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绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇生物燃料论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
中图分类号：X703.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）04（c）-0003-02
微生物燃料电池（Microbial fuel cells， MFCs）是一种新兴的高效的生物质能利用方式，它利用细菌分解生物质产生生物电能，具有无污染、能量转化效率高、适用范围广泛等优点。因此MFCs逐渐成为现今社会的研究热点之一。
1 微生物燃料电池的工作原理
图1是典型的双室结构MFCs工作原理示意图，系统主要由阳极、阴极和将阴阳极分开的质子交换膜构成。阳极室中的产电菌催化氧化有机物，使其直接生成质子、电子和代谢产物，氧化过程中产生的电子通过载体传送到电极表面。根据微生物的性质，电子传送的载体可以为外源、与呼吸链有关的NADH和色素分子以及微生物代谢的还原性物质。阳极产生的H+透过质子交换膜扩散到阴极，而阳极产生的电子流经外电路循环到达电池的阴极，电子在流过外电阻时输出电能。电子在阴极催化剂作用下，与阴极室中的电子接受体结合，并发生还原反应[1]。
下面以典型的葡萄糖为底物的反应为例说明MFCs的工作原理，反应中氧气为电子受体，反应完成后葡萄糖完全被氧化[2]。
2 微生物燃料电池的分类
目前为止，MFCs的分类方法没有统一标准，通常有以下几种分类方法。
（1）基于产电原理进行分类，包括氢MFCs、光能自养MFCs和化能异养MFCs。氢MFCs的原理是利用微生物制氢，同时利用涂有化学催化剂的电极氧化氢气发电；光能自养MFCs是利用藻青菌或其他感光微生物的光合作用直接将光能转化为电能；而化能异养MFCs则是在厌氧或兼性微生物的作用下，从有机底物中提取电子并转移到电极上，实现电力输出[3]。
（2）基于电池构型进行分类，包括单极室微生物燃料电池、双极室微生物燃料电池和多级串联MFCs。图1中的微生物燃料电池即为双极室结构，电池通过质子交换膜分为阳极室和阴极室两个极室。单极室MFCs则以空气阴极MFCs为主，将阴极与质子交换膜合为一体，甚至是去除质子交换膜。为了提高产电量，将多个独立的燃料电池串联，就形成了多级串联MFCs[4]。
（3）基于电子转移方式分类，包括直接微生物燃料电池和间接微生物燃料电池两类。直接微生物燃料电池是指底物直接在电极上被氧化，电子直接由底物分子转移到电极，生物催化剂的作用是催化在电极表面上的反应。间接微生物燃料电池的底物不在电极上氧化，而是在电解液中或其它地方发生氧化后，产生的电子由电子介体运载到电极上去[5]。
（4）基于电子从细菌到电极转移方式进行分类，可分为有介体MFCs和无介体MFCs两类。电子需要借助外加的电子中介体才能从呼吸链及内部代谢物中转移到阳极，这类为有介体MFCs。某些微生物可在无电子传递中间体存在的条件下，吸附并生长在电极的表面，并将电子直接传递给电极，这称为无介体MFCs。
3 电池性能的制约因素[6～7]
迄今为止，MFCs的性能远低于理想状态。制约MFC性能的因素包括动力学因素、内阻因素和传递因素等。
动力学制约的主要表现为活化电势较高，致使在阳极或者阴极上的表面反应速率较低，难以获得较高的输出功率[8]。内电阻具有提高电池的输出功率的作用，主要取决于电极间电解液的阻力和质子交换膜的阻力。缩短电极间距、增加离子浓度均可降低内阻。不用质子交换膜也可以大大降低MFC的内阻，这时得到的最大功率密度为有质子交换膜的5倍，但必须注意氧气扩散的问题[9]。另一个重要制约因素为电子传递过程中的反应物到微生物活性位间的传质阻力和阴极区电子最终受体的扩散速率。最终电子受体采用铁氰酸盐或阴极介体使用铁氰化物均可以获得更大的输出功率和电流。
另外，微生物对底物的亲和力、微生物的最大生长率、生物量负荷、反应器搅拌情况、操作温度和酸碱度均对微生物燃料电池内的物质传递有影响[10]。
4 微生物燃料电池的应用
（1）废水处理与环境污染治理。
