生物燃料分析(6篇)
时间：2024-07-31
时间：2024-07-31
关键词：喷气燃料；硫化物；腐蚀性
1.引论
喷气燃料中含有相当数量的非烃化合物——含硫化合物、含氮化合物、含氧化合物及含有微量金属的有机化合物，它们的数量很少，一般只有1～4%（重）以下，但对喷气燃料的质量和性质影响极为突出，特别是含硫化合物对银片有着很强的腐蚀作用。喷气燃料中的硫化物种类很多，据美国AP48号研究课题组的研究结果表明：对于150℃～250℃石油馏分来说，硫化合物共有52个单体的硫化物，主要包括硫醇类、硫醚类、噻吩类、苯并噻吩类等，另外还有元素硫、硫化氢、二硫化物及多硫化物等（合格喷气燃料中不允许含有S、H2S），由于硫化物对喷气燃料的使用和储存性能有很大的影响，因此一直受到人们的重视。本文在分析喷气燃料中硫化物腐蚀性的基础上，研究评价了硫化物的分析检测方法，并对喷气燃料银片腐蚀物质进行了试验研究。
2.喷气燃料中硫化物的腐蚀性
喷气燃料中元素硫、硫化氢和硫醇类能直接腐蚀金属，属于活性硫化物，必须将其从油品中除去。硫醚、环硫醚、二硫化物和噻吩等硫化物本身不直接腐蚀金属，属于非活性硫化物，但是一部分非活性硫化物受热后的分解产物有腐蚀性。各种液体燃料中都含有少量的硫化物，它们无论在液体状态或燃烧后呈气体状态都能给许多金属带来严重腐蚀。
有关喷气燃料中硫化物的腐蚀危害报道有：Tomlinson等对元素硫引起烃油腐蚀进行了研究，认为若溶解在烃油中的元素硫产生的腐蚀速度受扩散控制，则其腐蚀较小；若元素硫与金属表面相接触，则会产生较强的腐蚀。在较高温度时，元素硫可与水发生反应生成硫化氢和硫酸而产生强烈的腐蚀性。硫可以转化为硫化氢，硫化氢具有更强的腐蚀性，Tripathi等报道油品中含有1ppm的硫化氢即可以引起金属的腐蚀。油品中微量的硫醇，其腐蚀性与本身的结构有关，在低温时，一般对金属没有腐蚀作用，但在温度较高时（大于100℃），其腐蚀性明显增强。Couper等提出了硫醇腐蚀机理：硫醇通过π键和金属作用而被吸附金属表面上，而后在外界条件（如加热）的影响下，较弱的C—S键发生断裂形成硫基自由基，再进一步反应生成硫化氢而产生腐蚀作用。有关多硫化物的形成及其研究很早就有报道，在碱的作用下，元素硫极易与烷基二硫化物加合形成多硫化物，多硫化物的性质与元素硫基本相似，也能对金属产生腐蚀作用。
3.喷气燃料中硫化物的分析检测技术研究
3．1总硫的分析测定
总硫的测定，可用Q/SH03708043即催化氧化微库仑法进行测定。氧化微库仑法的基本原理是：试样在惰性气流（氮气）下，在石英裂解管内热分解，然后与氧气在900℃下燃烧。试样中的硫化物转化为SO2，并由载气带入滴定池，与滴定池中的I3-发生如下反应：
SO2+I3-+H2OSO3+3I-+2H+
反应使滴定池内的I3-浓度降低，测量参考电极对指示出I3-的变化，并将信号输送到微库仑放大器。放大器输出相应电压，加到电解电极对上，在阳极发生如下反应：
3I-I3-+2e
产生的I3-补充被SO2消耗的I3-，直至滴定池中的I3-恢复到初始浓度为止。测定补充I3-所需的电量，根据法拉第电解定律即可求出试样中的硫含量。
3．2硫醇硫的分析测定
喷气燃料硫醇硫定性试验法，即博士试验法SH/T0174。该方法是根据亚铅酸钠与硫醇反应，生成铅的有机硫化物，再与元素硫反应生成黑色硫化铅，以定性地检查油样中是否含有硫醇。试验主要反应是：
博士溶液制备（CH3COO）2Pb+2NaOHNa2PbO2+2CH3COOH
博士溶液与硫醇作用Na2PbO2+2RSH（RS）2Pb+2NaOH
硫醇铅以溶解状态存在于油样中，并因硫醇分子量不同而呈现黄色或棕色。若加入少量硫磺粉末，便有黑色硫化铅析出
（RS）2Pb+SRSSR+PbS
因此，当油样中含有硫醇性硫时，生成的硫化铅沉淀将使博士液与油样界面硫磺粉颜色变深。若硫磺粉颜色不变，则判断油样无硫醇性硫。
