时间：2023-01-28 04:59:19
石油安全驱动了生物液体燃料产业
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。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％。
2004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。
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；生物质能源利用导致的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），则可绿化约3000万公顷荒山荒地，减排约3.1亿吨CO2。
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产业链将：
——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、带动农村经济发展将：
——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，主要是农村劳动力将：
——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：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。
中国生物液体燃料的潜力
土地资源是生物燃油的矿床：
——有土地就有了生物燃油的原料地
——不能与农作物争土地
——应培育与开发粮、能兼收的能源作物，既产粮，又产油，实现土地的高效利用
生物燃油土地资源开发潜力：1.8亿公顷
1）农业用地
现有耕地1.3亿公顷，其中可粮能兼收的耕地0.043亿公顷
现有宜农荒地1亿公顷
扣除后备耕地0.0947亿公顷后，可作生物燃油的荒地0.26亿公顷
盐碱地0.1亿公顷
田坎地0.1亿公顷
沼泽地0.04亿公顷
可用于生物燃油的农业土地资源潜力0.54亿公顷
2）林业用地
林地面积2.63亿公顷
其中：有林地1.26亿公顷
无林地0.57亿公顷
宜林荒地0.54亿公顷
退耕还林地0.15亿公顷
可用于生物燃油的林地资源潜力1.26亿公顷
可用于生物燃油的土地资源潜力1.8亿公顷
土地资源分布
宜农荒地：主要在新疆、内蒙等2000万公顷
盐碱地：青海、新疆各自超过400万公顷
沼泽地：黑龙江、内蒙等大于200万公顷
田坎地：甘肃、四川、重庆等
宜林荒地：东北三省、内蒙、、西南
西北：新疆、甘肃、陕西
西南：云南、四川、贵州
大规模集约化种植和开发地区：新疆、内蒙、青海、黑龙江等
分散式种植和开发地区：东北、西南、西北等
中国生物液体燃料发展战略讨论
“以国家先期投入为主导，以企业、科研机构为主力”的技术研发战略
技术的成熟性和经济性对新兴的可再生能源产业来说是至关重要的，不少国家在可再生能源技术研发方面都有丰富的经验，特别是美国。美国可再生能源技术发展的核心战略是一贯的、明确的：以国家先期投入为引导，吸引产业界参与研制和开发长期（20年乃至50年后）可以发挥重大作用的关键技术，加速其商业化并形成相应的装备制造体系。
为确保生物质能研发及推广工作的开展，美国能源部计划在4年内投入500万美元研究经费，吸引相关单位对其拟定的项目进行申请。目前在美国已掀起新一轮的生物质能研发利用高潮，有大量的机构参与到该项目中。
中国借鉴美国经验、强化国家先期投入的引导作用是十分重要的（特别是考虑到中国政府对能源部门、农业部门的高度控制）：关键技术的发展可以得到足够的资金；各种相互支持或相互竞争的技术可以在一个系统性的框架中得到公平的筛选和发展。
“以政策扶植为必要辅助，以市场机制为根本基础”的产业发展战略
能源农林业和生物燃油加工业是有显著的能源、社会、环境效益的产业，应当得到一定的政策支持，比如税收优惠、贴息贷款等。这对于起步中的新兴产业尤为重要。中国已出台《可再生能源法》，但和之前的《大气污染防止法》、《节约能源法》、《清洁生产促进法》等相关法律一样，在对生物质能等可再生、清洁能源的支持上基本上都属于原则性而非操作性的法律；尚待具体、明确的规章出台。此外，中国常规燃油行业尚存在相当程度的垄断，制约了生物质液体燃料产业尽快进入市场。这类问题的解决也有赖于国家政策。
美国的生物柴油产业之所以落后于欧盟，主要原因就在于它相关激励政策的滞后。2004年底，美国总统布什签署的联邦公司税收法案中包含了对生物柴油的优惠政策，生物柴油的预期产量随之大增。
从长远来看，市场竞争机制是成本下降、竞争力提升的根本保证。
“少占、不占粮食耕地，充分利用林地、荒地”的土地利用战略
虽然中国耕地生产力还有较大提高空间，但大规模的能源农林业还是更依赖于中国面积巨大的无林地（属于林业用地）和宜林荒山荒地。
把林业生产和能源供给结合起来的思路对带动林业发展和增加燃油供给有着重要意义。值得一提的是，印度在发展能源林业上显示了巨大的决心。印度总理称：“如果我们能启动从植物中生产生物柴油的麻疯果计划，那么就可能为3600万人提供就业，3300万公顷贫瘠干旱的土地就可以开垦成油田。”
目前，中国国家林业局已经开始重视能源林业的发展可能，并组织了能源林业相关的一些基础调研工作。
发展建议
开展深入的资源潜力研究
作为未来生物燃油加工业的主要原料供给者的能源农业、能源林业，其潜力和意义仍未得到充分重视，目前在这方面的数据极为缺乏，建议国家有关部门部尽快开展如下工作：
开展土地可利用性的调研工作，包括可利用的土地资源的种类、面积和分布；
各类可能的能源植物的适宜性，及可能的发展潜力和分布；
将能源农业、能源林业纳入农业、林业发展战略研究的范畴，制定切实的发展战略和规划，加强技术研发；
高产、高含油且环境适应性强的能源植物（作物）新品种的选育；
能源作物收获、储存、运输等相关技术和设备，高效加工转换工艺和设备的研发；
产品生产、质量和使用的标准化研究；
作为后备生物燃油技术的BTL技术的研究等
扩大产业示范
中国初步实现了以粮食为原料燃料乙醇的规模化生产，从发展的观点看，为来生物燃油必须以非粮食的农业和林业作物为主要原料，因此，必须加快扩大产业示范，建设各种原料的从能源植物种植到生产液体燃料的完整产业链的示范工程，为规模化生产奠定基础。
扩大政策扶持范围
能源农林业和生物燃油加工业是有显著的社会和环境效益的产业，应当得到一定的政策支持。近年来，为推动生物燃油产业发展，出台了针对生物乙醇的补贴政策（对生物柴油还没有经济激励政策出台），但它属于随项目而定，缺乏连续性，还没有一套由国家主管部门出台的系统性的激励政策体系。
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：燃料；燃烧；教学内容；设计
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）40-0113-02
在当今全球节能减排要求日益严格的背景下，国内外燃料、燃烧理论及燃烧应用技术发展很快，“燃料与燃烧”作为我校本科热能与动力工程专业方向的骨干基础课，其教学效果对学生后续专业课学习和未来工作均有重要影响。
“燃料与燃烧”课程教学内容涉及众多专业，知识结构比较繁杂。基于我校培养适应社会发展的高素质、创新型人才的目标，在制定新版教学大纲时，广泛征集了用人单位、兄弟院校、教师和校友的意见，重新优化设计了“燃料与燃烧”课程的教学内容，考虑到燃烧理论是所有热机的基础，增加了燃烧基本理论方面的内容，尤其是与内燃机、燃气轮机和锅炉相关的理论。
一、“燃料与燃烧”课程教学内容
1.燃料。本模块主要包含：固体燃料、液体燃料、气体燃料的来源、种类、组成；燃料性质、物性参数的定义和表示方法等教学内容。
2.燃烧过程的物质平衡与热平衡。本模块主要包含：燃料的热值、过量空气系数、当量比；完全燃烧所需的空气量及燃烧产物组分的计算、不完全燃烧产生的烟气量、不完全燃烧方程式；完全燃烧与不完全燃烧时燃烧温度、实际燃烧温度、提高理论燃烧温度的途径等教学内容。
3.化学反应动力学。本模块主要包含：化学反应速度、基元反应、质量作用定律、反应分子数与反应级数、反应级数的确定方法；化学反应速率及其影响因素、各种级的单步化学反应、串联反应、竞争性反应、逆反应、链锁反应、链分枝爆炸、爆炸极限等教学内容。
4.燃烧系统守恒方程。本模块主要包括：分子传输方程；基本守恒方程；流动边界与热边界层等教学内容。
5.着火和燃烧界限。本模块主要包含：燃烧现象的分类；着火爆炸与熄火现象为化学动力学控制的燃烧问题；自燃与引燃、引燃成功条件，各种参数对着火的影响；热球点火与火花点火问题；燃烧界限的影响因素；等等教学内容。