微生物燃料电池可以同步废水处理和产电，是一种废水资源化技术。把MFC用于废水处理是其最有前景的一个应用方向，也是当前微生物燃料电池的研究热点之一。同时，在生物脱氮、脱硫、重金属污染的生物治理等方面MFCs也具有不可忽视的作用。
（2）海水淡化。
普通的海水淡化处理技术条件苛刻，需要高压、高效能的转化膜，有的还要消耗大量的电能，故不能大规模的处理，并且成本较高，难以有效地解决海水淡化问题。如果找到一种高效的产电微生物和特殊的PEM交换膜，那么MFC，就可以达到海水淡化的目的，而且具有能耗低，环保和可持续的优点。利用MFC淡化海水也将成为具有发展潜力的研究方向[11]。
（3）便携式电源。
微生物燃料电池能够利用环境中自然产生的燃料和氧化剂变为电能，用于替代常规能源。可以为水下无人驾驶运输工具、环境监测设备的长期自主操作提供电源。
（4）植物MFCs。
通过光合作用，植根在阳极室的绿色植物将二氧化碳转换为碳水化合物，在根部形成根瘤沉积物；植物根系中的根瘤沉积物被具有电化学活性的微生物转化为二氧化碳，同时产生电子。这种植物MFCs能够原位将太阳能直接转换为电能[12]。
（5）人造器官的动力源[13]。
微生物燃料电池可以利用人体内的葡萄糖和氧气产生能量。作为人造器官的动力源，需要长期稳定的能量供给，而人体内源源不断的葡萄糖摄入恰好可以满足MFC作为这种动力源的燃料需要。
5 微生物燃料电池技术研究展望
MFCs技术正在不断成长并且已经在许多方面取得了重大突破。但是，由于其功率偏低，该技术还没有实现真正的大规模实际应用。基于其产电性能的制约因素，今后的研究方向主要可归纳为以下几点。
（1）深入研究并完善MFCs的产电理论。MFCs产电理论研究处于起步阶段，电池输出功率较低，严重制约了MFCs的实际应用。MFCs中产电微生物的生长代谢过程，产电呼吸代谢过程以及利用阳极作为电子受体的本质是今后的研究重点[14]。
（2）筛选与培育高活性微生物。目前大多数微生物燃料电池所用微生物品种单一。要达到实际应用的目的，需要寻找自身可产生氧化还原介体的高活性微生物和具有膜结合电子传递化合物质的微生物。今后的研究应致力于发现和选择这种高活性微生。
（3）优化反应器的结构。研究与开发单室结构和多级串联微生物燃料电池。利用微生物固定化技术、贵金属修饰技术等改善电极的结构和性能。选择吸附性能好、导电性好的材料作为阳极，选择吸氧电位高且易于扑捉质子的材料作为阴极[15]。
（4）改进或替代质子交换膜。质子交换膜的质量与性质直接关系到微生物燃料电池的工作效率及产电能力。另外，目前所用的质子交换膜成本过高，不利于实现工业化。今后应设法提高质子交换膜的穿透性以及建立非间隔化的生物电池[16]。
6 结语
MFCs作为一种可再生的清洁能源技术正在迅速兴起，并已逐步显现出它独有的社会价值和市场潜力。随着研究的不断深入以及生物电化学的不断进步，MFCs必将得到不断地推广和应用[17]。
参考文献
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关键词：资源环境科学；文献计量学；发展态势；
作者简介：王雪梅(1976-)，女，重庆永川人，副研究员，主要从事科学计量学、GIS与文献计量学集成研究.
资源与环境科学以人类生存和发展所依赖的地球系统特别是地球表层系统的特征和变化规律为主要研究对象，研究内容涉及地球科学及其分支学科，以及生命科学、化学、工程与材料科学、信息科学及管理科学的诸多分支学科领域。经济快速发展对资源环境科学提出了巨大需求，中国科学院围绕我国经济社会发展的重大问题及其相关的资源环境与地球科学问题，在资源环境和地球科学领域取得了一系列研究成果［1～3］。利用WebofKnowledge平台SCI-E数据库，对2009—2014年中国科学院SCI论文及地球科学与资源环境科学领域论文产出进行统计，并与全球及中国论文产出相比较，了解中国科学院在地球科学与资源环境科学领域的研究产出及其发展状况。
1数据来源与分析方法
从WebofScience的251个学科分类中遴选出与地球科学、环境/生态学相关的学科，根据学科分类在ScienceCitationIndexExpanded(SCI-E)数据库检索资源环境科学领域的相关论文，应用美国汤森路透公司的ThomsonDataAnalyzer文本挖掘软件进行数据分析和制图，对全球和中国的资源环境科学领域产出进行统计分析。