采用GB1792-88标准分析方法（硝酸银电位滴定法）进行硫醇硫定量测定。电位测定方法系将油样溶解在乙酸钠的异丙醇溶剂中，用硝酸银的异丙醇标准溶液进行电位滴定，用玻璃参比电极和银-硫化银指示电极之间的电位突跃指示滴定终点。
3．3元素硫的分析研究
3．3．1元素硫定性检测方法
采用汞滴法以判断有无元素硫存在，其原理在于：液态金属汞与元素硫反应，生成黑色硫化汞，硫化汞附着在光亮汞滴上使之变色。若油样中不含元素硫，加入汞滴不会变色；反之，若含有元素硫，加入汞滴后，在一定时间内，汞滴会变色。据此，可判断油样有无元素硫存在。
3．3．2元素硫定量测定方法
元素硫定量测定通常采用极谱法，但用极谱法直接测定元素硫干扰多，结果不可靠。而含硫化合物系统分析法（UOP法），采用汞处理油样，取汞处理前后总硫含量之差为元素硫含量，极不精确，远远达不到准确测定元素硫的要求。采用冷原子吸收分光光度法间接测量燃料中的元素硫的方法，灵敏度高，最低检测浓度为1.6×10-3μg/ml，是一种可行的方法。具体方法如下：取25ml油样，加入适量纯净汞，充分反应后离心弃去油液；往沉淀和剩余汞中加过量饱和浓Na2S溶液，待反应完毕（汞滴再次显示光亮白色），过滤回收汞，将滤液用同样饱和浓Na2S溶液定溶至25ml；再取一定量的这种溶液用新配制王水处理后测定汞的含量，即冷原子吸收分光光度法测定汞。其原理在于：
Hg+S=HgS
HgS+S2-=[HgS2]2-
3[HgS2]2-+12H++12Cl-+3NO3-=3[HgCl4]2-+3NO+6H2O+6S
[HgCl4]2-+Sn2++2Cl-=Hg+[SnCl6]2-
转化生成元素汞后，用载气将汞蒸汽带入原子吸收仪的光路，测定其吸收值。因为汞蒸汽对波长253.7nm的紫外光具有最大吸收；并且，在一定浓度范围内，其吸收值与汞蒸气浓度成正比。
据此，可以测定汞的含量，并相应计算出处理油样中元素硫的含量。方法流程如下所示：
注：Hg与HgS不反应，Hg2S不存在。Hg2++Hg=Hg22+因硫化物的存在而不能进行。
3．4硫化氢、二硫和多硫化物的分析研究
对喷气燃料中的硫化氢，主要采用醋酸铅试纸定性判断其有无，也可用亚铅酸钠检测。
硫化氢的测定可采用电位滴定法（ASTMD3223—92），二硫化物的含量测定用改进的Zn—HAc还原法，用总硫减去已知硫化物的含量可得知噻吩类硫等残余硫的含量。
参照类型硫UOP法和洪布尔法分析流程，测定二硫化物步骤简述如下：取250ml油样，加适量汞脱硫；取此脱硫液200ml，加入足量铅酸钠溶液，充分反反应后过滤、水洗，除去硫醇；往除去硫醇的试油中加入冰醋酸50ml、锌粉10g（比例1g/5ml酸），于60℃水浴中搅拌反应15分钟，使二硫化物转化为硫醇。然后，用电位滴定法测量新生成硫醇硫并计算得二硫化物硫含量。方法流程如下所示：
注：硫醚、噻吩等不参与上述反应。
4.结论
本文分析了喷气燃料中硫化物的腐蚀危害，研究评价了喷气燃料中硫化物的分析检测方法，包括：总硫的分析测定、硫醇硫的分析测定、硫醚硫的分析测定、元素硫的分析测定、硫化氢、二硫和多硫化物的分析测定，这些方法的借鉴和建立，有助于分析油品中硫化物的存在形态，对弄清油料的腐蚀变质原因提供了理论基础。
参考文献：
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[关键词]生物质电厂；燃料；皇竹草；组织模式
[作者简介]刘毅，中国能源建设集团广东省电力设计研究院工程师，研究方向：热能与动力，广东广州，510663
[中图分类号]S216[文献标识码]A[文章编号]1007-7723（2013）06-0019-0003
生物质发电主要利用在农林业生产中产生的废弃物作为发电燃料，是一项具有广阔发展前景的可再生能源产业。根据2005年国家颁布实施的《中华人民共和国可再生能源法》，可再生能源被列为能源发展的优先领域，是国家大力推动的能源产业。同时，在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006～2022年）》中，生物质发电也被列为能源领域中重点开发利用的技术，并作为国家能源战略的重要组成部分。随着石油、煤、天然气等资源日益枯竭，生物质发电将越来越受到重视，在未来的应用将越来越广泛。
