生物质制高密度燃料研究热点论文

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家用生物质成型燃料炉具的设计与研究

【摘要】 随着我国经济的发展，农村生活用能结构发生较大变化。一方面秸秆消耗量减少，煤和液化气用量增加，但其价格较高且呈上涨趋势；另一方面，尽管部分生物质秸秆用于加工饲料、肥料等产品，但仍有大量剩余秸秆闲置。近几年很多地区收获季节要求农民把秸秆运到指定地点，但由于堆放的秸秆占用土地，最终还是被陆续焚烧而造成资源浪费。将废弃的生物质秸秆与农村生活用能结合，因地制宜合理利用生物质资源，是解决农村能源与环境问题的有效途径。 本课题将生物质成型燃料应用于家用炉具，在已有研究基础上进一步较全面研究生物质成型燃料燃烧特性。依据工业炉设计标准，结合省柴灶、型煤炉特点和传热计算设计出家用生物质成型燃料炉具，进行炉具试验并依据分析结果提出建议。本文主要内容和研究成果如下： (1) 生物质成型燃料的燃烧模式为挥发分先析出燃烧，而后是固定碳的燃烧；燃料密度是燃料点火性能最显著影响因素，燃料密度愈小点火愈容易；封火状态燃料燃烧特点与火灾的阴燃及从阴燃转变为有焰火类似；不同原料种类的生物质成型燃料灰熔点特征温度有微小差别。 (2) 依据炉具设计步骤，通过燃料燃烧计算、传热计算初步估算出炉具设计热效率，并在此基础上参考相关文献确定炉具燃料消耗量、炉膛、烟囱等主要设计参数，设计出专用炉具。 (3) 参照GB6412—86《家庭用煤及炉具试验方法》，结合本炉具及所用燃料特点，测定燃料和炉具综合性能，得出了相关指标数值；试验中发现燃料燃烧充分，没有结渣现象，但产生的火焰较难控制致使排烟温度较高。 (4) 性能测试结果与炉具设计指标相比，排烟温度较高，热效率偏低；与原有炉具相比，火力足、燃烧充分且上火速度快，有良好的环境效益和社会效益，但燃料燃烧产生的火焰未最大化利用，排烟热损失亦较大。 (5) 提高炉具热效率可以通过将原炉具改造和设计出其他炉型两种途径；深入全面研究燃料性能也是设计优质炉具的保证。 目前对生物质成型燃料专用炉具的研究才刚刚开始，存在较多问题还需要更加全面和深入的研究。

【关键词】 农村生活用能； 生物质成型燃料； 燃烧特性； 炉具设计； 炉具性能试验

2007年7月23日，国家发改委公布了444个油耗不达标车型的“黑名单”，涉及55家生产企业。公告中还声明，所有不符合标准的车型自发布公告之日起不得再进行生产。发改委之所以这么做，是因为近年来石油价格的不断上涨。国际油价目前没有下跌的迹象，现国际原油价格已达到76美元。石油是不可再生的能源，其储藏量和可开采量资源正面临枯竭。2003年全球石油探明储量为11477亿桶，而每年新勘探量仅50亿桶。如今人类社会高度依赖于石油工业，包括汽车在内的各个行业的发展都离不开石油工业。地球上的石油到底还能供人类用多久？据美国石油业协会估计，地球上尚未开采的原油储藏量已不足两万亿桶，可供人类开采不超过95年的时间。在2050年到来之前，世界经济的发展将越来越多地依赖煤炭。其后在2250到2500年之间，煤炭也将消耗殆尽，矿物燃料供应枯竭。 中国石油资源不及世界人均水平的1/6，从1993年开始，中国成为石油净进口国，供需矛盾日益突出。2004年中国石油消费量达到了亿吨，进口原油亿吨。其中，车用燃油消耗已经达到了中国石油消费量的1/3左右。此后石油进口仍呈上升趋势，进口量约占使用量的20%左右，预计到2010年前后将达到40%，车用汽油年消耗量为6400万吨。面对人类即将消耗完需几百万年才形成的石油资源所引发的即将到来的能源危机，中国及全世界必须认识到要采取开源节流的战略，即一方面节约能源，另一方面开发新能源。 2006年中国车市销量达到720万辆，增长超过30%，中国已经超过日本成为世界第二大汽车市场。权威调查部门预计，除了中国、印度等发展中国家，2007年全球汽车销售都将进入疲软时代。但在中国汽车市场领跑全球汽车市场荣耀的背后，是中国过快消耗着祖先留下的资源。面对即将到来的能源危机，中国的汽车产业路在何方，路只有一条：使用新能源，也只有使用新的替代能源，汽车产业才能持续发展。实施替代能源战略，有助于我国汽车逐渐摆脱对原油的依赖，从能源安全的角度看，无疑是非常必要的。 那么，目前世界汽车产业使用替代能源主要有哪几种方式？其前景到底如何呢？ 1乙醇燃料：价廉物美 使用乙醇燃料，是全世界最常见的一种燃料替代方案，也是目前国内颇为重视、已经得到推广的新燃料。这种燃料一般是与传统的汽油、柴油混合起来使用，其混合比例从加入10%～30%的乙醇到85%不等，甚至可以采用100%的乙醇作为燃料。其最大的好处在于不需要对现有的汽车结构做很大的修改就可以使用乙醇燃料， 而且这种燃料比起汽油、柴油来更加环保，能够起到减少污染的效果。同时，乙醇可以通过玉米、小麦、水稻、甜高粱、木薯、甘薯以及甘蔗、甜菜等农作物制造，甚至连农作物的秸秆都有可能被用来生产乙醇。只要合理解决“汽车与人争食”的问题，乙醇燃料的推广能解决燃料的再生问题，是最价廉物美的能源解决方案。 除了乙醇以外还有类似于丁醇、甲醇这样的生物燃料，都被纷纷用于替代汽油与柴油。乙醇燃料汽车由于与现有的汽车没有多大区别，所以在国内外都相对普及。例如巴西作为乙醇燃料汽车最流行的国家，在这方面最为典型。人们熟悉的本田思域、飞度，三菱帕捷罗等都拥有专门针对巴西市场的乙醇燃料型号。最新型的车款安装了油气浓度传感器，可以自动感知燃料箱内不同性质的燃料，做到与普通汽油柴油的自然替换。此外，著名的跑车制造厂莲花甚至推出了采用乙醇汽油混合燃料引擎的Exige265E跑车，它仅重930kg，265代表它的最大输出为265匹马力左右，E表示其使用的是莲花E85高性能环保动力。特别让人吃惊的是该车加速成绩足以向法拉利发起挑战，0～60mph加速时间仅为秒，0～100mph加速时间为秒，最高时速达到158mph。除了巴西以外，美国的乙醇燃料汽车也十分流行，中国则超过整个欧盟成为乙醇燃料消费的大国。如何摆脱简单改装并提高乙醇燃料汽车的技术含量以使其发挥更大的效能，是摆在中国汽车制造厂商面前的课题。

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