地球科学(Geosicence)领域包括：能源与燃料(Energy&Fuels)、地质工程(Engineering，Geological)、石油工程(Engineering，Petroleum)、地球化学与地球物理学(Geochemistry&Geophysics)、地理学(Geography)、地质学(Geology)、地球科学多学科(Geosciences，Multidisciplinary)、湖泊学(Limnology)、气象与大气科学(Meteorology&AtmosphericSciences)、矿物学(Mineralogy)、矿产与矿物加工(Mining&MineralProcessing)、海洋学(Oceanography)、古生物学(Paleontology)、遥感(RemoteSensing)、水资源(WaterResources)；环境/生态学(Environment/Ecology)领域包括：土壤科学(SoilScience)、生态学(Ecology)、海洋工程(Engineering，Marine)、环境科学(EnvironmentalSciences)。
2015年2~3月在SCI-E数据库对全球、中国、中国科学院的SCI论文产出进行检索和统计，中国科学院检索范围包括署名中有“中国科学院”的论文，包括中国科学院各研究所及中国科学院大学(中国科学院研究生院)，不包括未署名“中国科学院”的中国科技大学论文。
2中国科学院论文产出总体态势
2009—2014年期间，SCI-E共收录论文955.6万篇，其中署名中国的论文有113万篇，署名中国科学院的论文有15万篇。图1反映了全球、中国、中国科学院2009—2014年年度论文产出量变化。全球、中国、中国科学院的SCI论文分别以年均2%，14%和10%的速度增长。2014年与2009年相比，全球SCI论文增长近11%，中国增长约为93%，而中国科学院增长了62%，由图2可见中国SCI论文增长速度远高于全球论文增长速度。
图3统计了中国SCI论文占全球百分比和中国科学院SCI论文占中国百分比，表明中国论文占全球的份额持续上升，而中国科学院论文占中国的份额则逐步有所下降，但中国科学院资源环境类研究所发表的SCI论文数量占中国科学院的份额稳中有升。从图2也可见，中国科学院资源环境类研究所2014年与2009年相比，SCI论文增长了约92%，与中国SCI论文的增速很接近，高于中国科学院整体的论文增长速度。
将2009—2014年环境/生态学和地球科学领域各年论文按照被引频次高低统计TOP1%，TOP10%，TOP20%和TOP50%论文的数量，以及中国和中国科学院相应级次TOP论文的数量，并统计中国占全球的比例和中国科学院占中国的比例(图4)。
根据论文全部著者统计的结果表明，中国在全球资源环境科学研究领域各级次TOP论文中的比例基本为15%~20%，中国地球科学领域TOP论文数占全球的比例高于环境生态学领域，并且地球科学领域TOP1%的高水平论文比例很高。中国科学院在中国资源环境科学研究领域各级次TOP论文中的比例为26%~32%，中国科学院环境/生态学领域TOP论文数占中国的比例高于地球科学领域。
3资源环境科学领域的重点研究方向
基于SCI学科分类，分别对2009—2014年全球SCI论文最多的20个学科领域的论文数占全球SCI论文总数的比例、中国SCI论文最多的20个学科领域的论文数占中国SCI论文总数的比例，以及中国科学院SCI论文最多的20个学科领域的论文数进行统计。结果显示，全球各学科领域中，生物学与生物化学发文最多，发文最多的20个学科领域主要侧重于医学和生命科学等，相比之下，中国产出偏重于材料科学以及化学、物理等相关学科领域，中国科学院在环境科学方面论文产出数量比例较高。
资源环境科学领域论文产出占全球自然科学领域论文产出的8%左右，中国该领域论文产出占中国SCI论文比例接近10%，中国科学院该领域论文产出占中国科学院SCI论文比例约为20%(图5)。
2009—2014年，中国SCI论文占全球比例约为12%，而资源环境科学领域中国SCI论文占全球份额超过14%。其中，环境科学是全球、中国和中国科学院资源环境科学领域论文产出的最主要的领域。此外，中国在能源与燃料、遥感、地质学等方面论文产出占全球比例相对较高，而在生态学、古生物学等方面所占比例较低。中国科学院关于古生物学方面的SCI论文在中国资源环境领域论文中的比例最高，达到54%；此外，在土壤科学、地理学、湖泊学、生态学、气象与大气科学等方面的论文占中国的比例也较高，但在石油工程、海洋工程等方面所占比例较低，不足10%(图6)。
