性。如果存在不符合之处，应与当地政府进行项目厂址比选，重新调整相关规划或调整项目位置、规模等，使项目厂址与相关规划协调、可行，并附相关支撑性材料。
二是燃料分散、供应距离远，有些区域由于地形、地质、农作物种类等原因，农作物秸秆产量较少或较分散，增加了电厂收购成本或不能满足电厂额定负荷要求。因此，应对生物质电厂区域秸秆剩余量及运输距离进行详细调查统计。同时，当地政府应承诺在该电厂燃料供应范围内不再引入大规模损耗生物质资源的工业企业，以免导致燃料供应不足。
三是项目所在地环境质量不能满足相关环境质量标准要求，不具备项目建设所需的环境容量。如果项目所在区域尚无剩余环境容量，应重新选址或采取有效削减、替代措施，所实施的削减和替代措施需要具有可操作性和有效性。
在环境影响评价中，还需对厂区供水、交通等条件进行分析，需要对多个厂址进行比选，从各方面对照分析选址的合理性，确定最为合理的厂（场）址。
工程分析
工程分析是建设项目环评的重要组成部分，是环评报告的基础数据。直燃生物质发电项目工程分析主要包括项目组成、项目依托情况、燃料供应及贮储、成分、热值分析、厂区平面布置、工程拟采用的工艺技术、主要装置和设备、污染物种类、污染物产生量和排放源强的确定、所采取的各项环境污染防治措施以及非正常工况污染物排放情况。
目前我国现有直燃生物质发电厂主要使用丹麦BWE公司水冷振动炉排技术，由国内生产制造的振动炉排高温高压锅炉。生物质燃料被送入炉内后，燃料在炉排上由于振动而被抛起，边燃烧边跳跃前进，炉渣由炉排末端排出。锅炉一般采用低氮燃烧方式，预留烟气脱除氮氧化物装置空间，除尘一般采用旋风分离器+布袋除尘器除尘，设计除尘效率一般不小于99.90%。由于秸秆含硫量低，一般仅预留脱硫空间。由于秸秆燃烧产生的灰分中含有丰富的钾、镁、磷和钙等营养成分，可用作高效农业肥料，一般生物质电厂可不设大型灰渣厂。直燃生物质发电项目废水主要分为一般性废水及浓盐水，由于电厂锅炉用水对水质要求较高，并且电厂多采用中水作为生产水源，因此，一般直燃生物质电厂都配有中水处理系统、锅炉水除盐系统及厂区综合污水处理站，除盐系统多采用反渗透处理工艺。处理后的污水多回用于循环冷却水及绿化等用水，浓盐水可用于锅炉除灰除渣。对于降雨较多的地区还应考虑燃料堆场雨水。
燃料供应充足是保证生物质电厂正常运行首要条件，在区域燃料供应中应详细调查燃料来源保证性、燃料种类、燃料量、燃料热值、燃料收购方式、燃料的运输，并附燃料热值分析报告，必要时可编制《生物质资源专题收集报告》。
燃料贮存点的分布、交通条件、与周围环境关系、贮存量、防腐、防洪、消防措施、燃料贮存点的扬尘及恶臭防治。为避免燃料长期存放造成自燃或腐烂、发酵降低发热值，燃料贮藏时间最长应不超过一年。燃料储运过程可参照《秸秆燃料储运技术规范》执行。
环境风险评价
由于直燃生物质项目具有火灾风险，因此直燃生物质项目环境影响报告书应设置环境风险影响评价专章，重点分析火灾带来的环境影响。环境风险评价专章应为建设项目的风险管理决策提供科学依据，以便在事故情况下及时采取有效、迅速的防控措施和应急措施，降低风险事故带来的影响。直然生物质项目的环境风险评价，一般应包括环境风险识别、风险事故频率确定、风险事故环境影响预测、风险事故防范措施及应急预案等主要内容。直然生物质项目主要有以下几种事故源项：
（1）燃料堆场发生火灾风险对周围环境的影响；
（2）轻柴油储油罐发生泄漏、火灾、爆炸风险对储油罐周围环境的影响；
（3）火灾事故处理过程中产生的消防废水、燃烧烟气等伴/次生污染影响；
（4）废水事故排放对周围环境的影响。
根据风险事故环境影响预测结果给出可能受影响的范围，并制定切实可行的环境风险防范措施及应急预案，减少因风险事故带来的环境影响。
以“宁夏安能生物质热电有限公司2×15MW生物质热电联产工程”为例，其风险防范措施主要为：对燃料堆场周围设置防火距离，配备相应消防设施；厂区高建筑应采用防雷击设计；燃料堆场四周应设置一定宽度的水沟，炎热、干燥条件下可降低燃料场温度、增加燃料场湿度，在降雨及消防时也可用于燃料堆场排水等。
结语
关键词：生物质燃料 小型火力发电机组 改造技术 可行性研究
中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）07（c）-0117-01
随着社会经济的发展，能源需求不断增加，同时能源使用生态化理念也应运而生，节能减耗清洁生产已经成为企业生产与政府研究的重要课题。在国家生态经济战略推进落实过程中，众多的小型燃煤火电因耗能与污染生产而关停，电力企业也在不断开展能源研发与资源利用技术创新工作，以求实现资源利用最大化。这种情况下，众多火电企业将目光投向了生物质改造利用，因此小型燃煤火电机组转换生物质燃料技术的可行性研究提上日程。笔者在本文中着重分析了小火电生物质改造转化技术的必要性与系统性，并就其应用风险进行了阐述。
1 小火电机组进行生物质改造的意义分析
近年来，一些小型火电电力生产运营过程中存在着污染严重、耗能过多等弊端，这与当今生态和谐社会建设要求严重不符，因此小型燃煤火电发电机组进行生物质燃料改造具有必要性。此外，生物质改造能够降低生产成本，还能提升企业生产生态效益，具有明显的推广优势。