6.预混气的燃烧。本模块主要包括：爆震波和缓燃波、雨果尼奥曲线及性质、雨果尼奥曲线上熵的变化、爆震波后已燃气的速度与当地声速的比较、爆震波的结构等教学内容。
7.层流预混火焰。本模块教学内容包括：热理论、化学和物理参数对火焰传播速度的影响、火焰传播速度的测量方法、火焰在层流气流中驻定的原理、火焰淬熄等教学内容。
8.层流扩散燃烧。本模块教学内容包括：层流扩散火焰的伯克和舒曼理论、燃料射流的唯象分析和层流扩散火焰射流等教学内容。
9.气体湍流燃烧。本模块教学内容包括：湍流火焰的唯象方法、湍流模型、非预混反应物的化学反应湍流和预混反应物的化学反应湍流等教学内容。
10.液体燃料的扩散燃烧。本模块主要包含：斯蒂芬流、单油滴的蒸发及质量燃烧速度、液滴寿命的计算；气流中的燃料液滴；在静止介质中液滴的超临界燃烧、内部回流对液滴蒸发速率的影响；火焰的位置、燃料蒸汽、氧气、产物及温度的分布、喷雾燃烧的概念；喷雾贯穿距离、喷雾角和颗粒平均直径；等等教学内容。
11.固体燃料的燃烧。本模块主要包括：固体燃料的燃烧过程、固体碳粒的燃烧、碳粒燃烧的化学反应、扩散与动力控制的碳粒表面燃烧等教学内容。
12.燃烧污染与防治。本模块主要包括：NOx的生成与防治、SOx的生成与防治、烟尘的生成与防治等教学内容。
13.船舶动力装置的燃烧。本模块主要包括：船舶柴油机的燃烧技术、燃气轮机的燃烧技术和船舶锅炉的燃烧技术。
二、“燃料与燃烧”教学设计
“燃料与燃烧”课程教学目的是使学生掌握燃料特性和燃烧基本理论，具备利用理论知识分析和研究燃烧现象和燃烧装置的能力。教学过程中应注意以下几点。
1.夯实基础知识。“燃料与燃烧”是研究燃烧规律的一门课程，它以高等数学、大学物理、大学化学和其他基础课的知识基础为支撑，课程中有很多非常基础的知识点，后续燃烧理论、燃烧模型都是在其基础上发展起来的。在课堂教学中应特别注意这些知识点，要讲全讲透，才有可能有良好的教学效果。
2.注重知识综合运用。“燃料与燃烧”课程是热能与动力工程专业的基础课程，教学内容直接应用到后续各专业方向的骨干课程中，如“内燃机原理”、“燃机原理”、“锅炉原理”和“内燃机排放与污染控制”等一系列课程。在课程教学中，应突出“燃料与燃烧”课程的特色内容，同时兼顾相关课程和相应的交叉课程，提高学生综合运用知识的能力。
3.增强教学体系结构的系统性。注重与前续基础课程、后续专业课程间的衔接，但又要避免课程内容的交叉重复。根据教学目的和检测要求，不断优化热能与动力工程专业方向的课程体系教学内容结构，增强课程体系的系统性和完整性。
三、“燃料与燃烧”课程教学的重点、难点及相应解决措施
关键词：火反应 建筑材料 应用特征 级别
中图分类号：TU767 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0055-01
燃烧性能是建筑材料本身对火反应的能力，燃烧性能的分级则是根据其对火反应能力的特增参数的大小进行排列，并且划分等级。材料燃烧性能分级体系是材料火反应能力的体系。建筑材料的燃烧性能在一定意义上，直接影响着建筑材料的正常使用。就目前发展来看，各个国家都有自己的燃烧性能分级体系，将建筑材料的火反应燃烧等级进行分级，由于缺乏统一的指标，各个国家的分级程度不同。火灾理论在我国的发展起步较晚，因此在理论建设上还存在明显不足。
1 建筑材料概述
建筑材料是材料构造和形式的高度统一，在建筑物中使用的材料称之为建筑材料，随着建筑业的发展和建筑工艺的提高，各种新型的建筑材料得到了非常广泛的应用，包括了保温材料、隔热材料、高强度材料等新型材料，这些材料在当前的建筑中得到了很好的应用。建筑材料可以分为结构材料、装饰材料以及其他专用材料。随着我国经济的发展，环保理念日渐深入人心，建筑材料的选择上也开始去选择绿色环保的材料。生态建筑材料主要来自于生态环境材料，生态环境材料的首要特征是节约资源和能源，其次是能够减少建筑材料的环境污染，避免对环境造成破坏，最后是生态建筑材料能够方便回收和循环利用。
建筑材料的火反应是和建筑材料的特征和建材性质直接相关的，随着建筑物的建设发展，各种新型材料日渐出现，对建筑材料的燃烧值的研究也显得愈发重要，只有对建筑物的燃烧值做了具体的检测之后，才能清楚建筑物的热力反应，为更好地利用建筑材料，防止建筑火灾提供可能，加强建筑物和建筑材料使用过程中的安全性和稳定性。不同额建筑材料在火反应基础上具有不同的燃烧特性，笔者将在下文中针对不同的建筑特征和火反应的基本概念分析基于火反应谈建筑材料应用特征及其级别。
2 火反应概述
2.1 火反应试验
各个国家的火反应试验方法不同，以试验对象分类可以分为材料的燃烧性能和建筑制品的燃烧性能。以材料为对象的火反应试验，主要是以测定材料的物理和化学燃烧性能为主。比如材料的温度、自燃点、燃烧时间等。对建筑品的燃烧性能主要是指使用安全上为目标，检测订制品德燃烧特性。建筑材料一般分为非燃烧性材料和燃烧性材料。针对非燃烧性材料的测试标准各个国家不尽相同，因此，对非燃烧性材料的划分和等级确认都是不相同的。从检测的研究上来看，对建筑材料的分级和划分，是采用以量热学耗氧原理为基础的测验方法。
燃烧热也称为热值，是指单位质量的材料完全燃烧后释放出来的总热量，严格的说也是标准条件下，燃烧材料的热反应是对建筑材料的氧化反应。首先从热力学第一定律来看，物质在燃烧过程中的能量变化是功和热两种形式。热效应是发生火灾的重要来源，研究燃烧的热学性质是对建筑材料的热反应研究的重要内容。采用热化学反应方程计算燃烧热的方法只是对单质或者纯化合物，而从建筑材料的使用来看，纯物质的应用范围是很小的。建筑材料的各种成分是非常复杂的，因此不可能写出非常明确的化学分子。因此，在实际应用中，大多数建筑材料和实际应用中的多数材料的燃烧值都需要试验确定，就当前的检测技术来看，最佳的测定方法是氧弹量热计方法。
2.2 火反应荷载密度
火反应荷载密度是指在火灾环境下，火灾空间内的可燃物燃烧时产生的总热量。火灾的荷载密度是指火灾空间内的所有可燃建筑材料完全燃烧之后产生的总热量，即单位面积上的可燃材料的总发热量。火反应的荷载可以分为固定火灾负荷，活动火灾负荷、临时火灾负荷。固定火灾负荷即是指在房间内装修用、基本固定不变位置的可燃材料，比如房间内的墙面、地面等；活动火灾负荷是指房间内正常使用的另外的布置，比如衣物、家具等；临时火灾负荷是指由建筑的使用者临时带来并且在此停留的极短时间的燃烧状态。
3 建筑材料燃烧的毒气效应
对火反应的燃烧毒性的研究，是对有机建材在燃烧或者热分解情况下产生的烟尘和气体的成分进行定量和定性的了解，对建筑材料研究的主要目标是确定毒性，还有一个目标是设计分级。建筑材料气体的产生，在燃烧过程中主要分为热分解阶段和燃烧阶段。释放的气体所含的成分主要是为C、H、O、N、S等，这些化学原色通过组合产生了CO、CO2、SO2、NH3等气体，在燃烧的过程中还有可能会有乙醛等高分子单体物质，随着这些气体成分的出现还会出现产生大量烟尘以及水蒸气等。然而空气中的O2的变化会直接导致CO、CO2的生成。火反应过程中所产生的毒气会对人体产生危害，其危害主要表现在毒气的吸入，这种效应是随着建筑材料本身的特性、人体在火灾中暴露的时间，火灾产生的毒气浓度，毒气效应会让人的嗅觉和呼吸系统受到刺激，丧失行动能力，模糊视线，损伤肺组织和抑制呼吸而死亡。因此火灾情况下，会容易使人的意识模糊，行为错乱，实际建筑材料在燃烧过程中产生的毒气效应是综合性的，体现出对人体的不同作用强度。
4 建筑材料的防火评级
通常情况下，材料的净燃烧热和燃烧所需要的氧气是成比例的，换言之，每消耗1kg的氧约释放13.1×103kJ的热量。对于大多数的建筑可燃物来说，这个数量的变化时在5%左右的范围内。平均来讲，不同材料所释放的热量速大致在900s的试验周期以内，并且释放热量的速率逐渐朝平稳靠近。热释放速率最大值和总放热量可以作为表示建筑材料在规定时间内对火反应特征的基本参数。不同类型的建筑材料在燃烧过程中所释放出来的热量是存在较大差异的，在相同的外部条件下，热量释放的速率和时间之间关系主要体现在峰值的大小的差异上。
综上所述，基于火反应谈建筑材料应用特征及其级别，针对不同的建筑材料是具有不同的的燃烧性能的，提高对建筑材料火反应的研究，有利于增强建筑材料的稳定性和安全性。
参考文献
[1] 李引擎，陈景辉，季广其.建筑材料对火反应特性及分级体系[J].消防科学与技术，2001（5）.
[2] 卢国建.建筑室内火灾轰燃的预测及控制方法研究[D].重庆大学，2005.
[3] 杨晓菡.建筑室内木材火灾特性参数规律性研究[D].重庆大学，2006.
[4] 季经纬，杨立中，范维澄.外部热辐射对材料燃烧性能影响的实验研究[J].燃烧科学与技术，2003（2）.