图7中，气泡的大小表征资源环境各子领域占全球资源环境科学领域论文产出份额的大小，即点越大，该子领域论文数在全球资源环境领域中的比例越高；X轴表示资源环境子领域中国占全球论文的百分比，值越高表明该子领域中国占全球的比例越高；Y轴表示资源环境子领域中国科学院占中国论文的百分比，值越高表明该子领域中国科学院占中国的比例越高。气泡大的那些子领域(如环境科学等)是全球资源环境科学研究比较多的热点方向；右下角的那些子领域(如能源与燃料等)是中国资源环境科学相对比较有优势的研究方向；左上角那些子领域(如古生物学等)是中国科学院资源环境科学相对比较有优势的研究方向。
中国科学院资源环境类研究所2009—2014年发表的SCI论文主要涉及的学科领域包括：环境科学、生态学、地质学、工程学、气象与大气科学、农学、地球化学与地球物理学、化学、水资源、科学与技术、海洋与淡水生物学、地理学、植物学、海洋学等。
4主要研究机构的科学贡献
中国科学院几乎所有的研究机构都在SCI资源环境科学领域期刊发表过论文，2009—2014年根据全部著者统计超过100篇的研究所有50多个，在资源环境科学领域发表SCI论文较多的前10个研究所见表1，这些较多的研究所都属于中国科学院资源环境类研究机构。
2009—2014年中国科学院27个资源环境类研究所以第一著者发表的SCI论文共有22032篇，其中，生态环境研究中心、地质与地球物理研究所、海洋研究所、地理科学与资源研究所、大气物理研究所、广州地球化学研究所、南海海洋研究所、寒区旱区环境与工程研究所等较多，第一著者的SCI论文数都在1000篇以上(表2)。
中国科学院资源环境类研究所论文的篇均被引次数为6.03次/篇，表2中的“表现不俗的论文篇数”统计的是这些研究所高于基准值的论文篇数，即当前总被引次数除以从年至2014年的累积年得到的年均被引6次及以上的论文［4］。生态环境研究中心、地质与地球物理研究所、广州地球化学研究所的表现不俗论文都在150~200篇。
中国科学院资源环境类研究所被引频次位于前10%的论文篇数，即研究所2009—2014年被引16次及以上的论文篇数，也是生态环境研究中心、地质与地球物理研究所、广州地球化学研究所最多，都在260篇以上。
参考中国科学院文献情报中心科学前沿分析中心设计科学贡献指数［5］，定义：
式中：Ci为中国科学院资源环境类第i个研究所科学贡献指数，P10%i为第i个研究所被引前10%论文数量，Citedi为第i个研究所论文被引总频次，n为中国科学院资源环境类研究所的数量。结果显示，生态环境研究中心、地质与地球物理研究所、广州地球化学研究所、海洋研究所、大气物理研究所、地理科学与资源研究所的科学贡献指数较高，都在0.1以上。
5结论与建议
通过以上分析可以看出：
(1)2009—2014年，中国科学院SCI论文增长了62%，高于全球11%的增长率，低于中国93%的增长率，但中国科学院资源环境类研究所的SCI论文增长了约92%，与中国论文增速相接近。
(2)中国在全球资源环境科学研究领域各级次TOP论文中的比例基本为15%~20%，中国科学院在中国资源环境科学研究领域各级次TOP论文中的比例为26%~32%，中国科学院环境/生态学领域TOP论文数占中国的比例高于地球科学领域。
(3)中国SCI论文占全球比例约为12%，在资源环境科学领域中国SCI论文占全球份额超过14%。中国科学院关于古生物学、土壤科学、地理学、湖泊学、生态学、气象与大气科学等方面的SCI论文在中国资源环境领域论文中的比例较高。
刘疏桐的名字和地沟油仿佛被捆绑成一个关键词，很多人管他叫“地沟油哥”，他完全不介意，还笑说：“大家提到地沟油都想到我，说明他们知道我在做什么。”
2011年，“地沟油事件”将“食品安全”炒上热搜榜时，道兰环能的创始人刘疏桐正在“自行车比人多”的国家―荷兰念书。
他本科在荷兰读商业物流专业，大三实习去了全球四大快递公司之一TNT，被分到电动车项目组。在这里，他顺理成章地接触到绿色交通、新能源，并对此产生了兴趣。
读研究生时，他便选择了能源管理专业。准备毕业论文期间，他看到了一则报道：SkyNRG―位于荷兰的全球第一个商业生物航空燃料公司，正在将餐厨废油加工为生物燃料用行。