1.1 小火电进行生物质改造的紧迫性
与大型发电机组生产运营情况相比，小火电具有高耗煤、低产量、高污染、低经济效益的“两高两低”特征，因而被冠以“能源消耗与环境污染大户”的专称。随着近年来国家经济结构调整措施的落实，小型火电已经成为经济结构调整的重点整顿对象，并对一批严重耗能与污染的小火电实施了关停政策，迫于形势压力，小火电必须进行生产结构调整，并着重进行能源改造，加大新能源创新与应用研发。
生物质燃料具体表现为柴薪等有形物质，区别于太阳能与风能等清洁可再生能源，生物质燃料的情节性主要取决于燃料改造技术，但是生物质具有一项明显的能源优势便是可再生并且可运输，这就为生物质开发应用提供了便利，也为小型火电进行生物质气燃料改造提供了条件。
1.2 小火电生物质改造技术及其应用意义
现阶段，国家不断提倡进行能源改造与清洁能源研发，这为生物质能源转化应用提供了政策支持，国家还对生物质能源转化应用进行经济政策规定，为生物质能源转化应用提供了良好的外部环境。小型火电进行生物质能源转化主要是进行就地取材，既节省了煤耗，还降低了污染，而且企业发展还享有国家基金与经济倾斜，能为企业经济效益的实现提供保证。
2 小型燃煤火电发电机组生物质改造的可行性与风险性分析
2.1 小火电生物质改造技术可行性分析
小型燃煤发电机组进行生物质燃料转换具有明显的可能性。进行生物质能源改造需要资金少，而且还可以进行生物质燃料混燃，其中的各种改造方案都具有明显的可能性。小型燃煤发电机组改造活动集合理化设计、整合技术、试验验证等各环节于一体，因而生物质能源改造具有系统性。生物质能源改造技术的可能性与系统性决定了该技术具有可行性。
2.1.1 生物质能源改造的可能性
现阶段，我国小型火电发电机组进行生物质能源改造主要有三类设计，每种方案设计都具有可能性。
小型火电生物质燃烧利用主要分为生物质纯燃与生物质混燃两种，这两种应用技术都具有可能性。所谓生物质纯燃即指生物质直燃，该种技术应用不存在难点，但是具有一定的应用弊端。生物质直燃技术的应用首先要进行燃料机改进，以使燃料设备能应用于生物质燃烧，还要在生物质燃烧过程中进行纯燃弊端克服。生物质混燃技术在现阶段应用比较广泛，主要是将生物质与煤等碳化燃料进行混合燃烧应用，该技术能够有效降低氮氧化物的排放，而且在混燃过程中还能有效降低生物质的活性指数，有效降低温室气体的排放，具有良好的生态效益。
小型燃煤发电机组生物质燃料改造还包含流化床燃烧技术设计与层燃炉燃烧技术设计，这两方面技术主要是根据生物质燃烧进行的技术设计。其中流化床燃烧技术主要是进行生物质的流态化燃烧，该技术能够保证生物质的充分燃烧，而且能满足生物质多元燃料混合燃烧需求，燃料普适性较高。流化床燃烧技术因为这些优势具有广泛的应用前景。而生物质层燃炉燃烧技术主要是应用层燃炉排进行生物质燃烧，该种燃烧技术应用时间较长，流化床燃烧技术便是基于该种燃烧技术进行的燃烧技术创新，相比于层燃技术，流化床技术能够有效降低火电运行成本，且操作设备简单，易于推广。
小型火电生物质改造主要是针对生物质燃烧进行设备改造，基于此小型电厂进行了燃烧设备与系统改造处理，还进行了发电机组锅炉低成本设计改良。此间的设计与改造主要根据企业经济条件、设备运行情况实际情况进行的改良，具有明显的可行性。
2.1.2 小火电生物质改造系统性分析
小型火电生物质改造作为一项系统化的技术，其技术要点从设计环节到技术可行性预测再到技术方案的确定都经过科学论证，有效提升了改造技术的可行性。
在生物质改造技术中着重进行了燃料供应量设计与工艺系统改良，并基于小型火电设备运行与需求情况进行了锅炉参数设计。小型火电生物质改造转化中还进行了燃料可供性与入炉形式预测分析。生物质供应是影响企业生产运营成本的重要因素，确定合理化的生物质供应也能影响项目成败；而生物质入炉形式是影响生物质能否全面燃烧的关键因素，还能影响到燃烧设备的使用性能，不科学的入炉形式会缩短设备的使用寿命，还能影响企业生产运营的安全可靠性。
2.2 小火电生物质改造转换技术风险性分析
小型火电生物质转换改造技术在应用中尚存在一定风险，主要表现为技术风险、市场风险、实施与投资风险等，这些风险的存在主要影响技术管理水平，需要进行有效的技术管理措施加强。小型火电生物质技术的技术风险主要表现为锅炉改造与生物质燃烧技术。我国的生物质改造技术尚未发展成熟，也并未形成与国际技术的接轨，因此技术设计与应用中管理措施的不到位引发风险不由必然性。此外，生物质改良转换技术还具有一定的市场风险与投资风险。该种风险主要是由于生物质的供应与生产回报具有众多的不确定因素，以致风险指数较高。
3 结语
小型火电生物质燃料改造与转换技术具有十分明显的可行性，但是也具有一定的风险性，虽然风险的存在并不会影响技术的实施与应用，但是我们仍应该加大技术的风险管理，以全面提升转换技术的科学化与可行性水平。
参考文献
关键词：喷气燃料；银片腐蚀；硫化物；腐蚀机理