关键词：生物质燃料；特性；炉具设计
中图分类号：TK6文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（c）-0000-00
随着化石能源的不断开采，化石能源已经接近枯竭的状态，另外，化石能源的价格高并且对环境的污染较为严重，因此，可再生能源的开发与利用就显得非常迫切，生物质能源作为可再生能源的重要组成部分，受到了各界人士的关注[1]。我们所说的生物质燃料主要是指农作物秸秆，它通过直燃式生物质炉具进行采暖。这种新兴的采暖方式极大地提高了人们的生活质量，推动了我国经济的发展。我国的生物质能源非常丰富，对我国社会和经济的发展提供了保障.下面具体的介绍一下生物质燃料特性与炉具设计。
1生物质燃料
生物质炉在设计的过程中受到了燃料燃烧特性的极大影响。
生物质燃料燃烧的过程是一个放热的化学反应过程，除了要具备燃料这一要素之外，还需要有充足的热量传递以及相应的空气，通过燃料和空气之间的热量、质的传送，达到燃烧的目的。在燃料燃烧的过程中会使周围的温度升高，加快传质，进而加速了热量的产生。
生物质燃料的燃烧过程有预热、干燥、挥发、分解析和焦炭的燃烧几个阶段。生物质燃料被引燃后，其表面温度会随着燃烧慢慢升高，燃料中的水分也慢慢的蒸发掉，进而使燃料变得更加干燥，变干燥的燃料再继续的进行吸热、温度持续升高，达到一定程度，燃料会发生分解的现象，析出的挥发物气体在空气混合后形成新的混合物，这一种混合物含有一定的氧气和挥发物的成份，在一定的温度和浓度的条件下，挥发物着火燃烧，进而为之后的焦炭燃烧提前做好准备[2]。燃料表面燃烧释放热量，不断积聚升温，并通过传导和辐射的方式，热量扩散至燃料的内层，内层挥发物由此析出，并与氧混合燃烧，进而放出了充足的热量。这个时候，挥发物会将燃料中的焦炭包围起来，由于炉膛中的氧很难与焦炭进行接触，所以，焦炭在这个时候不易燃烧，只有等到挥发物的成份慢慢减少，氧气可以和焦炭接触时，焦炭才可以燃烧。在焦炭慢慢燃烧的过程中，燃烧产生的灰分会再次包裹燃烧剩余的焦炭，进而影响着焦炭的燃烧，这时需要对其进行搅动或者对生物质炉进行通风，以使剩余的焦炭更好的燃烧，灰渣中会产生余碳。
2对直燃式生物质炊事采暖炉的设计
民用的生物质采暖炊事炉由料仓、烟囱、挡火板、水套、烟道、二次进风口、风门、出灰口以及炉膛燃料组成。
2.1 二次进风口的设计
生物质燃料中含有的氢和挥发份的含量都比煤炭中的含量要多，其中的碳和氢相结合，形成碳氢化合物，这种碳氢化合物的分子比较低，在温度达到250度时就可以进行热分解，在325度时热分解就相当的活跃，达到350度时，挥发份就能析出将近80%，挥发份的析出燃烧时间不长，只占了总燃烧时间的10%[3]。所以，如果对其的空气供应不足就会使挥发物无法燃烧殆尽，通常出现的黑色或者是农黄色的烟就是这样形成的，因此，在对生物质炉进行设计的时候，要充分考虑对挥发份空气的供给，在炉膛口的周围以及炉口壁的部分设计二次进风口，确保空气的充足，帮助挥发份的燃烧。
2.2 延长烟道燃烧回程的办法
对生物质炉的烟道进行设计时，要尽量延长烟道的燃烧回程，这主要是因为挥发份析出量过大但是燃烧时间却很短的缘故，将烟道的燃烧回程延长，能够最大限度的给挥发份的燃烧提供更多的时间和空间，进而使生物质燃料得到充分的利用。目前运用的最多的延长烟道燃烧回程的办法是对燃料进行反烧。
2.3 一次进风口的设计
生物质燃料相较于煤炭来说，更容易被引燃，因此在生物质燃料燃烧时可以适当的减少空气量的供给[4]。另一方面，当挥发份被慢慢的析出并且燃烧殆尽后，会产生焦炭，这种焦炭是一种较为疏松的状态存在的，经由气流运动部分的炭粒被送入到烟道中，并在烟道中蓄积成黑絮，这个时候如果通风太过会妨碍燃料的燃烧，所以，在对生物质炉具进行设计时，要将一次进风口设计小点。
2.4 水套的设计
在对烟道的水套进行设计时，应该尽量设计大面积的水套，这是因为挥发份在燃烧时会造成烟道内部的温度升高，因此，大面积的水套会使生物质炉的取暖效果更好。
2.5 生物质成型燃料的使用
由于生物质中的碳含量较低，密度不高以及质地松软的特性，所以生物质很容易燃烧，在燃烧的过程中要定时的向炉内填料，而致密成型设备在燃烧过程的应用，会把结构松散的生物质进行压缩，不仅可以解决生物质燃烧过程中需要不断填料的问题，还使燃料的存储和运输更加的便利。
2.6 防止燃烧结焦现象出现的办法
生物质燃料中含有较多的钾元素，在生物质燃料燃烧的过程中，达到一定的温度条件，氧化钾会以熔融状态存在，并且与硅、钙等混合，这种混合物在温度较低的情况下结成焦块，这些结焦块会阻碍炉灰的顺利排放和空气的供给。如果将炉膛内侧的水套设计成大面积，可以适量降低燃烧过程中产生的温度，进而起到防止燃烧结焦现象的产生。
3结束语
随着我国经济的发展，人们生活水平也在这一过程中不断地得到了提高，因而人们对生活的质量，也提出了新的要求，人们希望生活的环境更加环保、更加经济、更加健康，因而追求一种更为环保的炉具设计，以此来减轻传统煤炭燃料带来的环境污染问题。生物质燃料相较于传统的煤炭燃料来说，具有环保经济适用的特点。通过对生物质燃料特性的介绍以及对设计生物质炉的具体方法作简要的分析，为我国生物质炉在生活当中普及提供一定的依据，进而推动我国经济的迅速健康的发展。
参考文献
[1] 刘圣勇，连瑞瑞，王晓东等.制冷炊事兼用生物质成型燃料炉具的设计[C].//全国农村清洁能源与低碳技术学术研讨会论文集.2011：315-319.
[2] 范欣欣，吕子安，李定凯等.生物质颗粒燃料炊事炉的性能[J].农业工程学报，2010，26（2）：280-284.
关键字：生物质能 成型燃料 可再生能源 生物质锅炉 供热系统 节能技术
中图分类号： TK229 文献标识码： A 文章编号：
0 前言
随着国民经济和工农业生产的迅速发展及人民生活水平的不断提高，我国的供热事业得到了迅速的发展。展望21世纪供热行业的发展，必将是走向一个稳步的可持续发展的道路，供热事业的可持续性发展意味着资源持续利用、生态环境得到保护和社会均衡发展。节约能源、提高能效是实施可持续发展战略的优先选择。开发利用生物质能等可再生的清洁能源资源对建立可持续的能源系统，改变能源生产和消费方式，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。本文对生物质成型燃料工业锅炉节能技术进行简要分析，提供一项可靠的节约能源的新型供热设备。
1 生物质成型燃料特点
生物质成型燃料是将大量农林剩余物通过生物质固化成型技术挤压而成。因为生物质能源的成分中，硫和氮的含量少，其燃烧产物SO2、NOX都较低，无需再作处理，即可达到现行锅炉大气污染物排放标准要求。生物质固体成型燃料具有体积小、密度大、储运方便；粒度均匀、燃烧稳定、燃烧效率高；灰渣及烟气中污染物含量小等优点。
2 生物质成型燃料对燃烧设备的要求
生物质燃料具有挥发分含量高、点火容易、升温迅速的特点，利用原有燃煤锅炉燃烧生物质燃料将使锅炉供热效率降低，烟气排放也存在问题。根据盛昌公司经验，我们认为生物质成型燃料工业锅炉必须按照生物质燃料的燃烧特性设计和制造，应处理好以下几方面问题：
（1）炉膛严密
生物质燃料挥发分含量高，应利用气化燃料技术使之挥发分充分析出，这样才可能达到理想的燃烧效果，若炉膛密封不严，不仅影响炉膛温度，而且使燃料燃烧不完全，容易结焦。
（2）分段燃烧
生物质燃料燃烧大致分为挥发分析出阶段、挥发分燃烧阶段、固定碳燃烧阶段和燃尽阶段，炉膛应根据燃料的燃烧阶段进行设置，以适应生物质燃烧的燃烧需求。
（3）合理配风
生物质燃料的含氧量较煤多，燃烧所需空气量较少，由于分段气化燃烧的特点，要求配风合理，风阀动作灵敏，才能达到最佳的燃烧效果。
（4）烟气降尘
生物抽燃料虽然灰分含量低，但由于燃料后灰渣密度小、颗粒细，比较容易随引风飞出，增大了除尘的工作难度。
3 生物质成型燃料工业锅炉
针对以上技术要求，盛昌公司研制了适合生物质成型烧料燃烧的DZL系列生物质成型烧料工业锅炉。该系统锅炉采用链条炉排，特殊的炉墙和炉拱设计，达到了生物质成型烧料按照分段气化燃烧要求，实现了一个燃烧工况下两种燃烧方式（气化燃烧，炭化燃尽），完成了生物质气化燃烧的全过程，提高了锅炉效率。
3.1 结构特点
生物质成型燃料工业锅炉采用链条炉排，炉前进料斗处设有关风机，达到燃烧所需的严密性要求。炉内设有三个燃烧室，由阻尘墙分离，形成独特的燃烧形式。燃料在机械作用下移动燃烧，燃烧室内设有辐射传热面，从而大大的改善了燃烧条件，使燃料缩短了预热挥发过程，实现燃烧的化学能到热能的转换过程。
锅炉的结构示意如图1。
图2 DZL系列生物质锅炉结构示意图
3.2 燃烧特点
炉排的下部设前、中、后三个风室，前风室的供风，作为燃料的预热干馏气化燃烧过程，在干馏挥发的燃气在阻尘墙的作用下，停留在第一燃烧室内在阻尘拱墙和前拱的高辐射下燃烧，再在引风机的作用下由第一燃烧室折出阻尘墙，这样不但可燃气体得到充分燃烧而且高温气体加快了燃料的焦化过程。作为固定碳高温燃烧在中风室（第二燃烧室）进行，得到充分燃烧后的高温气体通过第二道阻尘墙射出，其中少量未燃尽的固定碳块进入后风区继续燃尽，烟气通过阻尘花墙进入后烟箱，炉渣随炉排进入炉渣室内。
3.3 燃烧控制