从目前国内已建成的生物质电厂运行情况来看，多数电厂在燃料的收集、运输和储存过程中均存在难题。特别是50MW的大型机组，燃料组织环节的问题已成为制约电厂生存与发展的关键因素。针对这种情况，本文提出一种新型的燃料组织模式：种植皇竹草作为原料。通过对这种新型燃料组织模式的探讨，笔者希望能为以后的生物质电厂燃料系统的设计提供一种新思路。
一、传统的燃料组织模式
生物质电厂的燃料一般采用在农林业生产中产生的废弃物，如秸秆、锯末等。这些燃料具有密度小、热值低、分布范围广等特点，且具有季节性。一个容量为2×50MW的生物质电厂每年所需燃料量大约为60×104t，燃料收集半径大约为30～60km，根据各地资源分布情况不同而有所差异。
目前最常见的燃料组织模式大致分为以下几个步骤：a）从农户处收集燃料；b）在厂外收储站对收集到的燃料进行切碎、打包等再处理；c）将处理好的燃料运输至场内储料场储存。
而为了降低电厂的初始投资及管理难度，减少电厂的人员，并兼顾燃料供应安全性，降低风险，大多数电厂的燃料组织都是采用电厂自主组织完成和由当地的农户或经纪人组织完成相结合的方式，只是在各自完成的比例上有所差异。
二、燃料组织过程中的常见问题
（一）燃料收集困难
首先，农林业生产具有很强的季节性，在农林作物未收获的时段，将会产生燃料供应不足的问题。其次，生产过程中产生的废弃物的所有权分属千家万户，在收集过程中电厂要与收集半径内的多个农户个体或经纪人打交道，工作量非常大。再次，电厂作为需方，缺乏对供方的约束力，有时甚至还会出现农户单方面涨价或突然停止提供燃料的情况。最后，农户对燃料的收集主要是以人力为主，效率低下，导致其积极性不高。上述因素都会导致燃料收集困难。
（二）燃料运输成本高
我国农村地区实行土地承包责任制，少有机械化集中生产，人均耕地面积少，导致燃料分布零散，运输工作量大，成本高。无论是电厂挨家挨户去收取，还是由农户各自送货上门，运输成本最终都会反映到燃料成本上。即使设置厂外收储站，也只能使运输成本高的问题有所缓解，而无法得到根本改观。
（三）燃料质量难以保证
目前生物质电厂普遍采用炉排炉和循环流化床锅炉。锅炉对燃料含水率的设计值一般在20～30%。但农户均采用自然风干的办法对燃料进行处理，最终含水率一般在30%以上。有时由于风干时间不够长，含水率甚至会远超30%。同时，在燃料收集过程中，由于不可能做到每户每次都详细检测，农户往燃料中掺水掺石块的事情时有发生。
含水率过高会导致燃料在储存时易发酵、自燃，从而产生安全隐患，而且在进入炉膛燃烧时会增加锅炉排烟损失，使锅炉效率下降。往燃料中掺石块则可能会损坏解包机、给料机等上料设备。
（四）燃料供应的安全性难以保证
生物质燃料具有密度小、体积大的特点，因此储存设施占地大，储量却很少。而出于成本控制方面考虑，储存设施的容积也会受到一定的限制。
但是在燃料的组织过程中，存在诸多经常遇到且难以回避的困难。例如，燃料供应的季节性影响、燃料收购的价格上涨、电厂与农户之间产生纠纷、恶劣的气候因素影响等。当这些因素的影响超过厂内和厂外储存设施的缓冲承受能力时，电厂将不可避免地遭遇“无米下锅”的尴尬情景。
据笔者了解，国内的生物质电厂曾出现过多例因燃料供应紧张，燃料收购价格在短时内大幅上涨的事件，甚至还曾有电厂因为缺少燃料而被迫停机。
三、新型燃料组织模式
为了电厂长期安全稳定运行，避免出现以上问题，国内某生物质电厂工程正在尝试采用一种新型的燃料组织模式。该电厂主要采用在电厂周边50km范围内种植的皇竹草作为燃料，同时也可以收集该半径内的各类农林业废弃物作为燃料。
电厂规模为2×50MW机组，年利用小时按6000h计，年消耗燃料量折合成含水率10%的皇竹草约为48×104t。
（一）皇竹草的特性