喷气燃料的腐蚀性能对发动机工作的可靠性和使用寿命有很大的影响。近年来，我空军喷气燃料银片腐蚀不合格的现象时有发生，不仅直接造成大批油料降质处理，而且影响到部队战备训练及任务的执行，造成飞行安全隐患。喷气燃料银片腐蚀试验是检验喷气燃料质量优劣的一个非常重要的条件试验。本文通过对喷气燃料银片腐蚀物质及银片腐蚀机理的分析研究，以便更好地找到抑制腐蚀的办法，解决喷气燃料银片腐蚀不合格的问题。
1实验
1．1原料、试剂与仪器
喷气燃料银片腐蚀试验采用的原料与试剂包括：喷气燃料、元素硫、硫化氢、硫醇、二硫化物和石油醚(90～120℃，分析纯)、AgNO3水溶液、氢氧化钠（分析纯）、盐酸（分析纯）、汞、氮气。
PHI Model3507型X光电子能谱仪（XPS）。
2实验方法
银片腐蚀试验采用SH/T0023―90方法测定；石油产品水溶性酸及碱测定方法按GB/T259-88方法测定；硫醇硫按GB/T1792-88方法测定。
3实验分析与结果讨论
3．1硝酸银试验
将腐蚀油样用硝酸银水溶液处理，腐蚀消失，处理过程中有大量棕褐色沉淀生成，硫醇单独存在时和硝酸银反应生成乳白色沉淀，二硫化物单独存在时不和硝酸银反应，和硫醇共有时也是生成乳白色沉淀，结果见表1。
从表1结果可知，二硫化物不和硝酸银反应，硫醇和硝酸银反应只生成乳白色沉淀，那么油样中的棕褐色沉淀就可能是其它含硫化合物和硝酸银反应生成的黑色硫化银沉淀引起。试验发现，当元素硫单独存在时，不与硝酸银反应，但和硫醇共有时则生成黑色沉淀，由此可见，腐蚀油样用硝酸银处理时生成棕褐色沉淀,可能是因为其中含有元素硫和类似元素硫的多硫化物。
3．2酸、碱、水、汞洗试验分析
如果喷气燃料中存在腐蚀性的水溶性酸、碱或有机酸，水洗可除去水溶性酸、碱，酸洗再水洗，可除去水溶性碱，而碱洗再水洗可除去水溶性酸及有机酸[1]。
由表2可知,喷气燃料的腐蚀不是由水溶性酸、碱或有机酸造成的，也不是由酸性含硫化合物造成的。
微量元素硫在油中有良好的溶解性，可用一小滴水银进行检查,如在油样中进入一小滴水银后，在水银表面出现褐色或黑色(Ag2S)沉淀，表明油样可能是元素硫引起的腐蚀。
从表3可知，汞滴加入油中，放置一段时间后，汞滴由银白色变成淡黄色，最后变成褐色或黑色。另外，将汞滴加到用石油醚配制的硫醇溶液中，汞滴不变色。可见油样中使汞滴变色的物质不是硫醇，而在5μg/g的元素硫石油醚溶液中加入汞滴，20min后，汞滴就开始变色。油样使汞滴变色的时间一般为30min左右，但有的时间则很长，这可能是因为其中含性质类似于元素硫的多硫化物，从以上分析可知，油样中引起汞滴变黑的物质可能是元素硫和多硫化物。
3．3卤素及氮化物分析
有些卤素及氮化物对银片也可能产生腐蚀，为此分析了喷气燃料中卤素的含量,实验结果如表4所示。
由表4可知，银片腐蚀1级和3级的油样，含卤素质量分数同样小于1×10-6，由此可知引起腐蚀的不是卤素化合物。
由表5可知，喷气燃料在经过碱洗、脱硫醇、白土精制后其氮含量略有变小趋势，即使腐蚀为3级的油样，其含氮质量分数也很小，说明引起腐蚀的物质不是氮化物[2]。
3．4 腐蚀产物组成分析
3．4．1腐蚀油样硫化氢定性检查
取若干不同腐蚀级别的银片分别置于锥形瓶中，加氮气保护；再往瓶中迅速滴加稀盐酸，将湿润的醋酸铅试纸置于瓶口，观察试纸变色情况，判断有无硫化氢气体产生。
实验结果表明：湿润醋酸铅试纸均变黑，有硫化氢气体产生。因此，腐蚀产物含有硫元素。
3．4．2 XPS能谱分析
用PHI Model3507型X光电子能谱仪（XPS），分析被腐蚀银片表面元素及其化学态。分析条件Mg Ka激发源，X光枪分压15KV，功率250W，半球形能量分析器，分析真空度1.0×108。
将被喷气燃料腐蚀的不同级别的银片做XPS能谱分析，结果如图1所示。
XPS能谱分析证实：银片腐蚀产物含有元素Ag、S（主要成分）及O、Cl、Pb、C等（氯和铅信号十分微弱）。分析认为：碳系燃料组分因吸附作用而出现在腐蚀银片表面上；空气氧本身会存在于油样和腐蚀银片表面上。不同腐蚀级别油样银片腐蚀产物基本组成一致（硫化银Ag2S）。硫化氢和元素硫的石油醚溶液，其银片腐蚀产物所含元素亦是Ag、S，并且，元素硫和银以硫化银Ag2S存在。
另外，汞滴试验和硝酸银试验结果都表明,如果腐蚀油样中含有元素硫和多硫化物,则喷气燃料的银片腐蚀可能是由它们引起的[3]。由上述的试验结果可以断定造成喷气燃料腐蚀的物质主要是存在于喷气燃料中的微量元素硫,也不排除有其它未明的腐蚀性硫化物。
4喷气燃料银片腐蚀机理研究
对于喷气燃料银片腐蚀试验，按照方法标准规定，试验前必须对燃料进行脱水，试验银片也必须进行严格的磨光处理，特别避免受到不清洁（特别是水分、汗渍等）的污染,其目的是使试验评定结果尽量与实际航空发动机银部件与燃料作用的结果相一致。基于试验方法的这种考虑，喷气燃料与银片之间发生的腐蚀作用是在非水存在下进行，属于化学腐蚀过程。但是喷气燃料在实际储存、运输和使用中，总是为水所饱和，即喷气燃料中含有一定量的溶解水，水会在金属表面凝结，而水的存在使石油产品成为了一种电解质，此时金属与燃料间会发生电化学腐蚀现象。