目前行业内尤其是燃煤锅炉自动燃烧投运效果不理想，主要是这样几个原因：给煤机（或炉排电机）采用滑差控制，没有针对链条式热水炉的特殊控制策略，不能根据供热阶段的不同和煤种的变化及时调整气候补偿曲线和风煤比控制曲线。
生物质工业锅炉根据气候补偿控制要求，采用全自动燃烧控制，可以根据供热负荷需求，保证锅炉供水温度的前提下使锅炉燃烧处于最佳工况。为此，生物质工业锅炉的炉排电机和鼓引风机均采用变频控制。除按照供热负荷调整燃料量和风燃比外，还要保证一定的炉膛负压。炉膛温度和排温度烟也要作为燃烧控制的限定条件。全自动燃烧控制功能在锅炉调整负荷时比人工调整过程更稳定，避免系统超调造成的燃料量浪费。
3.4热工测试
我们依据GB/T10180-2003《工业锅炉热工性能试验规程》等相关标准的相关规定，对采取以上技术措施的额定供热量为1.4MW的生物质热水锅炉进行了热工与环保测试。通过测试，检验锅炉的出力及热工、环保状态参数是否达到设计及标准规范的要求。秸秆颗粒成型燃料热水锅炉热工测试主要数值结果见表1。
表1秸秆颗粒成型燃料热水锅炉热工测试主要数值
由测试结果可以看出，盛昌公司研制的生物质成型燃料工业锅炉燃烧完全，锅炉热效率高。充分证明锅炉所采用的技术是有效和可行的。生物质工业锅炉炉膛内设置了阻尘墙，有效降低了烟气中粉尘含量，但要达到北京市要求的大气污染物排放标准，当前采用布袋除尘方式。根据国内外相关资料显示，在锅炉尾部设置烟气冷凝器，有利于锅炉热效率提高，和烟气含尘量降低。现盛昌公司正在研究试制，待实验得出结论后再进行交流。
3.5节能分析
根据生物质燃料燃烧特点，我们采用气化燃烧技术，燃烧充分，燃料利用率高。炉体内阻尘墙的设置有效延长了挥发分在炉膛中的燃烧时间，使挥发分燃烧所需的氧与外界扩散的氧很好匹配，挥发分能够燃尽，又不过多的加入空气，炉温逐渐升高，产物与氧气充分接触，并将热量及时传递给受热面，降低了气体不全完燃烧热损失和排烟热损失。
生物质燃料挥发燃烧后，剩余的焦碳骨架结构紧密，像型煤焦碳骨架一样，运动的气流不能使骨架解体悬浮，使骨架炭能保持层状燃烧，能够形成层状燃烧核心。这时炭的燃烧所需要的氧与静态渗透扩散的氧相当，燃烧稳定持续，炉温较高，固定碳容易燃尽。从而减少了固体不完全燃烧热损失与排烟热损失。
生物质工业锅炉散热表面积小，并采用高效硅酸铝保温材料，有效降低了锅炉本体散热损失。
生物质成型燃料燃烧后产生的灰渣量少，燃烧1吨生物质玉米秸杆颗粒仅产生86kg灰渣，大大降低了灰渣物理热损失。
4 结论
生物质工业锅炉炉体设计合理，易实现燃烧的全自动控制，锅炉供热效率高，燃料采用可再生的生物质能源，可以有效降低一次能源的消耗，其燃烧具有CO2零排放、SO2低排放的特点，是具有节能和环保意义的新型燃料供热锅炉。该锅炉已通过实践证明技术成熟，运行可靠，应该在工农业生产中大规模推广应用。
参考文献：
专著：[1]袁振宏等.《生物质能利用原理与技术》.北京：化学工业出版社，2008
[2]李德英.《建筑节能技术》.北京：机械工业出版社，2009
关键词：生物质 生物质能发电 技术状况
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（b）-0120-01
1 生物质概述
生物质，从广义上讲，是指通过光合作用而形成的各种有机体，包括了所有的动植物和微生物。生物质所蕴含的能量称为生物质能，是一种可再生能源，它直接或间接地来源于绿色植物的光合作用。
生物质能是地球上最古老的能源，一直以来是人类赖以生存的重要能源之一。在目前世界能源消耗中，生物质能占总能耗的14%，仅次于石油、煤和天然气，是世界第四大能源。在生物质能的利用过程中产生的二氧化碳可被等量的植物通过光合作用所吸收，从而实现二氧化碳的零排放和生物质能的循环利用，同时生物质能也是一种含硫量低的可再生能源，可以转化得到气态、液态和固态燃料，从而补充和替代化石燃料，减少对矿物能源的依赖。
目前，世界各国，尤其是发达国家，都在致力于开发高效、无污染的生物质能利用技术，以达到保护矿产资源，保障国家能源安全，实现二氧化碳减排，保持国家经济可持续发展的目的。
2 生物质能的利用转化方式
目前，我们对生物质能的利用主要有生物质直接燃烧、气化、液化、固化和沼气技术等方式。
生物质直接燃烧是通过燃烧将化学能转化为热能，从而获取热量。直接燃烧可分为锅炉燃烧、炉灶燃烧、炉窑燃烧和炕连灶燃烧。
生物质气化是在一定的热力学条件下，将组成生物质的碳氢化合物转化为含一氧化碳和氢气等可燃气体的过程。气化过程不同于燃烧过程，一方面，燃烧过程中需供给充足的氧气，使原料充分燃烧，从而获取热量，而气化过程希望尽可能多地将能量保留在反应后得到的可燃气体中，所以只供给较少的氧气以满足热化学反应的需要；另一方面，燃烧后产生的是水蒸气和二氧化碳等不可再燃烧的烟气，而气化后的产物是含氢、一氧化碳和低分子烃类的可燃气体。
生物质液化是生物质热裂解技术的一部分。生物质热裂解是生物质在完全无氧供给的条件下热降解为可燃气体、液体生物油和固体生物质炭三种成分的过程。其中，反应产生的生物油可进一步分离，制成燃料油和化工原料。
在生物质能转化利用的各种途径中，利用生物质能转化后的热能来发电具有高效、环保等优势，在丹麦、瑞典、芬兰、荷兰以及巴西和印度等国家已得到广泛应用。近年来，随着能源和环保压力的增大，我国生物质能发电得到快速发展。
3 生物质能发电技术
生物质发电的主要形式有：生物质直接燃烧发电、生物质混合燃烧发电、生物质气化发电、沼气发电和垃圾发电。
生物质直接燃烧发电与燃煤火力发电在原理上没有本质区别，主要区别体现在原料上，火力发电的原料是煤，而直接燃烧发电的原料主要是农林废弃物和秸秆。直接燃烧发电是把生物质原料送入适合生物质燃烧的特定蒸汽锅炉中，产生蒸汽，驱动蒸汽机转动从而带动发电机发电。直接燃烧发电对原料预处理技术、蒸汽锅炉的多种原料适用性、蒸汽锅炉的高效燃烧、蒸汽轮机的效率等方面都有较高要求。
生物质混合燃烧发电，顾名思义，即为生物质与煤混合作为燃料发电。混合燃烧的方式主要有两种：一种是将生物质原料直接送入燃煤锅炉，与煤共同燃烧；另一种是先将生物质原料在气化炉中气化生成可燃气体，再通入燃煤锅炉与煤共同燃烧，最后发电。可见，在混合燃烧方式中，对生物质原料的预处理过程显得尤为重要。一般情况下，通过改造现有的燃煤电厂就可以实现混合燃烧发电，只需在厂内增加储存和加工生物质燃料的设备和系统，同时对原有燃煤锅炉燃烧系统进行适当改造就可以了。
生物质气化发电是利用生物质气化技术产生的气体燃料，经净化后直接进入燃气机中燃烧发电或者直接进入燃料电池发电的过程，可以分为内燃机发电、燃气轮机发电、燃气―蒸汽联合循环发电和燃料电池发电。生物质气化发电是生物质能最有效、最洁净的利用方式之一，它不仅能解决生物质难于燃用、分布分散等缺点，还能充分发挥燃气发电设备紧凑和污染小的优点。
沼气发电是一种新型的发电方式，也是沼气能量利用的一种有效形式。在沼气发电中，驱动发电机组发电的是沼气而非蒸汽。
垃圾发电包括垃圾焚烧发电和垃圾气化发电，简而言之，垃圾发电就是将垃圾直接作为燃料或者将垃圾制成可燃气体作为燃料来进行发电的方式。垃圾发电不仅能够回收利用垃圾中的能量，达到节约资源的目的，同时还解决了垃圾的处理问题。
我国的生物质能资源及其发电的状况
我国作为传统的农业大国，生物质资源非常丰富。我国农作物秸秆年产量约为6.5亿吨，2010年达到7.26亿吨；薪柴和林业废弃物资源中，可开发量每年达到6亿吨以上。近年来，高产的能源作物如甘薯、甜高粱、巨藻、绿玉树、木薯、芭蕉芋等，作为现代生物质能源已受到广泛关注，越来越多的科研机构、科技企业也不断参与到研究和发展生物质能资源的队伍中来，为生物质能源产业提供了可靠的资源保障。
我国的生物质发电以直接燃烧和气化发电为主要方式，原料主要采用农业、林业和工业废弃物等。我国生物质发电起步较晚，但也有近30年的历史，2006年我国生物质发电总装机容量约为2000 MW，其中蔗渣发电约为1700 MW；从2006年12月，我国第一个生物质直燃发电项目―― 国能单县生物发电厂正式投产开始，截止2008年8月，我国累计核准农林生物质发电项目130多个，总装机容量约3000 MW，已有25个生物质直燃发电项目并网发电；2009年我国6 MW及以上火电设备中生物质发电共占到0.37%，预计到2020年将建成总装机容量为20000 MW的生物质发电项目，这样每年就可以节约7500万吨煤，而且减少大量的污染排放，此外，秸秆销售还可以给农民增加200～300亿元的收入。
4 结语
从总体上看，我国生物质发电产业尚处于起步阶段，商业化程度较低，效益也不高，市场竞争力较弱。但是，近年来，国家对生物质能的开发利用逐渐重视，已连续在4个“五年计划”中将生物质能利用技术的研究与应用列为重点科技攻关项目，并先后制定了《可再生能源法》《可再生能源中长期发展规划》《可再生能源发展“十一五”规划》《可再生能源产业发展指导目录》和《生物产业发展“十一五”规划》，提出了生物质能发展的目标和任务，明确了相关扶持政策。有了这些政策和技术支持，相信生物质能的未来必定会生机勃勃。
参考文献
[1] 王长贵，崔容强，周篁.新能源发电技术[M].北京：中国电力出版社，2003.