“报道上说，SkyNRG到中国去采集地沟油，运到欧洲来，给生物航空燃料做原料。”为什么要从中国收购餐厨废油呢？他带着疑惑直接找到SkyNRG的相关负责人。刚好SkyNRG对中国市场很感兴趣，刘疏桐便以“生物航空燃料原材料、废弃物在中国的潜力”为题帮SkyNRG做调研，同时完成相关方向的研究生毕业论文。
毕业后，刘疏桐留在了这家由荷兰航空和荷兰另外一家能源公司合资的企业，专门做生物能源方面的工作。
其实SkyNRG更关注的是空气污染问题，研发生物燃料供应航空等交通领域也是为了降低普通航油等化石燃料对大气造成的污染。刘疏桐了解到，欧洲几乎每一辆车都加了生物燃料，“生物燃料本身在欧洲是非常普遍和广泛应用的一个方案，使用废弃物比如地沟油所制作的生物燃料单位减排效率可以高达90%，也是最环保的生物燃料之一。”
传统生物燃料使用普通油脂比如棕榈油、菜籽油、大豆油等食用油脂来生产，但直接使用粮食做燃料，在国际上一直受到诟病，所以生物燃料的原料更倾向于使用餐厨废油等废弃物，这样做既可以废物利用，又能够达到节能减排的效果。
然而欧洲的饮食相对清淡，想要在荷兰本地或周边收集大量的餐厨废油比较困难。有两三年的时间里，刘疏桐的工作便是做亚洲区的供应链、商务开发，其中一个重要部分便是在中国找地沟油，然后运到欧洲去。
在中国，地沟油不仅是餐厨废油，更代表了一种对食品安全的威胁。地沟油本是对生活中各类劣质油的泛称，大部分是剩饭剩菜所提取的餐厨废油，小部分据称取自下水道。在炼制过程中地沟油经过一系列化学变化，可能产生致癌物质。食用“地沟油”会导致腹泻、腹痛，长期食用可能会引发癌症，对人体的危害极大。
地沟油在中国发展出了一条需求相扣的“完美”地下产业链。每天晚上，油贩子拉着潲水车去餐厅收购废油，这些废油经过黑工厂加工转化为“食用油”，最终回到餐桌，有的甚至返回到出售潲水的餐厅。
据了解，这种“食用油”的“生产”成本一吨仅在300元人民币左右，而利润可以高达10倍。高利润正是驱使这条地下产业链运转不息的根本原因。
在为生物燃料收集原料的过程中，刘疏桐越发意识到地沟油问题在国内的严重性，“收集和转化供应方面都出了问题。”
如果成熟的解决方案在欧洲可以完美执行，在中国何妨一试呢？把中国的地沟油全部做成生物燃料，运用到交通能源体系，既不用把它们运到欧洲，还可以帮助节能减排，最终还能解决其回流餐桌的问题，这不是个一举多得的解决方案吗？
2015年初，刘疏桐停下从国内往欧洲“倒”油的手，回到国内创业。
他想要做的这件事，涉及环保、新能源、食品健康等比较敏感的话题，“壁垒比较厚”，牵扯的利益相关方非常多。而且，想要打破地下地沟油产业这个链条，势必要面临多方面的阻碍及压力。
一味地围追堵截地沟油黑心工厂或者油贩子，在刘疏桐看来并非最佳办法，“光是政府的打压，成本非常高，而且反弹很大，用可持续的商业模式从经济利益角度来推动，才能彻底解决问题。”
他有自己的一套逻辑：不跟油贩子抢油，跟他们合作。
“我们付他们差不多的钱，把地沟油全都送去做成正规的生物燃料，首先废油不会再回流餐桌，此外运送过程需要物流参与，提升了物流供应链的可持续性，物流车还可以使用地沟油制生物燃料进而降低燃料成本。我们把大大小小的餐馆和食用油的供应商也拉进来，因为普通民众更注重食用油的安全性。”
如果他的想法得以实现，参与其中的每一方都能够获益：餐馆将餐厨废油卖出，降低了采购食用油的成本，同时废油可以转化成具有经济价值、环保价值的生物燃料；生物柴油厂得到了原材料，又得到了销售的渠道；大型的集团物流在不增加成本的情况下，保证了供应链的可持续性；几百万吨的地沟油被“消化”掉，食用油企业多出了大片市场……
“这就形成了一个有机的体系，既保证了废油的安全处理，又保证了食用油的安全供应，我们暂且把这个体系叫做‘安全油联盟’。”
刘疏桐认为，把食品安全、能源、交通、环保等原本看似不相干的行业、公司都整合在一起，并且让每一方都获益，当社会效益和环境效益转化为经济效益或经济效益附加值的时候，就会有更多人一起促进社会的改变。
商业的理念已经成型，接下来重点放在哪里呢？
“提高终端产品价值。”刘疏桐解释，“用地沟油做生物燃料，每单位温室气体会减排90%，包括二氧化硫等污染物的排放，都将大幅减少。”
虽然国内的转化技术已经可以将地沟油制生物燃料安全用到汽车、飞机上，但是大众对生物燃料的认识不够，“生物燃料质量是否合格”一类的担忧仍然存在。