银片在水环境中发生腐蚀，是一种电化学过程。在水环境中金属趋向于离子化而剩余电子（e-）：
AgAg++ e-
H2S和S作为去极化剂脱除银片表面电子，使银片离子化作用增强，直至发生可视的腐蚀现象。
反应式为：H2S+2AgAg2S+H2 (即氢离子过剩)
S+ 2e-S2-， S2-+2Ag+Ag2S
硫醇的腐蚀反应，根据Couper[4]机理认为是，硫醇C―S键断裂生成疏硫自由基，疏硫自由基离解生成硫化氢而腐蚀金属。
生成的金属硫化物沉积在金属表面，使被腐蚀的银片含硫量Ag2S的不同或金属硫化物排列方式的不同而呈现不同的腐蚀级。
5结论
本文通过硝酸银及酸、碱、水、汞洗试验，卤素、氮化物和腐蚀产物组成分析，找出了造成喷气燃料银片腐蚀的原因为硫化腐蚀，而腐蚀性物质主要是存在于喷气燃料中的微量元素硫，其中也不排除其它未明的腐蚀性硫化物。硫醇单独存在时不会引起银片腐蚀，当其与元素硫共存时，能加重元素硫对银片的腐蚀。并结合喷气燃料在实际储存、运输和使用中的状况分析了银片腐蚀的机理，对研究喷气燃料银片腐蚀物质、弄清喷气燃料银片腐蚀原因提供了理论基础。
参考文献：
[1]谭立阳,刘琳,钱建华.喷气燃料银片腐蚀的分析[J].石油化工高等学校学报.2003,16(3):20-24.
[2]佟丽萍,费逸伟,梁国宏等.喷气燃料硫化物的腐蚀性及分析检测技术研究[J].徐州空军学院学报.2007,2:54-56.
关键词 灰份；分析过程；危害因素
中图分类号X510 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）46-0031-02
0 引言
所谓灰分，指在规定条件下灼烧后，所剩的不燃物质，以百分数表示。油品中的灰分主要是各种金属、非金属、形成的盐化合物等矿物。塑料、橡胶灰分主要来自聚合加入的催化剂和凝聚水中的金属盐类。而这些灰分杂质对石油化工产品的质量有着较大影响，因此，经常性的对出厂产品的灰分进行分析就成为化验的日常工作。
灰分分析过程一般需经过试样加热燃烧碳化、高温煅烧成灰，恒重，称量，计算等步骤。通常测定石油化工产品灰分的国家标准有《塑料灰分通用测定方法GB9345》、《石油产品灰分测定法GB508》和《有机化工产品灰分的测定GB/T7531》等，其中塑料灰分的分析过程，由于分子量高，燃烧不完全，产生的烟较大，对化验分析产生诸多危害。因此，本文结合生产实际经验，重点对塑料灰分的分析过程中烟的危害进行探讨。
1 试验部分
1.1 《塑料灰分通用测定方法GB9345》测定原理的基本方法[1]
常用的基本方法有3种。第一种是直接煅烧法，即燃烧有机物并在高温下（750℃±50℃）处理其残留物直至恒重；第二种是燃烧后用硫酸处理法，即燃烧有机物，用浓硫酸使无几残留物转变成硫酸盐，再在高温下处理该残留物直至恒重；第三种是燃烧前用硫酸处理法，即把有机物与浓硫酸一起加热至冒烟，接着有机物燃烧，最后在高温下处理残留物直至恒重。
1.2 仪器
1）坩埚：与试验物不起作用的陶瓷坩埚；
2）电炉；
3）马福炉：能适合控制750℃±50℃范围内；
4）分析天平：准确到0.1mg；
5）干燥器：盛有与灰分不起作用的有效干燥剂；
6）称量瓶。
1.3 操作步骤
1）把坩埚放在马福炉内，在试验条件下加热到恒重，放入干燥器内至少1小时，使其冷却至室温，并在分析天平上称重，正确至0.1mg；
2）将试样放入已知质量的称量瓶中，称重，准确至0.1mg；
3）把试样放入坩埚中，不能超过坩埚高度的一半，然后直接在电炉上加热，使其缓慢地燃烧。燃烧不可太剧烈，以免灰分颗粒损失。冷却后再加入其余的试样，重复上述操作直到全部试样烧完；
4）把坩埚放入已预热至规定温度的马福炉内，煅烧半小时；
5）把坩埚放入干燥器内1小时，使其冷却至室温，并在分析天平上称重，准确至0.1mg；
6）在相同的条件下，每次再煅烧半小时，直至恒重，即相继二次称重结果之差不大于0.5mg。
1.4 结果计算
灰分以质量百分数表示：×100%
式中：m0为试样质量，g；
m1为所得灰分质量，g。
2 讨论部分
由以上试验部分得知，在进行塑料灰分分析过程中，需要使用电炉进行加热灼烧塑料样品，必然会产生烟，而烟本身具有一定的形态等理化特性，如果控制不好将对分析质量、人员健康、设备设施安全产生不良影响。
2.1 烟的形态
所谓烟是指可燃物在燃烧时含有的瓦斯液体微粒子及固体粒子等物质，当他们悬浮扩散在空气中时便形成烟。烟粒子在表面及内部吸附多种有毒气体和容易发生反应的热分解生成物。烟的液状粒子由于表面张力，形成略呈球状的液状物，此时主要成分为水或油类为主的粒子构成，使能溶在内部及附在表面的毒气量较有限。而固体粒子的形状与液体粒子的形状不同，固体粒子有时为多孔质状，这样的烟粒比实心粒子能吸附较多的各种气体。因此，在灰分分析灼烧时，可燃物试样的种类、燃烧时的温度、环境的氧气量等因素，直接影响着烟的毒性高低，浓度大小。