关键词：隧道铺面；温拌阻燃沥青；温拌阻燃沥青混合料
中图分类号：U455文献标识码： A 文章编号：
前言
随着公路建设的发展，人们对道路行车安全性、舒适性的要求不段提高。水泥混凝土路面由于抗滑性能低、行车噪音大等缺陷而逐渐被沥青混凝土路面所取代。隧道路面也由水泥混凝土路面逐步转变为沥青混凝土路面。然而，由于隧道施工环境封闭，用传统的热拌沥青混合料进行隧道铺面时，由于混合料施工温度高、烟毒性气体排放量大，使得隧道路面施工环境非常恶劣。同时由于沥青是易燃材料，隧道里面一旦发生交通事故，很容易引发火灾，从而带来不可估量的损失。因此，改善隧道路面施工环境和隧道路面运营的安全性是亟待解决的一个问题。本文提出一种适合于隧道铺面的温拌阻燃沥青混合料技术，并通过室内试验对其性能进行研究。
一、温拌阻燃沥青制备
1.1 原材料
（1）温拌剂
温拌技术2005年在我国首次应用，到目前为止该项技术已趋于成熟。温拌技术主要有沥青-矿物法、泡沫沥青温拌法、有机添加剂法和表面活性剂型温拌法四种。市场上可供选择的温拌剂不下几十种。本文试验过程中采用有机添加剂型温拌剂。
（2）阻燃剂
阻燃剂选用FRMAXTM阻燃剂作为试验的原材料，这种阻燃剂在市场上比较成熟，性能稳定，应用工程较多，具有代表意义。FRMAXTM阻燃剂为白色粉末，密度为2.0～2.4 g/cm，同时利用气相阻燃机理、凝聚相阻燃机理和中断热交换机理发挥阻燃性能，在正常用量下可以使沥青的氧指数达到30左右。
（3）沥青
制备温拌阻燃沥青的沥青可采用普通道路石油沥青，也可采用聚合物改性沥青。为使温拌剂、阻燃剂和沥青之间既具有良好的相容性，又达到良好的路用性能和阻燃性能，需通过正交试验确定温拌阻燃沥青中温拌剂和阻燃剂的掺配比。本文采用埃索70#道路石油沥青和SBS(I-A)聚合物改性沥青进行试验。沥青性能指标见表1。
表1 沥青的性能指标
1.2 温拌阻燃沥青制备
温拌阻燃沥青的制备方法如下步骤[1]：
1）将沥青熔融后取样称量，并保持在设计温度匀速搅拌；
2）按设计掺量称取高效型阻燃剂和温拌改性剂质量；
3）边搅拌边将阻燃剂和温拌改性剂陆续加入沥青中，全部加完后，搅拌规定的时间，使其充分溶解，过程中沥青的温度保持在设计温度，搅拌的时间可以根据阻燃剂的分散情况，适当进行增减。
1.3 温拌阻燃沥青性能
采用有机温拌添加剂、FRMAXTM阻燃剂、埃索70＃道路石油沥青和SBS(I-A)聚合物改性沥青进行试验，通过正交试验得出温拌剂和阻燃剂的最佳掺量分别为沥青质量的3%和8%。由此制备的温拌阻燃沥青的性能如表2。
表2 掺加温拌剂和阻燃剂后沥青的性能指标
从表3试验结果可见，无论是埃索70＃道路石油沥青还是SBS(I-A)聚合物改性沥青，添加温拌剂和阻燃剂之后，燃烧时表现出的燃烧性能——氧指数和烟密度等级均得到提高。
二、温拌阻燃沥青混合料性能
采用AC-13级配类型，埃索70#沥青和SBS（I-A）沥青，按最佳油石比4.9%成型，掺加沥青质量3.5%的温拌改性剂和沥青质量8%的阻燃改性剂，集料为辉绿岩，性能指标满足《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ 054-2004)的要求。通过室内试验对沥青混合料的水稳定性和高温稳定性进行评价。
试验试件成型工艺：集料的烘干温度为150℃，埃索70#沥青加热温度为150±5℃，SBS（I-A）沥青加热温度为160±5℃，拌合温度为130±5℃，出料温度为130±5℃，成型温度为120±5℃。
2.1 水稳定性
温拌阻燃沥青混合料的残留稳定度试验结果如表4，冻融劈裂强度试验结果如表5。
表4 AC-13级配类型的温拌阻燃沥青混合料残留稳定度试验结果
表5 AC-13级配类型的温拌阻燃沥青混合料冻融劈裂强度试验结果
2.2 温拌阻燃沥青混合料高温稳定性
温拌阻燃沥青混合料高温稳定性试验结果如表6所示。
表6 AC-13级配类型的温拌阻燃沥青混合料高温稳定性试验结果
从上述试验结果可以看出，温拌阻燃沥青混合料的高温性能和水稳定性都满足规范对普通热拌沥青混合料的要求，高温性能甚至比规范对普通热拌沥青混合料的要求高出许多。由此可知，在隧道铺面中使用温拌阻燃沥青混合料是确实可行的。
三、结论
本文通过对温拌阻燃沥青混合料进行室内试验研究，可以得出以下结论：
（1）温拌阻燃沥青的氧指数和烟密度等级均比未添加阻燃剂的沥青得到提高，也就是说温拌阻燃沥青的阻燃性能得到提高。
（2）温拌阻燃沥青混合料在降低混合料拌制和成型温度约30℃的情况下，仍能达到良好的使用性能。
参考文献：
【关键词】 乏燃料后处理 水法后处理 干法后处理 超临界流体萃取
1 乏燃料概况
乏燃料，就是在反应堆内经中子轰击发生核反应后，燃耗深度已达到设计卸料燃耗，从堆中卸除不在该反应堆中使用的核燃料组件中的核燃料。它含有裂变元素90Sr、137Cs、99Tc等。截止到2009年末，全世界储存的乏燃料中的重金属约为240，000吨，大部分都储存在反应堆场地中。大约90%存放在储存池子中，其余的都是存放在储存容器中。每年产生的乏燃料约为10，500吨重金属，其中，约8，500吨重金属进行长期存储，约2，000吨的重金属进行再处理。
水法后处理技术 水法后处理技术的典型代表是purex流程，它是目前唯一应用的商业后处理技术，它是为了回收U、Pu设计的，萃取剂对U、Pu的选择性好。为了改进后处理的经济性、防止核扩散，以及减少核废 物对环境的影响，提出了一些对传统的purex流程进行改进的流程，如美国的urex流程，日本的next流程和法国的coextm 流程。urex流程可回收99.9%的铀和95%的tc，而不分离出纯Pu，使钚与超铀元素混在一起，提高了扩散阻力。
2 干法后处理技术
超临界流体萃取后处理技术 超临界流体萃取（sfe）就是利用超临界流体或含夹带剂的超临界流体作为萃取剂，从液体或固体中萃取特定组分以达到分离目标产物的一种新型分离技术。所以说，相比较各种方法之后，干法后处理技术是最适合进行乏燃料后处理的方法，虽然在实施方面技术可能不够完善，但是随着科技的发展，处理方法也会相对来说越来越成熟的，到时候，人们对方法的运用也将越来越熟练，最后形成完整的处理体系。目前，动力堆燃料的消耗呈上升趋势，并且还有其他反应堆的不断介入，水法后处理的前景并不是特别乐观，未来的挑战也不容小觑，就目前来看，以美国为主的几个大国也都在进行乏燃料后处理技术的深入研究，推动了乏燃料后处理技术的发展，在某种程度上来说，推动了乏燃料后处理的发展前景。
3 结语
核能是否能够可持续发展，主要取决于燃料是否能够长期持久供应，以及核废物能否对环境的影响小。燃料棒的使用寿命一般为1-1.8年，目前全世界运行的核反应堆为436座，核电总装机容量约为370GWe，占全球电力需求的16%。每年，全世界核电卸出的乏燃料约为10，500tHM，截至2010年累计卸出的乏燃料总量已超过291，000tHM。世界各国争相研究先进的后处理技术，以便从乏燃料中回收可利用的铀。国外乏燃料后处理概况钚等宝贵的产能物质材料，供先进核能系统（如快堆）使用，将所有高毒性和长期放射毒性的物质分离出来，以供安全处置或嬗变处理。法国、英国、日本、德国、美国、俄罗斯等建立了自己的后处理厂，处理本国或他国的乏燃料。各国竞相展了乏燃料的首段去壳及分离、中间存储及运输、铀钚净化循环和尾端处理、去污及放射性三废的处理与处置等相关技术和设备研究。 我国在核燃料后处理方面的规划是走闭路循环后处理战略。几十年来，在国家环保局（SEPA）、国家核安全局（NNSA）、中国原子能管理局（CAEA）及中国核工业集团（CNNC）及其他相关单位的不懈努力下，我国在核燃料处理及相应技术上取得了一些进展。因此，我国的乏燃料后处理技术亟待发展，了解国外乏燃料处理概况，对我国的核燃料后处理建设及应用具有非常重要的意义。 一言以蔽之，核能是清洁能源，但要充分利用铀资源、极地减少废物量、实现核能的可持续发展，就必须要建立一系列的核燃料闭式循环体系，特别是快堆核燃料循环体系。循环方式上可以采用快堆闭式循环，这样就能使铀资源的利用率提高50～60倍，并且使需要地质处置的高放废物体积和毒性降低约2个数量级。由此可见，发展快堆及其燃料循环系统，具有可以充分利用铀资源，并实现核废物小化等诸多优点，为与乏燃料相关的各个方面做出了有力的贡献。实现资源最有效的利用。
参考文献：
[1]欧阳予.世界核电发展形势与核安全要求的提高[J].科学文化评论，2011，（08）：17-22.