皇竹草是我国从南美洲哥伦比亚引进的高产量优质牧草，其植株高大，根系发达，为多年生植物，主要繁殖方式为无性繁殖，适宜种值于各种类型的土壤，并具有很强的耐酸性和抗干旱能力。皇竹草性状介于荻苇与高粱之间，其外形和生长形态类似甘蔗，但中空，节间较脆嫩，属于软质秸秆。
皇竹草最适宜在热带和亚热带气候条件下生长，而且对气温条件的适应性较强，在靠近北方的地区也可以种植，但是温度较低会抑制其生长。在我国南方地区种植皇竹草生长周期短，收获期长，春季栽植后2～3个月即可收割，每年可收割4～6次，栽植一次可连续收割6～7年，每亩每年可产鲜草达25t。
皇竹草鲜草含水量为75%左右，除去水分，主要成分为纤维素、木质素和半纤维素，占固体物料总重量的80%以上。除此之外，还含有蛋白质、脂类、灰分、果胶、低分子的碳水化合物等。对含水率10%的皇竹草进行元素分析，结果表明，在同等含水率基础上，其热值低于树枝、锯末的热值，而与水稻、玉米秸秆等大多数生物质的热值相当。
（二）种植模式及规模
该电厂所在地区为经济欠发达的山区，有大量山坡地可用来种植皇竹草。项目公司计划利用山坡荒地共约15×104亩，由当地政府引导农户种植，项目公司负责技术支持和技术服务，并回购收获的皇竹草作为电厂的燃料。
依靠种植，这些荒地年产皇竹草鲜草最高可达375×104t，折合含水率10%的干草约为105×104t，作为电厂的主要燃料。同时在周边地区收集当地的农林废弃物，每年约26×104t，可作为补充，满足电厂需要。
（三）燃料组织模式
该电厂的燃料组织模式策划为：项目公司+政府+燃料公司+经纪人+农户。首先，项目公司和当地政府签订项目合作协议书，政府在政策上给予大力支持，对当地农户的种植予以科学引导。然后，由项目公司组建燃料公司，同时发动并培育一批当地的经纪人，并在每一个种植乡镇为电厂配套建设燃料收储站（约20个）。
农户种植皇竹草可以采用两种模式，一种是自己承包土地种植，将收获的产品卖给燃料公司；另一种则由经纪人承包土地，农户受其雇佣进行种植。
皇竹草收获后，就地进行晾晒，然后由农户自行送至电厂或厂外收储站，或者由燃料公司或经纪人上门收取。收集到燃料后，合格的直接入库储存，需要再处理的则经过切碎、脱水等处理之后再入库储存。
电厂设置20个厂外收储站和1个厂内储料场，共可满足2台机组65天的燃料量。
（四）优点及缺点
这种新型的燃料组织模式有自己独特的优点：a）农户或经纪人可以承包大面积的土地进行种植，燃料的分布变得比较集中，收集工作比较容易；b）燃料产地集中，使运输工作量和成本大大降低；c）电厂收购燃料需面对的对象较少，可以建立起规模较大的长期、稳定的合作关系，而且可以在收购时进行抽检，都有助于保证燃料的质量；d）皇竹草的种植有当地政府和项目公司组织和引导，有利于维持燃料市场的稳定、有序。皇竹草的生长受季节的影响要比其它农作物小得多，通过合理调配收割时间，燃料供应可以做到全年无间断。这些都是电厂燃料供应安全性的有力保障。
以上是新型燃料组织模式的优点，但任何事物都具有两面性，这种模式也有一些缺点：a）皇竹草的种植需要大面积的土地，同时农户的利益也需要担保，这些都需要政府部门的积极参与和大力支持，而且项目实施的初始阶段难度较大；b）该模式具有一定的地域性限制，较适合在南方地区进行。因为皇竹草虽然对气温条件的适应性较强，但是越靠近北方其产量越低，该模式的经济性越差；c）该模式尚未经过工程实际检验，拟采用该模式的生物质电厂尚处于可行性研究报告审查通过的阶段，在以后的项目实施阶段是否会遇到新的困难尚未可知。
四、结语
因为篇幅的关系，本文仅在技术层面对新型燃料组织模式和传统燃料组织模式进行对比分析，未再在经济性方面进行探讨。
本文提出的这种新型的生物质电厂燃料组织模式从技术上来说完全可行，而且可以明显改善甚至解决一些在传统的燃料组织过程中无法回避的难题。但是它也有自己不可忽视的缺点，希望能有后来者继续这个课题，找到能够改善的办法。
[参考文献]
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（一）考点解读
1.通过实验探究考查燃烧的条件