一般塑料材料在燃烧时产生的烟粒子，能吸附约有20%的挥发物，当有火焰而氧气不足时黑烟就多，这种粒子与白烟的形状、大小有显著不同，其直径通常在0.1至数十微米之间，不定形粒子中常有多数球形粒子凝集成为一团，白烟粒子当两个以上的粒子碰撞时，很容易成为一个粒子而迅速沉降。
塑料烟均为不定形粒子组成。由热分解及燃烧产生的烟，根据可燃物的材质、量、燃烧温度、氧气浓度等条件不同，所产生的烟成分各异。
2.2 烟的流动性
烟粒子的密度比空气大，在空气中由大粒子至小粒子依次沉降，粒子半径在1μm以下的较能长久悬浮在空气中。烟粒子有布朗运动关系，烟粒子时常互相碰撞并凝集成为1μm以上粒子而开始下沉。粒径0.01μm以下的，因扩散快，当遭遇障碍物时，易附着于表面不定形且多孔质物体上。由此可见，烟的浓度常在变化之中。当烟遇到障碍物，部分烟粒子被吸附，烟浓度降低。但吸附烟粒子的障碍物随着吸附的烟粒子的增多，火灾危险性也逐步增加。塑料灰分分析过程中由于使用通风柜，加热燃烧时含烟的空气成为热气流带烟移动，当遇到通风柜壁、管壁等障碍物时，便沉积在其上。如果柜壁、管壁粗糟，产生的烟，特别是燃烧不充分的含碳烟粒子就会大量沉降聚积。由于强排式抽风，烟粒子沉降的多少，受到排风管道结构的影响。当抽风时，在管道拐弯、过滤网、隔火阀、风扇等处，由于碰装和吸附，烟粒子大量沉降，成为火灾发生的潜在着火点。烟的流动和沉降如图1所示。
2.3 烟的化学性
燃烧时，烟的生成有两种径路，其一为热分解生成物在气相中未燃烧前被冷却，凝集而被排出。另一路径为热分解生成物在火焰中生成游离碳。属于前者的烟沸点高，由分子量大的液体粒子所形成，后者以煤烟为主成分的固体微粒子。
烟的化学成分依燃烧物的材质、构成成分、化学结构、共存物的种类、燃烧物、氧气量而异。虽属单一材质，但燃烧温度的高低则产生不同产物，对生成物间的比例也有变化。煤烟的生成“乙炔学说”认为：燃烧时产生乙炔，经聚合，再脱氢，而成为煤烟。火焰中的碳粒常在火焰内被氧化而消失，但分解生成物中有过多的含碳物时部分未完全氧化而排出于火焰外成为煤烟。高分子可燃固体的燃烧能生成液体系及固体系烟，同时也伴随着气体的产生。液体系烟在无焰燃烧时发生，固体系烟则在有焰燃烧时发生。 其燃烧过程如图所示。它们在燃烧时，首先受热分解生成气态和液态产物，然后气态和液态产物的蒸汽再发生氧化燃烧。
塑料属于高分子可燃固体，在燃烧时依合成原料产生不同种类的毒气，其本身又属于高分子，故黑烟多。塑料在不同温度下亦产生不同种类及不同比例的热分解生成物。以酚树脂为例，一氧化碳在300℃时产生3.5%，在800℃时增至16.2%，1200℃时达到24.6%。乙炔、乙烯等含量在温度愈高的情况下有增加的趋势。依乙炔学说，在高温下，聚合再脱氢，以未完全燃烧的方式排出于火焰外，成为黑色烟的主要来源。塑料在燃烧时产生的烟含有不同种类的毒气，如800℃时聚乙烯能释放出一氧化碳、醛类；氯聚乙烯能释放出一氧化碳、醛、氰化物、氨气等，压克力系则有氰化物、一氧化碳等释放出。这些毒气在火灾时对人体的健康和安全构成威胁。因此，在发生火灾时，必须对火场的烟要正确判断其流动方向、量、成分等，以便采取恰当措施进行逃生。
2.4 塑料的发烟特性
火灾时产生何种烟则视发生燃烧材料的种类而定。其发烟特性可用单位重量的发烟量及对单位时间的发烟量表示。至于发烟量则受材质的化学组成、形状、燃烧温度、氧气浓度而异。
通常塑料材料在燃烧时分解比木质材料快速，虽有着焰燃烧的现象，但可认为发烟速度的增加归纳为氧化反应不完全所致。
据文献聚乙烯、聚丙烯在500℃，空气量220mL/min，试样100mg下其热分解生成瓦斯（mg/g）种类及产生的量如下由上表可见，塑料高分子材料在燃烧过程中会产生许多副产物，其中大部分为有毒有害物质。塑料高分子材料如果燃烧不充分，会产生大量的烟，部分可燃气体或蒸汽会与产生的烟粒结合，随着气流在合适的障碍物处聚积。
2.5 烟对人员的影响
火灾发生时环境周围弥漫大量烟对受困人员而言，视线受阻无法判断楼梯、标志、出入口、逃生方向而在心理上产生恐惧感。当呛到含有毒气体的烟，又有缺氧的环境下，受困时间延长，引起生理上的不适，以致中毒昏倒、窒息等。火灾通常在于心理上毫无准备的情况下发生，尤其进入不熟悉建筑物内遭遇火灾时易产生恐慌失措。
在国内发生的死伤较多案件中可发现避难人员在心理上有共同点，即避难时对火焰及烟有恐惧感而一直想向明亮方向移动，并选择空间较大的场所避难，在常出入的建筑物内本能选择常用的出入口逃生，当发觉一时无法逃生时，试寻找狭小偏僻处藏匿，危急时或有出现跳楼的异常行为，导致不必要的伤亡。
2.6 烟对设备设施的影响
烟常常在设备设施中聚积，一方面腐蚀设备或影响设备的正常运行；另外一方面，当条件合适时，聚积的烟成为积炭，发生自燃或爆炸导致火灾或设备损坏事故，严重影响正常生产。
比如，积炭自燃通常发生在压缩机生产系统中，它可以导致火灾爆炸事故，危险性比较大，需要注意预防。空气压缩机（含其它物料的压缩机）运行时，气缸内温度通常可达150℃~160℃，缸体内的油蒸汽在此高温下会热裂解产生烟形成炭，随同压缩空气流出，沉积在缸体、压缩机各段冷却盘管。缓冲器和气体管道里，成为积炭。油闪点越低，油蒸发量越大，随气流带出的炭越多，因此，形成的积炭层越厚。积炭在一定温度下，在含氧气流（空气）的作用下，会发生氧化反应，温度、压力越高，积炭层就会越厚，氧化反应速度就越快。当反应系统向环境散热小于氧化反应放出热量时，积炭温度会不断上升，引起自燃。在上述过程中，还会产生可燃气（如一氧化碳），当它们的浓度达到爆炸极限时，会发生燃烧和爆炸。