[2]栾洪卫，徐俊峰，景继强.核电站乏燃料后处理现状和发展趋势浅析[J].科技信息（学术研究），2008，（34）：304-305.
摘要：利用废弃油脂制备生物柴油不仅具有可观的经济效益，而且具有良好的社会效益和环境效益.为研究生物柴油掺水微乳化的燃烧和排放性能，在同一台双缸四冲程直喷式柴油机上进行了对比试验，测量燃料的燃烧压力和排放浓度.研究结果表明：与生物柴油相比，生物柴油掺水微乳化燃料的峰值燃烧压力的相对高低随发动机负荷变化.在排放特性中，生物柴油掺水微乳化燃料的烟度和NOx排放量显著降低，这证明掺水微乳化燃料能够改善燃烧状况，控制柴油机主要污染物排放.
关键词：
微乳化； 生物柴油； 燃烧特性； 排放特性
中图分类号： TP 392文献标志码： A
我国每年餐饮业废弃油脂产量达250多万t[1]，将其转化成生物柴油不仅可解决地沟油重返餐桌这一食品安全问题，同时也有利于减轻我国逐年加剧的能源紧缺问题.
由于生物柴油含有10%的氧，造成排放中NOx含量较高.在环境保护日益受到重视的条件下，关于如何降低生物柴油NOx排放的研究越来越多.生物柴油掺水微乳化燃料是生物柴油、水以及表面活性剂组成的具有热力学稳定性的混合物.它能够结合生物柴油和掺水燃烧的优点，而且长期稳定不分层[2].本文通过在生物柴油中掺入乙醇和水形成微乳化燃料，并与生物柴油进行燃烧和排放对比研究，为废弃油脂生物柴油的推广使用提供了试验、理论依据.
1试验仪器与方法
1.1试验发动机及测试仪器
试验采用的发动机为直列、水冷、四冲程、直喷式燃烧室CT2100Q型.其主要技术参数如表1所示.
试验中采用由CB-566型燃烧分析仪、电荷放大器、压力传感器、光电传感器和曲轴转角发生器等组成的一套动态测试分析仪，测量发动机的示功图；废气排放采用AVL DiGas 4000 型发动机排气分析仪测量；烟度采用AVL DiSmoke 4000型部分流不透光烟度计测量.
1.2试验燃料的配制
首先将生物柴油与乙醇按照9∶1的体积比混合配制成100 mL基础燃料.乳化剂由于密度和黏度大且用量相对较少，采用称取质量的方法将乳化剂加入100 mL燃料油中，然后按照试验要求分别掺水1 mL和3 mL搅拌形成生物柴油掺水微乳化燃料，分别用W1和W3表示.生物柴油用B100表示.试验用生物柴油的理化特性如表2所示，三种燃料的配制比例如表3所示.
1.3 试验及处理方法
1.3.1燃烧特性试验及处理方法
选择转速为1 500 r・min-1，平均有效压力分别为0.177 0 MPa、0.190 4 MPa、0.304 6 MPa的工况点进行测试.燃烧压力通过燃烧分析仪直接测出并采集，连续采集100个循环并进行平均计算.
1.3.2排放特性试验及处理方法
试验中，选择转速分别为1 500 r・min-1和1 800 r・min-1的负荷特性（平均有效压力为0.076 2～ 0.342 7 MPa） ，对比分析生物柴油掺水微乳化燃料与生物柴油的氮氧化物和炭烟排放特性.
2试验结果分析
2.1燃烧特性的对比分析
图1为转速1 500 r・min-1下，平均有效压力分别为0.076 2 MPa、0.190 4 MPa、0.304 6 MPa时燃料W1、W3与B100燃烧压力对比.从图中可看出：
（1）在小负荷下，W1和W3的峰值燃烧压力略低于B100.这是由于微乳化燃料中掺入水和乙醇，小负荷下缸内热力状态低，水的汽化潜热高，形成混合气需要吸收更多热量；乙醇的十六烷值低，同时水不能燃烧，使得微乳化燃料的着火性变差，影响燃烧过程，导致做功行程边燃烧边做功，峰值燃烧压力降低.由于W3中的掺水量比W1大，因此峰值燃烧压力低于W1.
（2）随着负荷的增加，W1、W3的峰值燃烧压力逐渐大于B100.造成微乳化燃料峰值燃烧压力升高的原因是：虽然W1和W3燃料的低位热值明显低于B100，但乙醇的含氧量为34.78%，远高于生物柴油，在燃烧过程中，W1和W3的高含氧量将使燃烧加速，放热也更加集中.同时，水作为微乳化燃料的内相，燃烧过程中水吸热汽化产生微爆效应，相当于对燃料进行二次雾化，从而使燃烧更加完全.而且，随着负荷的进一步增加，气缸内的热力状态提高，乙醇对燃烧的加速作用和水的微爆效应进一步得到体现.
（3）在高负荷状态下，随着负荷增加，循环供油量增加，进入气缸内的水增多，水汽化需要消耗更多的热量，因此造成峰值压力降低[3-6].
从试验结果可得出：随着负荷的增大，乙醇对燃烧的加速作用和水的微爆效应逐渐明显，但负荷增大到一定程度时这两个作用的影响逐渐减弱.
2.2排放特性对比分析
2.2.1NOx排放对比
转速分别为1 500 r・min-1和1 800 r・min-1时W1、W3与B100的NOx排放量对比如图2所示.从图中可看出，W1、W3的NOx排放量明显低于B100，而且随着负荷增大，降低的幅度增大.转速为1 500 r・min-1时，在试验的六个工况点，微乳化燃油W1、W3的NOx排放量相对于生物柴油分别降低了12.4%和16.1%.在微乳化燃料燃烧过程中，虽然乙醇的加入会使得微乳化燃料含氧量进一步增加，导致NOx排放量增加；但是水的汽化潜热高于B100，在燃烧过程中吸收热量使得燃烧温度低于B100，并且水的微爆效应有利于燃油的充分雾化，防止局部富氧，从而使得微乳化燃料NOx排放量降低.W1的NOx排放量相对高于W3，这是由于W3的掺水量大，汽化对气缸内温度降低的影响大[7].
随着负荷增大，三种燃料的NOx排放量逐渐增加，到达一定峰值后开始减小，特别是在转速为1 500 r・min-1时.对于柴油机而言，小负荷时，混合气中有较充足的氧，但燃烧室内温度较低，故NOx的排放量较低；随着负荷增大，燃烧温度升高，故NOx的排放量升高；大负荷高转速时，虽然燃烧温度升高，由于氧含量降低以及反应时间缩短，NOx的排放量低.