例1（兰州）某同学用下图所示装置探究可燃物燃烧的条件，得到以下实验事实：①不通空气时，冷水中的白磷不燃烧；②通空气时，冷水中的白磷不燃烧；③不通空气时，热水中的白磷不燃烧；④通空气时，热水中的白磷燃烧。能证明可燃物必须达到一定温度（着火点）才能燃烧的实验事实是（）
A.①②B.②④
C.①④D.③④
【解析】根据实验可知，①说明白磷既未达到着火点，又没与氧气接触；②说明白磷没达到着火点；③说明白磷未与氧气接触；④说明白磷既与氧气接触，且温度达到着火点而发生燃烧。因此能证明可燃物必须达到一定温度（着火点）才能燃烧的实验事实是②④。
【答案】B
2.通过生活实际考查灭火原理的应用
例2（福州）用嘴吹灭燃着的生日蜡烛，利用的主要灭火原理是（）
A.隔绝空气
B.降低可燃物的着火点
C.清除可燃物
D.使可燃物温度降到着火点以下
【解析】解题时要根据具体火灾情境，选择一个恰当的灭火原理及适宜的灭火方法。灭火所依据的原理有：（1）清除（或隔离）可燃物，（2）隔绝氧气（或空气），（3）使可燃物温度降到着火点以下。用嘴吹灭蜡烛，主要是利用空气流动使蜡烛的温度降低到着火点以下而熄灭。
【答案】D
3.通过生产生活实际考查安全自救常识
例3（广州）下列处理事故的方法中不正确的是（）
A.电器着火，迅速切断电源
B.室内起火，迅速打开所有门窗通风
C.厨房煤气管道漏气，迅速关闭阀门并开窗通风
D.洒在实验桌上的少量酒精着火，迅速用湿布盖灭
【解析】室内起火，如果迅速打开所有门窗，会使空气流通加快，火势会迅速蔓延，因此不可行，即B不正确。
【答案】B
（二）考点演练
1.家庭用煤经过从“煤球”到“蜂窝煤”的变化，其目的是（）
A.增大可燃物的热值
B.提高可燃物的着火点
C.提高空气中氧气的含量
D.增大可燃物与空气的接触面积
2.央视新闻报道称，河南某农民因焚烧秸秆导致火势蔓延，烧毁了相邻的20亩小麦。专家称，遇到这种情况可用农机具设置“防火隔离带”。“防火隔离带”起到的作用是（）
A.使燃烧物隔绝氧气
B.使燃烧物的温度降至着火点以下
C.使燃烧物与其他可燃物隔离
D.使燃烧物的着火点降低
3.阻燃剂氢氧化铝受热分解时吸收热量，同时生成耐高温的氧化铝和水蒸气，起到防火作用。下列关于该阻燃剂防火原因的叙述中错误的是（）
A.反应吸热，降低了可燃物的着火点
B.生成氧化铝覆盖在可燃物表面，隔绝空气
C.生成大量水蒸气，降低可燃物周围氧气浓度
D.反应能够降低温度，可燃物不易达到着火点
4.每个人都应懂得防火知识，学会如何自救。如果寝室内着火，在逃离火场时，可用湿棉被盖在身上，躬身出去或爬出去。请你根据灭火的原理说明湿棉被的作用：
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考点二化石燃料和热量
（一）考点解读
1.考查化学反应与热量的关系
例1（株洲）燃烧是人类最早利用的化学反应之一，下列叙述中正确的是（）
A.在化学反应中只有燃烧才能放出热量
B.物质与氧气发生的反应都是燃烧
C.煤、石油、天然气燃烧都放出大量的热，都是重要的燃料
D.只要达到燃烧所需的最低温度，可燃物就能燃烧
【解析】化学反应一般伴随着热量的变化，大多数化学反应的发生都放出热量，A不正确；物质与氧气发生的反应除燃烧外，还有缓慢氧化，B不正确；煤、石油、天然气燃烧都放出大量的热，都是重要的燃料，C正确；除了温度要达到外，还需要与氧气接触才能发生燃烧，D不正确。
【答案】C
2.考查化石燃料及应用
例2（大连）下列物质中，属于石油加工产品的是（）
A.焦炭B.柴油
C.煤焦油D.天然气
【解析】石油经过分馏可以制得柴油、汽油等产品，因此B正确。
【答案】B
3.考查化石燃料燃烧对环境造成的影响
例3（肇庆）观察下图，化石燃料在燃烧过程中会产生各种废气，其中形成酸雨的主要气体是（）
A.SO2、NO2B.CO2、CO
C.SO2、CO2D.NO2、CO
【解析】本题重点考查形成酸雨的气体。根据所给图示，可知形成酸雨的气体主要是SO2、NO2。
【答案】A
（二）考点演练