再比如，塑料灰分分析过程中会产生大量的烟，这些烟主要以煤烟的形式出现，在通风管道内长期、缓慢不断聚积，附着在管壁上，形成吸附有大量可燃气体和蒸汽的积炭层，形成可燃物。在夏季，环境温度较高，在做分析进行加热的过程中，样品从加热到自燃燃烧后，烟气中的燃烧热量迅速增加，使弯头等处聚积较多的积炭受高热达到自燃温度后起火，火势顺着通风道而上，引燃管壁上附着烟灰的积碳，并将楼顶部通风管道的玻璃钢材料弯头和风机软连接处的帆布和风机烧毁，损坏设备。
2.7 烟对分析质量的影响
仅就塑料产品灰分分析过程而言，在分析过程中要严格控制电炉的加热速度，使其缓慢地燃烧。如果燃烧速度控制不好，会使燃烧过于剧烈，大量的烟会带走灰分颗粒，使灰分损失，影响分析结果的准确。
2.8 烟对环境的影响
烟无论是在分析过程中还是在火灾等异常情况下，对环境空气的质量都有着或多或少的影响，轻者空气质量下降，重者空气质量局部或大面积污染，其区域中的生命安全受到威胁。
3 结论
通过对烟的性质和危害探讨，得知在塑料灰分分析过程中产生的烟会对人员安全健康、设施设备、分析质量、环境有着不同程度的危害。因此，针对灰分分析必须采取以下措施，预防烟的危害。
1）组织职工学习灰分分析过程中烟的危害，提高自我保护意识；
2）对灰分分析项目使用的通风设施单独设置，材料宜为不燃的铁质材料，其风道宜短，宜直排室外，防止管道过长形成烟尘积炭，从源头上杜绝可燃物的形成，防止火灾危害；
3）建立对加热、燃烧用通风橱、通风管道及风机等设施的定期检查制度，加强设备维护管理，定期清扫烟道积炭，从制度上保证管道彻底不存在积炭；
4）建立固定用火点的防火安全制度，要求在加热、燃烧、用火作业期间岗位人员或监护人员要坚守岗位，严禁离岗、脱岗，确保各项防火安全措施到位；
5）灰分分析过程要严格控制火焰高度，控制好电炉的加热速度，防止塑料产品燃烧过于剧烈带走灰分颗粒，造成分析误差，影响分析质量。
参考文献
[1]周卓纯，王金妹.塑料灰分通用测定方法GB9345.
1、Altshuller和Darrell Mann专利考察模式
前苏联著名发明家G.S. Altshuller（G.S.阿奇舒勒）及其同事提出了TRIZ理论，其目的是研究人类进行发明创造、解决技术难题过程中所遵循的科学原理和法则。其中包含很多适用于技术创新的工具和方法，如：矛盾解决原理、物质场分析等。产品技术成熟度预测是TRIZ理论的一项重要研究内容。科研工作者和生产者可以通过对产品技术成熟度的预测，了解产品技术的进化过程，为进一步的科研、生产策略和计划制定提供参考，对技术发展具有重要意义。
本文采用的产品技术成熟度预测方法有以下两种：
（1）应用Altshuller专利考察模式进行产品技术成熟度预测：通过对大量专利的分析，Altshuller将专利分为五个等级，并发现了专利等级、专利数量和获利能力随技术系统生命周期的变化规律，这些规律和S曲线（产品进化过程曲线）一起被后来的技术预测专家用来进行产品技术成熟度预测。
（2）应用Darrell Mann专利考察模式进行产品技术成熟度预测：受Altshullar专利考察模式的启发，Darrell Mann根据专利的基本功能，重点考察了两类特殊的专利：降低成本的专利和弥补缺陷的专利，得出了这两类专利的数量随技术系统生命周期的变化规律。据此进行产品技术成熟度预测，能够较快确定技术是否已经过了成熟期。
2、微生物燃料电池
微生物燃料电池（MFC）是利用电化学技术将微生物代谢能转化为电能的一种装置，其基本原理是作为燃料的有机物在厌氧阳极室中被产电微生物氧化，产生电子与质子，其中电子被微生物捕获并传递给电池阳极，通过外电路到达阴极，形成回路产生电流。而质子通过隔膜到达阴极，与氧气及电子反应生成水。微生物燃料电池具有无污染、适用范围广泛等优点，目前已经成为治理污染、开发新能源方面的研究新热点。
目前针对MFC专利领域的研究主要为专利趋势分析、分类号研究及检索和专利申请状况分析，但是针对MFC产品技术成熟度预测的研究未见报道。
二、样本构成
1、检索数据库
使用的检索系统为CNABS。
2、检索关键词及主要分类号
关键词：微生物、燃料电池、MFC
主要分类号：分类号： C02F、H01M
3、检索结果
检索截止日为2012年11月30日，经过去除噪音及去除同样的发明创造后，共获取2000-2011年相关专利申请182篇，作为主要统计分析样本；2000年之前未见相关专利申请；2012年专利申请公开不完全，仅作为背景分析，不纳入统计分析样本。
三、微生物燃料电池专利的分级和分类