刘疏桐从另一个方向去考虑这个问题。在他看来，正是因为大众对生物燃料的认知不够，不敢去使用它，导致它的价格非常低，利润不足以支撑前端收油的成本，这也是地沟油流向地下产业链的一个原因。
道兰环能的客户名单中有一些“世界五百强”企业，这些企业对自己的供应链包括交通运输，在环保方面都有一定的要求，如果能够帮助它们减少污染排放，提升环境社会价值，品牌竞争力便会相应提升。“所以目前我从商业的角度，跟这些大的集团公司合作，为它们提供生物燃料，帮助它们做节能减排，这些大企业做好了以后，有一定的示范效应，就可以更大规模地在社会上进行推动。”
刘疏桐曾在Ted演讲中说道，欧洲不只是注重产品的经济价值，而且特别关注产品的环境和社会价值，他们有非常好的鼓励机制把环境和社会价值都转化为经济价值，体现在产品上。“要知道，生物燃料在欧洲比普通柴油贵20%，为什么还有人去用？”
一方面是环保意识，一方面是欧盟的倡导，“欧盟对使用生物燃料是有一定硬性要求的。”目前，国内政府也正在做这件事，“但是它的落地非常差，” 刘疏桐说，“如果我们的方案被政府认可了，由政府进行引导，把地沟油交给我以及我的合作伙伴，就能确保地沟油被安全回收，做成生物燃料，用于比如市政交通或者商业物流中去。”
关键词：水垢，危害，系统，保养
水垢是一种牢固附着在金属表面上的沉积物，它对锅炉的危害主要有以下几点：①水垢能造成锅炉受热面损坏。水垢的导热性能很差，1mm的水垢相当于20mm后的钢板，在有水垢时，要达到无水垢相同的炉水温度，受热面管壁的温度必然要提高，当温度超过金属所能承受的允许温度时，就会引起鼓包和爆管事故。②锅炉金属表面覆盖水垢时，破坏了正常的锅炉水循环，容易引起炉管过热，同时引起沉积物下的腐蚀。③浪费燃料，由于水垢的导热性很差，燃料燃烧放出的热量不能有效地传给水，造成排烟温度升高，降低了锅炉的热效率，1mm的水垢浪费燃料3%-10%，不利于节能和环保。论文大全。④降低了锅炉的出力。⑤锅炉结垢，须经常洗炉，既影响正常的生产，游耗费大量人力、物力、同时降低锅炉使用寿命。水垢危害极大，但是热水锅炉的水垢与蒸汽锅炉的水垢结生的机理不同，蒸汽锅炉内的水垢是由于锅炉内的水质不合格造成的，而热水锅炉结生的水垢一方面来源于锅炉水，另一方面来源于管网系统的腐蚀。热水锅炉采暖系统的水主要存在于管网和用户这个大的循环系统中，因此，对于热水锅炉，在保证给水合格的条件下，加强停炉期间锅炉系统的保养，能够有效防止热水锅炉的结垢。
热水锅炉内的沉积物主要是由水垢、淤泥、腐蚀产物、和生物沉积物构成。人们通常把淤泥、腐蚀产物、和生物沉积物三者称为污垢，它们的来源主要是系统内的水循环到锅炉内造成的。论文大全。
污垢一般是由颗粒细小的泥沙、尘土、不溶性盐类的泥状物、胶状的氢氧化物、杂质碎屑、腐蚀产物、菌藻的尸体及粘性分泌物等组成。这些物质本质是不会形成硬垢的，但是，它们在水的循环过程中起到了CaCO3微结晶的晶核作用，这样就加速了CaCO3析出结晶的过程。当存有这些物质的水流经锅炉受热面时，容易形成污垢沉积物，特别是流速慢的部分（如水冷壁管）污垢沉积物更多，这种沉积物体积较大，质地疏松稀软，故称软垢。它们是引起垢下腐蚀的主要原因。当防腐措施不当时，锅炉受热面经常会有锈瘤附着，其外壳坚硬，内部疏松多孔，且分布不均。它们常与水垢、微生物、粘泥等一起沉积在受热面上。这种锈瘤状的腐蚀产物除了影响传热外，在水的循环过程中起到了CaCO3微结晶的晶核作用，加速了锅炉水垢的生成。
热水锅炉的采暖系统主要是由金属制造的，在非采暖期的大部分时间里，由于忽视保养或保养不当，整个系统一直在进行着以下几种腐蚀：
?水中溶解氧和二氧化碳引起的腐蚀：锅炉运行时，地下水中的溶解氧的浓度一般小于0.1mg/l,通过加热，热水系统中氧的浓度几乎为零，氧对于锅炉的腐蚀非常小。停炉后，由于采暖系统内缺水，整个系统内部处于潮湿的环境中，金属表面附着一层水，水中O2和CO2的浓度迅速增大，金属本身受到O2和CO2的腐蚀加快，铁的腐蚀产物增加。
?腐蚀产物引起的腐蚀：铁锈和氧气一样，可以作为腐蚀反应的去极化剂，其总的反应如下：
3微生物引起的腐蚀：由于微生物排出的黏液与无机物和泥沙杂物等形成沉积物附着在金属表面，形成氧的浓差电池，促使金属腐蚀。此外，在金属表面和沉积物之间缺乏氧，因此，一些厌氧菌（主要是硫酸盐还原菌）得以繁殖，当温度为25―30oC时繁殖更快，它分解水中的硫酸盐，产生H2S，引起碳钢腐蚀：