1.下列不属于化石燃料的是（）
A.煤B.石油
C.天然气D.二氧化碳
2.下列能源中，属于可再生能源的是（）
A.天然气B.太阳能
C.石油D.煤
3.造成酸雨的元凶是（）
A.大量使用乙醇汽油作燃料
B.化石燃料燃烧产生的气体任意排放
C.大量使用煤作燃料
D.大量植树造林
4.煤、石油、天然气是重要的化石燃料，下列关于化石燃料的叙述错误的是（）
A.石油是一种化工产品
B.将石油分馏可得到多种产品
C.将煤隔绝空气加热可制得焦炭
D.煤、石油、天然气是不可再生能源
5.下列化学反应过程中，需要吸收热量的是（）
A.绿色植物的光合作用
B.蜡烛燃烧
关键词：锅炉;生物质颗粒
引言
生物质锅炉是锅炉的一个种类，就是以生物质能源做为燃料的锅炉叫生物质锅炉，分为生物质蒸汽锅炉、生物质热水锅炉、生物质热风炉、生物质导热油炉、立式生物质锅炉、卧式生物质锅炉等。锅炉采用最适合生物质燃料燃烧的燃烧设备----往复炉排。锅炉在结构设计上，相对传统锅炉炉膛空间较大，同时布置非常合理的二次风，有利于生物质燃料燃烧时瞬间析出的大量挥发分充分燃烧。
采用高效保温材料，锅炉表面温度低，散热损失可以忽略不计。严格按中国国家规范和标准生产，所有受压部件均采用优质锅炉钢材。每台锅炉出厂前都要经过严格的检验和测试，包括水压试验、X射线检测和能效测试。设置有人孔、检查门、观火孔等，维护保养十分方便。生物质锅炉的最大特点是：节能、环保且燃料成本低。
1.生物质颗粒锅炉燃烧试验
1.1生物质锅炉
试验中采用的生物质颗粒燃烧器，炉膛面积为1.05m×0.65m，其长宽比为1.6∶1，该锅炉在炉膛上下方各有一组风机，见图1。
图1生物质颗粒锅炉纵向剖面
1.2数值计算模型
由于模型结构比较简单，在几何结构和流场特点简单的区域，使用结构化体网格，而在燃烧很集中的区域，对网格进行生物质颗粒直燃预燃室采用上给料下送风（定义为一次风）布置方式，进料和主配风位于预燃室的一侧，进料斜向插入预燃室，依靠重力和流化风助流进料。配风点包含为自炉排底部进入的风量;流化物料的流化风;预燃室出口烟道冷却周界风;炉侧壁观察孔保护风，出口高温烟气则位于另外一侧。预燃室内壁有保温装置，材料为粘土，厚度为200mm。
图2数值模拟生物质锅炉结构
由于模型结构比较简单，在几何结构和流场特点简单的区域，使用结构化体网格，而在燃烧很集中的区域，对网格进行了部分的密化，应用了分区划分的思想，这也是精简计算的重要手段。
采用三维稳态的形式来建立数值模拟，并用QUICK格式进行方程的离散，而流场计算采用SIMPLEC算法，它可以增加收敛性，也是目前使用较多的算法，而边界条件直接由速度入口和压力出口可知。其元素分析与工业分析见表1
表1生物质颗粒的元素分析与工业分析
1.3生物质锅炉燃烧生物质颗粒试验分析
对生物质锅炉进行了燃烧试验，从试验可知：在100%工况下该锅炉烟道出口处CO2和O2的分别只有302.53mL/m3和23.5mL/m3，而CO为8437mL/m3。
1.4生物质燃烧锅炉炉内流场分析
在烟道口出口处的速度达到最高，流速高达70m/s，在炉排处的速度由于受到炉排的阻挡，流速在10m/s以下。分析原因，一次风射流进入炉膛后，与从进料口处出来的二次风相互作用，使得在烟气出口处的一次风速度进一步提升。
根据实验测得，在100%工况下，一次风所占总风量比例在85%以上。数值模拟结果，在炉膛下方贴炉壁处的速度较大，并且一直延伸到烟气出口处的速度也很大。进料口同时也可看做是二次风喷口，生物质颗粒从进料口斜向下高速射出后，有从烟气出的趋势，并且靠近壁面的速度较小，二次风中心速度较大。与一次风相互作用后，射流速度还会继续增大。
图3俯视流场分布
1.5生物质锅炉炉内温度场分析
从图4可见，炉膛上方燃烧强烈，温度较高，从上向下，温度迅速减小，所以最上方的横截面在燃烧的主要区域内，并且发现最高温度并不是在中心处，而是围绕中心的一个边界。由于烟气出口靠近主燃烧区域，使得高速运行的一部分燃料在还未完全燃烧的情况下，就沿着烟气出出。