专利分级使用Altshuller发明的专利五级分级标准，通过全面阅读分析专利信息（权利要求书、说明书及附图、摘要）、确立标志性专利、纵向比较等步骤而得出具体的分级；专利分类中关注Darrell Mann的专利考察模式中重点考察的两类特殊的专利：降低成本的专利和弥补缺陷的专利，确定每份专利或申请所属于的类别，最后统计数量，拟合曲线，与分级过程可同步进行。
1、专利信息分析与整理
在对微生物燃料电池进行分级和分类前，首先通过对专业背景资料和专利信息的阅读，对微生物燃料电池技术的发展有全面的了解，主要分析专利申请所要解决的技术问题，以及解决该问题所采取的技术手段。通过阅读分析，可以主观的了解技术的继承与发展脉络，为分级作准备。
在专利技术发展中，微生物燃料电池的技术改进主要为系统构型的改变、电极材料的改进、交换膜材料的变化及微生物的选用等。
微生物燃料电池在结构上可以分为单室MFC和双室MFC两种。典型的双室MFC由阳极室、质子交换膜和阴极室组成。单室MFC省去阴极室直接把质子膜固定在阴极上，阴极室暴露在空气中，空气中的氧气直接传递给阴极。二者各具有优缺点，在专利发展中发明人对MFC构型进行不断的调整，以克服在先技术的缺陷。例如申请号为20051001185.5（一种以有机废水为燃料的单池式微生物电池）的专利为首个单池式微生物燃料电池；申请号为20051008661.8（生物反应器——直接微生物燃料电池及其用途）的专利申请为双室结构的变形，即主要由筒状的阳极室、阴极室及将两室中间隔开的质子交换膜构成；申请号20071014496.5（一种管式升流式空气阴极微生物燃料电池）的专利，具备了微生物燃料电池构型的优点，并结合了上升流活性碳阳极和无膜空气阴极于一体的，可以使两电极间距离尽可能最小。
从MFC产电机理来看，阳极作为产电微生物附着的载体，不仅影响产电微生物的附着量，同时还影响电子从微生物向阳极的传递，因此早期很多研究都集中在阳极材料的选择和修饰上。阴极作为电子受体，主要是氧化态的物质，近年在专利申请中也较为常见。例如申请号为20071019540.5的专利提供了一种铁离子循环电极及其制备方法；申请号为20071019656.9的专利提供了一种含锰离子的微生物燃料电池阳极的制备方法；申请号为20091004092.0的专利公开了一种用于微生物燃料电池的布阴极组件及其制备方法，该布阴极组件包括防水透气层、布基材料层和导电催化层或者包括防水透气布和导电催化层；申请号为20101001927.1的专利中使用碳化镍钼作为微生物燃料电池阳极；申请号为20101022015.2（一种微型微生物燃料电池）的专利申请中的阳极为金丝微电极阵列，空气阴极为膜电极：质子交换膜、催化剂层和气体扩散层。
膜材料在MFC中的应用主要为分离两极室中的电解液，同时使阳极室中的质子通过，其中质子交换膜被广泛使用。但出于成本的考虑，去膜和采用其他膜对质子交换膜进行取代成为专利申请的一个发展趋势，例如：申请号为20051011421.3（燃料电池用菌紫质质子交换膜的制备方法）的专利采用微生物作为燃料电池中质子交换膜，对环境不造成污染有效地降低了质子交换膜的生产成本；申请号为20081002795.3（一种微生物燃料电池及应用）的专利采用的膜材料为离子交换膜，具有与传统使用质子交换膜MFC相当甚至略高的输出功率与产电性能，能很好的替代传统使用质子交换膜MFC，并可降低微生物燃料电池成本。
微生物的选择影响着代谢通路，从而影响对有机质的去除和/或能量输出功率。在微生物的选用上，根据不同的发明目的有产气肠杆菌（申请号为20081002922.2）、海洋酵母（20091009798.8）、希瓦氏菌（申请号为20091014094.3和20091030567.7）、弗氏柠檬酸杆菌（20091019363.9）、蜡样芽孢杆菌（20111034751.2）等等。
此外，在应用的领域上，除了传统的用于发电和废水处理的微生物燃料电池之外，该技术扩展到其它的广大领域中，例如：申请号为20061003825.2（一种生态厕所）的专利申请利用微生物燃料电池理论，设计了粪便-微生物-质子膜-电极构成的“粪便电池”；申请号为20091009346.8的专利申请公开了一种面向植入式医疗设备供电的微生物燃料电池系统，该系统设置在人体的横结肠中，利用肠道微生物和内容物产电，可为植入式医疗设备提供能源；申请号为20101014660.4（微生物燃料电池及安有该电池的发电装置）的专利申请公开了一种安有微生物燃料电池的发电装置在稻田进行微生物发电中的应用；申请号为20111008632.6的专利申请中的微生物燃料电池能降解挥发性有机物，在处理挥发性有机废气的同时实现电能的回收。
2、分级
Altshuller的专利五级分级标准，具体如表1所示：
经过对专利信息的阅读分析后，确立了标志性专利：申请号为00810805（一种用于废水处理的使用废水和活性污泥的生物燃料电池）的专利为首个进入中国的微生物燃料电池申请，至少用到微生物、电池、废水处理三个领域的知识，采用交叉学科解决了产电的同时能够进行污水处理的的技术问题，创造了一种新的系统（仅在专利领域考虑）。作为首个标志性的专利，在专利等级分析时，定级较高，为4级；申请号为20051001185.5（一种以有机废水为燃料的单池式微生物电池）的专利为首个单池式微生物燃料电池，无须外加动力来提高阴极表面的氧气含量，无须投加电子转移介体，并且阳极池无需氮气吹脱就能较好地维持厌氧状态，使系统发生了质变，经过综合考虑，在专利等级分析时，定为3级。