铁细菌是钢铁锈瘤产生的主要原因，它能使Fe2+氧化为Fe3+,释放的能量供细菌生存需：
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铁细菌又称沉积细菌，它能把水中的Fe2+转化为不溶于水的Fe2O3的水合物，作为其代谢作用的一部分而在水中产生大量的氢氧化铁。
铁细菌还通过锈瘤建立氧的浓差电池，从而引起钢铁腐蚀。
产黏泥细菌是系统中数量最大的一类有害菌，它能产生一种胶状的、黏性的或黏胶状的、附着力很强的沉积物，这种沉积物很容易附着在金属表面，并易引起垢下腐蚀。
藻类对采暖系统的危害也很大，蓝藻适宜在32―40℃，pH值=6―8.9的环境中生长，在润湿的条件下，繁殖特别快，蓝藻死后形成污泥。硅藻喜欢生长在光线较暗，温度较低的环境中，初春或者深秋大量繁殖，硅藻的细胞壁充满聚合的白色二氧化硅，他的繁殖是产生硅污泥的原因。
在锅炉运行时，这些腐蚀产物随着水的循环进入到锅炉内部，锅炉水中铁的化合物浓度和微生物产生的污泥浓度增加。锅炉水中铁的化合物的形态主要是胶态的氧化铁，也有少量较大颗粒的氧化铁和溶解状态的氧化铁，胶态氧化铁带正电荷，当锅炉本体局部地区的热负荷过高时，该部位的金属表面与其他部分的金属表面之间产生电位差。热负荷很高的区域，金属表面因电子集中而带负电荷，这样带正电荷的氧化铁微粒就向带负电荷的金属表面聚集，结果形成氧化铁垢，由于氧化铁垢的导热性很差，致使锅炉受热面的热负荷增大，产生的电位差增大，加快了氧化铁垢的形成。当金属氧化物达到一定的厚度时，由于炉膛的温度不能及时传递给锅炉水，结果就引起水冷壁管的爆破。微生物产生的污泥，一方面在锅炉内部形成泥垢，另一方面，也起到晶核的作用，加速水垢的生成。论文大全。因此，在非采暖期，加强采暖系统的保养，防止这些腐蚀产物的形成，能够有效防止热水锅炉结垢，对于锅炉的安全运行非常重要。
参考文献：⑴陈洁、杨东方编《锅炉水处理技术问答》，北京，化学工业出版社出版发行，2003年印刷。⑵中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局颁布《锅炉水处理检验规则》、《锅炉水处理监督管理规则》，北京，新华出版社出版发行，2008年。⑶张兆杰、桑清莲主编《锅炉水处理技术》，郑州，黄河水利出版社出版，2006年。 ⑷梁治齐主编《实用清洗技术手册》，北京，化学工业出版社，2005年第二版。
技术功底雄厚
生物醇油性能优越
西安老科技教育工作者协会(简称西安老科协)，成立于1983年是经西安市民政局核准登记的社团法人单位。其下属的西安老科协专利技术开发中心主要从事专利申请、技术转让、技术交流、技术开发、新技术新产品的推广与培训。中心科研实力强大，信誉有保障，拥有西北最大国内一流的专利技术文献、科技学术论文数据库和完善的技术开发服务体系。
新型生物醇油是一种新型节能环保燃料，耗量低，热量足，且无黑烟、无泄漏、无毒、无残液、无积碳，无安全隐患，使用方便，成本仅为传统燃料的1/3左右，让接产客户享有足够的利润空间。该燃料用途广，尤其适合销往饭店、学校食堂、工厂食堂、工业窑炉或锅炉等场所，市场十分广阔。生产生物醇油成本低廉，配制原料在各地化工厂、化肥厂和化工市场均可购置。新型生物醇油性能优越，热值可高达8600到10000大卡/千克，与石油液化气的热值相当，可以替代传统燃料，满足厨房烹饪需求，节省饭店、食堂、家庭的开支。
生物醇油包括醇水型、醇烃型、醇醚型各类技术配方。车用甲醇汽油技术包括低甲醇含量，不需要改车的M15和高甲醇含量的M85，以及配套车用甲醇汽油双燃料转换器和最新研发的甲醇柴油等多种节能技术。该系列技术产品大大节省了车辆出行、运输的费用。
新型灶具高效节能
令生物醇油如虎添翼
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当前，市场上普遍使用的都是传统的醇油灶具，其原理是把醇油经油管送入灶芯，采用高压风机把醇油分散雾化燃烧，这种燃烧方式，由于有一部分醇油被吹离灶芯，造成浪费，再加上强冷风气流，降低了火焰温度，消耗了部分能量，所以火力疲软。要想提高温度，只有增加油耗量。气化灶则是把醇油先通过自身系统气化为气体，高温气体在高压状态下，经多个喷嘴喷射燃烧，没有油损耗，没有热损耗，燃烧温度更高，所以节能效果更显著，可节约燃料30%到50%，且不用风机。西安老科协专利技术开发中心开发研制的生物醇油即时气化技术可实现液体生物醇油持续、稳定、充分气化后，气态燃烧。使用该技术生产的大灶、小灶、民用灶具，均不用鼓风机，和鼓风机炉灶相比，同样配方的生物醇油采用即时气化技术燃烧，可节能50%以上。无风机，不用电，气化燃烧更节能。