受一次风射流过大的影响，燃烧区域过于靠上，且在其中心处周围的某边界线上温度达到最高，达2000K左右，靠近烟气出口处温度为1500K左右，与试验测得的烟气出口附近温度1555K非常接近。这也验证了数值模拟结果的正确性。
图4俯视温度分布（单位：K）
竖直截面正面温度分布见图5，从图中可见，上炉膛为燃烧的主要区域，并且燃烧的充满度不好，主燃区域只占炉膛部分的三分之一。在烟气出口处的温度较高，主要是受一次风的影响，导致从二次风射出的气流和颗粒无法再向下运动，而在上炉膛部分发生了回流。同时，使得燃烧区域靠近烟气口，使得烟气出口处温度过高。
图5竖直截面温度分布（单位：K）图6侧面截面温度分布（单位：K）
锅炉的侧面截面温度分布见图6，从图中可以看出在上炉膛的涡流部分为主要燃烧区域，这主要是由于从进料入的二次风向下运行遇到高温烟气，烟气把温度传导给了生物质颗粒，使得它达到着火点，生物质颗粒燃烧。
1.6生物质锅炉燃烧分析
根据数值模拟结果，在进料口处的颗粒停留时间较长，这也与燃烧的主要发生区域相一致，而越往下颗粒的停留时间越短。颗粒在刚进入炉膛后很快就发生热解，析出挥发分;而在炉膛中部及下方的停留时间较短，迅速到达锅炉底部。这与一次风的大小与位置有关，如果一次风越往下，风量越小，火焰的下冲深度就越大，颗粒的停留时间就越长，这样更有利于内部燃烧的稳定。
2.结语
在炉膛内，炉内温度场略呈菱形，并在出料口下方存在一定的倾斜，在一次风和二次风的作用下，两相流沿烟气出口处射出，使得烟气出口处温度较高，容易结焦，而在炉膛内部的火焰充满度不高，燃烧区域靠上，炉膛上部容易烧坏。
在烟气出口附近，由于靠近主燃烧区域，温度较高，特别是靠近出口上方，温度比炉膛内的部分区域还要高，此时温度达到1555K，数值模拟结果为1500K，与试验测得的最高温度较吻合。
生物质颗粒运行速度迅速衰减的时间只有毫秒的数量级，最终速度与炉内主气流基本一致;在进料口截面上，靠近后墙附近，颗粒运行速度较慢，停留时间是下炉膛部分的一倍。此处的挥发分析出的速度也较快;同时此处也是高温区域，由此表明颗粒停留时间与温度有很大的关系。
参考文献：
[1]孙志华，刘红，郭亮，邢立云.锅炉燃烧调整及优化运行[J].民营科技，2011（08）.
[关键词]生物质能源使用现状参考数据燃烧
[中图分类号]U676.3[文献码]B[文章编号]1000-405X（2013）-6-187-1
1生物质资源概述
1.1生物质燃料的概念
生物质的原料主要为玉米等农作物的秸秆、稻草、稻壳、木屑、芦苇、蒿草、树枝、树叶等生物质废弃物。这些农林剩余物经粉碎、混合、挤压、烘干等工艺，最后制成颗粒状燃料，可直接作为生物质燃料熄灭，具有熄灭时间长、炉膛温度高、经济实惠等特性，因而能够作为煤炭、自然气、电、油等能源的补充以至是替代能源。
1.2我国能源使用现状
如今我国大力倡导能源的利用效率，以高新技术开发低污染、可再生的新能源，逐步取代石油，煤，天然气等不可再生能源，是解决能源危机和环境问题的重要途径。在我国冬季采暖常用的方式就是应用煤炭、燃油供暖。耗能高、污染大，是这些供暖方式是有很大的弊端的。一到冬季，矿物质燃料在供暖中的大量运用，严重地污染着我们身边的空气环境。国内能源专家普遍以为：生物质燃料是很好的清洁性可再生能源，在环保形势日益严峻的今天，应该依据实践，以生物质燃料取代煤、油燃料。
据调查，采用生物质燃料的取暖锅炉，1小时耗费生物质颗粒约8kg，依照冬季取暖时节5个月计算，共需求耗费生物质颗粒约124吨，以每吨650元计，需求消费近9000元，相比过去燃煤的破费，每个冬季可俭省1612元，并且无污染，有利于维护环境。此外，当前采用电、油、燃气的供暖及供气企业，由于各类清洁燃料价钱的上涨，迫切需求清洁、经济的替代燃料。因而物质燃料锅炉的推行具有重要意义。
2锅炉生物质能技改项目概况
2.1锅炉工况的分析