2.2.2烟度排放对比
转速分别为1 500 r・min-1和1 800 r・min-1时W1、W3与B100的烟度排放量对比如图3所示.从图中可看出，小负荷时，W1、W3的烟度排放量高于B100，中高负荷下低于B100.小负荷下气缸内热力状态较低，水汽化进一步降低缸内温度，易于造成燃烧不完全，因而炭烟排放高.随着负荷的增加，气缸内热力状态提高，微乳化燃料中水的微爆效应使混合气均匀度提高，减少了局部缺氧现象，燃烧更加完全；而且水汽化使缸内温度下降，可防止气缸内局部高温区的形成，同时喷油嘴的温度有所下降，改善了喷油状况，燃烧中原有的高温缺氧、脱氢裂解大大减少.同时，燃烧过程中形成的C会与水蒸气发生水煤气反应，使气缸内的颗粒炭转化为CO2.因此，掺水燃烧后，炭烟排放减少.
三种燃料的炭烟排放量随负荷的变化趋势基本一致，都是先降低再升高.柴油机的烟度大小与工况密切相关.小负荷时柴油机的缸内状况（温度、压力、空气运动状况等）以及燃油喷射特性（喷射压力、喷雾贯穿度、燃油雾化质量等）均不佳，不利于燃烧完全进行，易于形成炭烟.在大负荷时因为过量空气系数小，烟度比中等负荷时的大.
综合以上分析，生物柴油掺水燃烧后可以有效降低NOx和烟度，而且掺水量越多NOx降低越多.
3结论
本文通过试验研究可以得出以下结论：
（1）在废弃油脂生物柴油中加入乙醇和水形成的微乳化燃料具有很好的稳定性，长时间放置不分层，可以在柴油机上直接使用，并且具有良好的性能.
（2）在水的微爆效应和汽化吸热、乙醇对燃烧的加速作用和低十六烷值的影响下，与生物柴油相比，生物柴油掺水微乳化燃料的峰值燃烧压力随着发动机负荷的增加而升高，负荷增大到一定程度时，微乳化燃料的峰值燃烧压力又相对降低.
（3）生物柴油掺水微乳化燃料燃烧时，由于水汽化吸热降低了燃烧温度，以及水的微爆效应改善燃油雾化，使得发动机NOx排放明显降低，而且掺水量越多降低的幅度越大；炭烟排放在小负荷时较高，中高负荷时较低.
参考文献：
[1]中国网络电视台.全国每年数百万吨废弃油脂回流餐饮业 [EB/OL].[2012-11-23].http：///20110630/105204.shtml.
[2]陈昊，李亚鹏，祁东辉，等.ZH1105W 柴油机燃用生物柴油柴油甲醇的性能研究 [J].公路与汽运，2012（5）：22-25.
[3]袁华智，朱铭，李阳阳，等.柴油机生物柴油甲醇混合燃料燃烧与排放特性[J].长安大学学报（自然科学版），2012，32（5）：97-101.
[4]任学成.微乳化生物柴油发动机燃烧和排放特性研究 [D].西安：长安大学，2009.
[5]陈昊，祁东辉，边耀璋，等.柴油机燃用生物柴油乙醇水微乳化燃料性能研究 [J].内燃机工程，2010，31（1）：21-26.
Abstract： Solid oxide fuel cell is a new energy system， whichneeds further research on the work mechanism of the battery and some otheraspects. In order to make fuel cells really become clean and efficient energysystem， we must master the battery characteristics. Solid oxide fuel cell（SOFC） works at the high temperature of 600～800℃. Hydrocarbons （suchas natural gas， etc.） can be used as fuel， which is cheaper. Compared with thetraditional way of generating electricity， this cell has a great competitiveadvantage in low-cost， efficient generation of electricity. In addition， thefuel cell has the characteristics of low noise and less pollution， which makesit can be applied in a wider area.
关键词： 能源；燃料电池；电池的特点
Key words： energy；fuel cell；characteristics of the cell
中图分类号：TM911.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）34-0133-02
0 引言
按照中温固体氧化物燃料电池工作的原理，本文建立了关于固体氧化物燃料电池的模型，该模型是一个三维的数学模型，它同时考虑了电池的动量和热量传递、多组分传递以及电化学动力现象等等，利用模型对电池工作过程进行数值模拟，研究电池的活化过电势等分布。建立了三维数学模型后，用其进行固体氧化物燃料电池操作温度为923K、1123K时的温度分布数值模拟。结果分析表明，电化学反应进行过程中，电池的中后部是最高温度区，这个结果与实际工作过程的固体氧化物燃料电池吻合。随着固体氧化物燃料电池操作温度的降低，电极和电解质之间的最大温差也会随之降低，这就可以延长电池的使用寿命。固体氧化物燃料电池的工作性能受很多因素的影响，如温度分布、活化过电势及电池的电流密度等。本文主要研究了活化过电势的分布。研究表明，随着操作温度的降低，活化过电势会随之减小，这样电池的性能就可以得到改善。本论文对固体氧化物燃料电池进行工作过程的基础研究，能够起到对电池工作过程的实验研究和生产实践指导作用。
1 燃料电池数值模拟研究概况
管式是固体氧化物燃料电池最先开始研究的模型，Wepfer和Dunbar等建立的模型是在管式固体氧化物燃料电池早期研究中最具有代表性的。对板状的固体氧化物燃料电池第一个进行模拟是Debendecti和Vayenas，他们研究的虽然是二维模型进行模拟，但是一直被沿用到现在，这个二维的模型假设，单电池运行是连续的搅动罐反应器（CSTRs），气相和固相在单电池中具有相同的温度，这样就可以用三个点（燃料、空气、固相）表示整个单电池。但它也存在不足，它不考虑材料的热导情况，整个单电池被假设为是绝热的。
接下来，Hartvigsen等人建立了板状固体氧化物燃料电池的三维模型，利用的是有限元的方法，三种传输方式（热传导、对流和辐射）都在数学模型中得以考虑，对电池极化进行了精细的计算。Karoliussen在前人研究的基础上，建立了一个稳态的平板固体氧化物燃料电池的三维数学模型。模型按照特定阳极材料实验的数据给出了甲烷重整效果，只有特定的阳极材料才适用这种内部重整的动力学特性，还有，电池的浓差极化没有在该模型中考虑。后来，对平板固体氧化物燃料电池，许多学者专家从多个角度都进行了模拟。如阳极气体再循环和时间变量是Achenbach引入的概念，这是在Karoliussen所研究模型的基础上提出的。林子敬等人也对燃料电池进行了研究，建立了热耦合与电化学的二维数学模型，并且，对平板固体氧化物燃料电池是利用设计软件进行数值模拟。
上面研究的多数都是用Fortran代码编写的模型，就固体氧化物燃料电池的发展来说，虽然前人研究的模型己经考虑的较为全面了，但模型中，内部详细参数没有完整给出，而且模型可靠性还需要进行研究确定。
以氢气为燃料的固体氧化物燃料电池，李彦等人通过建立数学模型对其进行了数值模拟，模型是非等温的、多组分的三维数学模型。模型中应用了动量方程和质量方程，还有电荷守恒方程和能量方程，应用以上方程建立了数学模型，利用该模型描述电池内的传质和传热过程以及化学组分传递过程和电荷传递过程。研究了阳极和阴极的气体扩散层，并且研究了电解质层，还有阳极和阴极的催化层及电池的流道等。数值模拟是利用程序进行研究的，主要研究电池内的流动特性、电流密度分布、组分浓度分布和温度分布。为了给电池性能的优化提供合理的、充分的理论依据，本文分析了电池性能的变化，电池没有使用传统电极材料，而是用制备的电极材料代替，并进行了气体入口的流速和组分浓度等对电池性能影响的分析。
按照固体氧化物燃料电池的工作原理，对电池的工作系统传热、电化学反应和传质，王桂兰等人建立了热流和电化学的三维数学模型。将源项引入控制方程，系统内的欧姆热和化学反应热为能量源项，产物和反应物的质量变化表征的是质量源项，而多孔电极内气体的动量源项可以用Dracy模型描述。以交换电流密度连接电池的电化学和热流模型的耦合分析，热流模型利用CFD软件（ANSYS―CFX）求解，电化学反应用子程序计算。改变燃料气组分还有气体流动方向和燃料气流动速度等工作参数，分析这些参数对电流密度分布和电池温度场的影响。分析表明：同向进气与反向进气相比，氧化气和燃料气的电流密度和温度场分布更加均匀；提高氢气在燃料气中的质量分数（或将燃料气进口速度加快），虽然平均电流密度可以得到提高，但是温度梯度也随着变化更加明显（即最高温度、最低温度差增加），这样系统热应力就会增加。
利用电势场、速度场、耦合温度场和组分浓度场，对管式固体氧化物燃料电池，李晨等人建立了数学模型，该电池是以纯氢气为燃料，他们对阴极支撑型的管式固体氧化物燃料电池（西门子-西屋公司研制）进行了轴向二维数值模拟。数值模拟结果说明：电池的工况与电流密度的分布和组分浓度密切相关。欧姆极化会在一定的电压范围内起主要作用，要改善电池性能，可以通过改善电池的多孔电极微观结构和升高电池平均工作温度以及氧化剂以纯氧代替空气的方法实现。
2 研究内容
对固体氧化物燃料电池，虽然前人建立了数学模型，但前人没有细致和深入的对固体氧化物燃料电池的温度场分布进行研究，也很少的研究直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池，本文在前人基础上进一步研究直接碳氢化合物固体氧化物燃料电池。研究的主要内容是：①查阅固体氧化物燃料电池的相关资料，掌握电池的基本知识，了解其工作过程和工作原理，并建立合理的数学模型；②在923K和1123K两个操作温度下，对固体氧化燃料电池的活化过电势分布进行三维数值模拟；③本论文分析了燃料电池在两种操作温度下的性能。
3 研究结果与分析
对固体氧化物燃料电池的电解质层分别在923K和1123K操作温度恒定的情况下，对电池进行数值模拟。得到活化过电势在以上两种操作温度下的分布情况。
图1、图2分别是923K和1123K的操作温度下，燃料电池电解质层的活化过电势沿着流道方向的分布。由图可知，电化学反应的进行过程中，沿着电池流道方向，反应物浓度会逐渐降低，离子与电子的转化电流也随之减少，活化过电势也随之逐渐降低。
图3、图4是反映活化过电势受电流密度和温度影响情况的示意图，温度/电流密度-活化过电势曲线图。
由图可知，电流密度与温度相比，活化过电势受电流密度的影响要更大。由前面进行的具体分析可知，当电池所处条件相同时，电流密度随着操作温度越低而越小，活化过电势也会随之越小。这就说明，想要优化电池性能，可以用操作温度降低的方法减小活化过电势。
4 结论
综上所述，固体氧化物燃料电池操作温度降低，可以使其的热膨胀差异和电流密度以及活化过电势均减小，电池的这些特性减小，可以使电池的性能得到优化。但电池操作温度降低，会导致电池电压减小，这样会影响电池性能。因此，要优化电池性能，应该从不同角度综合考虑影响电池的多种因素。
参考文献：
[1]李瑛，王林山.燃料电池[M].北京：工业出版社，2000，123.