对于其余的专利或申请进行分级，也要经过纵向比较，分析其所要解决的技术问题及采用的技术手段，根据分类标准来定级，例如：申请号为20061014499.1（可堆叠式单室微生物燃料电池）的专利公开了一种可堆叠式单室微生物燃料电池，这种构型虽然是首次出现，但是为通过数量的叠加来提高产电能力，量的变化更为明显，在Altshuller的专利考察模式中通常将这类专利定为一级。当然，如果专利中出现其他的技术特征，协同使得该专利较之前的专利申请有质的改变，分级可以再考虑；申请号为20091004203.8（一种微生物燃料电池及其制备方法和应用）的专利将微生物燃料电池及电芬顿有效的结合起来，使系统发生了质的变化，用到了全行业的知识，因此定位2级；申请号为20091007803.6（一种用于同步产电脱盐的污水处理工艺及装置）的专利利用微生物燃料电池的内电流在处理污水、产电的同时脱盐。使系统发生了质的变化，用到了全行业的知识，因此定位2级；申请号为20101022182.0（一种植物——土壤微生物燃料电池系统）的专利申请中，使阳极电极置于植物根部周围的土壤内，阴极电极置于土壤表面。主要以植物光合作用生产并释放到根部的有机质为燃料，避免了产电微生物以污水中有机质为燃料时，有机质对产电微生物的抑制作用，从而导致产电效率低的问题。系统发生变化，用到了全行业的知识，定位2级。
经过对分析样本的全面阅读与分析后，最终将微生物燃料电池专利信息整理汇总如表2所示：
四、微生物燃料电池产品技术成熟度预测
1、Altshullar专利考察模式
根据表2内容，绘制专利数量统计曲线和专利等级统计曲线，并与标准曲线进行对比，如图1、图2所示。
统计曲线拐点位置与标准曲线对应的拐点位置如箭头所示。根据曲线拐点可以预测，微生物燃料电池产品技术目前已结束婴儿期，处于快速成长阶段。由专利数量统计曲线可知：技术系统较婴儿期阶段有较快的发展，研发数量稳步增长。而对于专利等级统计曲线的变化：当微生物燃料电池产品技术进入稳定的发展轨道，数量增长明显，某个特定技术空间内的专利密度增大，将会导致专利保护范围的缩小，且会出现大部分针对单一要素进行某一指标的提高的专利技术，从而拉低专利等级。
2、Darrell Mann专利考察模式
在进行专利数据整理时，发现2000-2011年间高校申请和科研院所申请量占总申请量的96%，从侧面说明微生物燃料电池产品技术还处于研发阶段，因为还没有大规模投入使用，反映在Darrell Mann专利考察模式中，以降低成本为目的的专利申请会小于弥补技术缺陷的专利申请。
Darrell Mann专利考察模式主要应用是快速判断技术是否进入成熟期。根据表2内容，绘制弥补技术缺陷专利数量统计曲线和降低成本专利数量统计曲线，并与标准曲线进行对比，如图4、图5所示。
从图4（a）和图5（a）中可以看到在2009年到2010年间弥补技术缺陷专利数量和降低成本专利数量出现了明显下滑，结合图1（a）——专利数量统计曲线，可以看到其原因为2010年专利申请数量明显低于2009年。这种情况的出现有以下的可能：（1）对专利申请的国家和地区进行统计，发现2009年进入中国大陆的专利申请共7份，占2009年专利申请数量总数的17.9%，而2010年其他国家和地区进入中国大陆的专利申请数量为0，2011年同样为0，说明其他国家和地区出于技术发展或专利战略等原因，于2010年起逐渐放弃我国的专利市场，使专利申请数量受到影响，而这个原因很可能是由于遇到了产电能力难以大幅度提高的技术瓶颈以及生产成本的控制难以达到实现广泛应用的目的；（2）微生物燃料电池领域的研究主力为高校和科研院所，2009年有24所高校及科研院所提交了专利申请，2010年仅有19所，研究室的科研方向转向也部分影响了2010年的专利申请数量。
但是该曲线的下滑段并不影响曲线上升的总趋势判断，从图4和图5中可以看出，微生物燃料电池产品技术还未进入成熟期，结合对专利信息的理解和两种分类专利数量对比，应该还处于成长期当中。
五、结论
进入我国最早两份关于微生物燃料电池的申请（申请号：00809995、00810805）均由韩国科学技术研究院于2000年递交，之后才出现由我国高校兴起的微生物燃料电池专利申请，在经历模仿、吸收后、开始创新，因此微生物燃料电池产品技术经历的婴儿期比较短暂，进入成长期比较迅速。
经过对专利信息的分析，同时结合期刊文献公开的关于微生物燃料电池的资料，认为应用Altshuller和Darrell Mann的专利考察模式对微生物燃料电池产品技术的成熟度预测结果是可信的。在未来的发展中，微生物燃料电池技术将会不断的成熟，成为污水处理领域的常用技术。
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