减少和防止锅炉四管漏泄要从备件的运行操作和检修工艺等最基本方面人手，坚持预防为主，质量第一的方针。组织由锅炉检修、锅炉运行、热工、电气、化学、金属和热力试验人员组成的攻关小组，做好基础工作，分析原因，提出合理的措施，开展长期、经常性的防止受热面漏泄的工作。进行了较为全面的工业性试验。根据锅炉生物质料层的高度和布置要求，对燃煤锅炉的前墙水冷壁管进行重新设计制作，增加前锅炉的排表面的距离，增大其空间，对生物质粉料喷口和二次风，增加链条炉排长度并在炉前新设片状生物质小料斗，根据热力计算工况增大省煤器受热面，以适应生物质燃料燃烧特性。
2.2炉内壁温
锅炉内壁温随负荷的变化。从炉内壁温曲线上可以看出，炉内壁温随着负荷的增加而增加，同时总体壁温水平偏高。处于水平烟道右侧和入口在三通涡流区中的管壁温水平最高。这是热偏差与水利偏差相叠加的结果，实际运行证明了这一点，该管在管材提高档次前常发生爆管。炉内壁温测点采用金属喷涂法安装热电偶，测量值是正误差，曾做过标定，试验值偏高10℃-15℃。热偏差在通过调节炉膛火焰中心位置以达到调节再热气汽温的目的。燃烧器下摆，炉膛出口烟温下降，各级受热面的壁温也随着下降，对改善对流受热面的运行条件，作用是非常明显的。调整好喷嘴角度，由于喷嘴角度检修不当，使火焰冲刷水冷壁及炉墙而结焦。应根据结焦规律和炉膛结构调整喷嘴方位，一般是将火焰尽可能调向炉膛中心中心切圆附近以减少结焦。在此使用优质生物质在锅炉内燃烧，在稳定燃烧区域比较集聚。生物质燃烧得很干净，不留过多灰烬。同时在大量增加燃烧量的情况下，加大鼓引风至最大保证其压力平衡，可以降低其燃烧热度。并且能源节省也很明显。
2.3锅炉燃烧生物质与煤的燃料特性对比及燃烧特点
生物质中硫的含量极低，基本上无硫化物的排放。所以，利用生物质作为替代能源，对改善环境，减少大气中的CO2含量，在“温室效应”都有极大的好处。因此，将生物质作为化石燃料的替代能源，便能向社会提供一种各方面都可被接受的可再生能源。下面表2典形生物质成型燃料和煤的工业分析及元素分析
分析表2生物质成型燃料的特点：
（1）灰分少，燃烧得充分，残余量极少，利于减少锅炉排热损失。
（2）相比与煤炭生物质含量很高，一般超过50%，它的含氧量也多于煤炭，容易燃烧火势旺。然而，碳的含氧量较低，因此它的发热值较相对低，要想达到锅炉的热力，必须加大燃料供给量，同时还要满足完全燃烧的条件。
（3）生物质的硫的含量极低，对环境的保护的相当有益的，污染空气指数小。
从矿物能源资源有限和因大量使用会造成环境状态恶化的战略观点出发，结合我国拥有丰富生物质资源的现实，逐步发展工业锅炉生物质的燃烧技术，对节约常规能源、优化我国能源结构，将有积极意义。
常规热电联产业配备的燃煤锅炉进行改燃生物质的改造，取得了成功，为我国家节能减排工作作出了贡献。对新能源的开发利用做好榜样，起到了较好的实践示范作用。同时为各企业今后的发展开启先导。
3结语
在发展中国家中，好的锅炉能提高效率减少燃料垃圾的收集的排放，使得生活环境得到提升，新的先进技术替代陈旧的工业市场中的燃烧技术。在生物能源项目和市场规模不断扩大。在各类市场应用大规模的转换装置的趋势将会持续。增加燃料适应性，降低风险，使得费用最小化，并通过将燃煤锅炉改造为生物质能锅炉其节能减排的功效较为明显，同时也将生物质能利用效率大大提高。采用规模经济对生物质能整体来说非常重要。能源系统的发展是个整体，生物质的使用将日渐成为人们生产运输燃料或生物材料的重要工具。
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。
PHIModel3507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。
3．4．2XPS能谱分析
用PHIModel3507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MgKa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.
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