[关键词]聚磷酸铵 ；阻燃剂；表面改性；微胶囊
中图分类号：TQ314.248 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0268-01
0 引言
近年来，聚合物材料应用领域不断拓宽，随之而来的火灾亦是历历在目，大量的人员伤亡及财产损失让人们对于材料阻燃性能要求不断提高。磷系因其高效阻燃性逐渐成为除金属氢氧化物之外需求量最大的一类阻燃剂。按照化学成分将阻燃剂分为有机和无机两大类。无机阻燃剂自身拥有价格相对低廉、低烟低毒、热稳定性高等优势，使得此方面研究从未间断。无机磷系阻燃剂主要包括红磷、聚磷酸铵（APP）及磷酸盐三类。聚磷酸铵（APP）分子式为（NH4）n+2PnO3n+l，是一种被广泛应用的高效无机阻燃剂，一方面可以单独使用，另一方面更多作为膨胀阻燃剂体系中酸源与炭源、气源共同进行使用。由于APP与高聚物相容性差，在材料中分散性差，易发生迁移起霜，造成基体加工性能和制品力学性能恶化，需要对其进行表面改性处理[1-3]。
1 聚磷酸铵概述
无机磷系阻燃剂中最主要的一类就是聚磷酸铵（APP），它是聚磷酸的铵盐，也是膨胀阻燃剂（IFR）的主要成分之一。APP有五种不同的结晶形式Ⅰ～Ⅴ。其中Ⅲ、Ⅳ型的结晶状态不稳定，而Ⅴ型虽然稳定却尚未发现可行的制造方法，因此都难以作为商品化的阻燃剂。结晶II型APP 具有较高的热稳定性，初始分解温度在300 ℃以上，耐水解性能优异，应用广泛，是目前生产、研究及应用的热点[4-5]。II 型APP不但分子量高，重复单元数在1000以上，且其分子结构不同于普通的长链APP，其分子链与链之间存在一定程度的交联，这种交联的存在大幅提高了分子本身的热稳定性。
APP中磷和氮含量都很高，存在P-N协同效应，因而具有良好的阻燃效能，应用十分广泛，但目前Ⅱ型APP仍存在以下几点突出的问题：（1）APP初始温度不能满足部分高分子材料的加工温度要求，影响复合材料总体热稳定性；（2）APP具有一定的吸湿性，其在水中溶解度需进一步降低，以满足加工中的抗吸湿要求；（3）因与聚合物极性差距较大，APP与聚合物相容性较差，在基材中的添加往往使复合后材料力学性能严重下降。
2 聚磷酸铵阻燃机理
磷系阻燃剂阻燃机理存在气相阻燃和凝聚相阻燃两方面。众所周知，溴系阻燃剂的高效性是由于分解产生的Br・是H・和OH・的捕捉剂，可以有效阻断气相中链式反应的进行。而含磷自由基的平均活性约为溴自由基的5倍，是氯自由基的10倍，是最有效的气相燃烧抑制剂，但由于含磷化合物不容易挥发到气相中形成活性自由基捕捉剂，才使得目前的磷系阻燃剂的整体阻燃效果不如卤系阻燃剂。但磷系阻燃剂仍可以通过在形成活性自由基PO2・、PO・、HPO・作为H・和OH・的捕捉剂在气相中起到阻燃作用。
此外，在凝聚相中磷系阻燃剂主要通过分解形成磷酸基团后迅速脱水缩聚成焦磷酸结构，以及焦磷酸基团进一步缩聚形成偏磷酸和聚磷酸（PO3H）n结构与聚合物反应来发挥作用。一方面磷酸基团和焦磷酸基团可以催化聚合物端基脱水，形成碳碳双键；在高温下碳碳双键结构极易互相反应形成交联和成炭。另一方面粘稠的偏磷酸和聚磷酸可以与聚合物的残留物粘结形成残炭层，坚固的炭层覆盖在材料表面可以隔质隔热，限制可燃物的挥发和防止凝聚相中形成新的自由基，同时限制氧气和热量扩散，从而阻止材料内部进一步的燃烧。
APP是一种应用十分广泛的无机添加阻燃剂，分子中磷和氮含量都很高，存在P-N协同效应。其单独使用时对体系的燃烧性能改善有限，LOI提高十分有限。APP多在膨胀体系中作为酸源及气源，通过分解生成磷酸、聚磷酸以及氨气、水蒸气等而发挥作用。
3 研究进展
3.1 添加协效剂形成协同效应
聚磷酸铵作为“绿色”无毒无卤阻燃剂，一个重要用途是作为酸源，与炭源及气源并用，组成膨胀型阻燃剂，但APP单独使用阻燃效果不好，一般要和碳源和气源物质构成膨胀型阻燃体系才具有良好的阻燃作用。膨胀型阻燃体系的阻燃效率较低，因而用量较大，对材料的机械性能影响也较大。因此，开发与APP具有良好协同阻燃作用的体系一直受到国内外的重视。
李永强等[6]应用Ⅱ型聚磷酸铵（APP-Ⅱ）和三（2-羟乙基）异氰尿酸酯（赛克）对聚丙烯进行协同阻燃，结果表明，当APP和赛克以2.5：1质量比进行复配进行添加时，复合体系表现出良好的协同阻燃效果。当二者添加总量为30%（质量分数）时，试样氧指数（LOI）达30.7%，阻燃级别达V-0级，实现难燃，锥形量热试验中其热释放速率、总热释放量等各项参数均明显降低，火灾危险性大幅下降。
3.2 微胶囊化处理
聚磷酸铵的缺点在于与高聚物相容性差，不易在高分子材料中分散，会较大程度恶化高分子基体的加工性能和制品的物理机械性能，需要对其进行改性处理。目前行之有效的处理方式主要是超细微胶囊化和表面改性处理。
洪晓东等[7]利用三聚氰胺甲醛树脂对聚磷酸铵进行微胶囊包覆阻燃环氧树脂，结果表明，添加量为10%时，MAPP阻燃的环氧树脂氧指数高达30.5%，阻燃性能和力学性能相对未经微胶囊包覆的试样均有所提高，特别是拉伸性能与纯环氧树脂相差无几，样条燃烧后形成致密均匀的膨胀炭层。
3.3 偶联剂进行表面处理
通过硅烷偶联剂对无机粉体表面进行改性是常用到的方法。硅烷偶联剂可用YSi（OR）3表示，其中R代表可水解基团，通常为甲基或乙基，Y代表非水解有机功能基团，通常为胺基、巯基、烷基、乙烯基等，可分别与填料及聚合物发生作用。硅烷偶联剂水解，产生活性的羟基与粉体表面的羟基通过缩合反应发生键连，达到改善无机填料与聚合物相容性的目的。
Zhou等[8]用γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷（KH-570）作为偶联剂对APP进行表面改性处理，并应用于PP与木粉的木塑复合材料的阻燃处理。结果表明，加入改性APP能明显增强木塑复合材料的力学性能，并且与APP相比，使材料的阻燃性能增强。这主要是由于硅烷偶联剂能明显促进复合材料的成炭性能。
4 发展趋势
无机磷系阻燃剂是一类十分重要的阻燃剂， APP一直是化学膨胀阻燃体系中理想酸源，作为一种具有诸多优点的无机添加型阻燃剂符合当前阻燃剂绿色化的发展趋势，随着相关研究的不断深入和技术的不断发展，产品性能提高定能促进产品的广泛应用。利用微胶囊化、表面活性剂以及偶联剂改性等技术以满足迅猛发展的树脂工业对APP日益增长的需求，是科研人员在相当一段时间内的重点研究方向。
参考文献