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关键词 生物质能源；烤烟；烘烤；应用
中图分类号 TK6 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）17-0153-03
Abstract To take advantage of the abundant biomass resources in our country adequately，relieving the status of rising costs and curing pollution，this paper reviewed the research progress of the biomass energy in tobacco curing. This study showed that applying biomass energy in tobacco curing benefits the promoting of tobacco quality，debasing the cost of flue-cured tobacco curing and reducing the pollution of curing. Currently the applied forms of biomass energy in tobacco curing included bio-coalbriquette，biomass gasification，biomass briquette and so on，different applied forms showed positive effect，which could be promoted in areas with suitable conditions.
Key words biomass energy；flue-cured tobacco；curing；application
烤烟烘烤是一个大量耗热的过程，目前烤烟生产上推广的密集烤房烘烤设备普遍采用燃煤供热，热利用率低，煤耗量高，通常1 kg干烟叶煤耗量1.5～2.5 kg标煤，而理论上的耗煤量为0.8 kg，也有研究分析指出，在密集烘烤中，火炉的热效率为64.95%，烤房热效率仅为36.08%，总的热损失达63.92%，能量浪费惊人[1-3]。
愈演愈烈的世界范围能源危机以及不断上升的能源价格，使得生产烤烟的成本不断增加，使烤烟生产的可持续发展受到严重影响。在此背景下研究烤烟烘烤节能技术，提高能源利用效率，寻找烤烟烘烤能源替代途径，降低烤烟生产成本成为烤烟烘烤研究的一个重要课题。目前，此方面的研究主要集中在烘烤设备、烘烤工艺以及新型能源烘烤燃料开发等方面，其中新型能源烘烤燃料中的生物质能源因其本身可再生性、低CO2排放、几乎不排放SO2、广泛分布性、使用形式多样、生物质燃料总量丰富等特点成为当下研究的一个热点，有望成为烤烟烘烤传统能源的有效替代品[4-5]。
1 生物质能源概述
生物质能源是植物通过光合作用将太阳能储藏在有机物中的一种可再生能源。每年全球积累的生物质总量达1 730亿t，蕴含的能量相当于目前全球总能耗的10～20倍[6]。据报道，生物质能已上升为仅次于化石能源煤、石油和天然气之后的第4位能源，占世界一次能源消耗的14%[7]。与传统直接燃烧方式相比，现代生物质能源的利用更多的是借助热化学、生物化学等手段，通过一系列先进的转换技术，生产出固、液、气等高品位能源来代替化石燃料，为人类生产、生活提供电力、燃气、热能等终端能源产品[8]。在生态环境保护方面的研究发现，提供相同能量，煤的S和NOx排放量分别是秸秆的7.00倍和1.15倍，用1万t秸秆替代煤炭能量，烟尘排放将减少100 t[9]。生物质能源作为一种可再生的低碳能源，具有巨大的发展潜力，它的开发利用对于建立可持续能源系统、促进国民经济发展、保护生态环境具有重大意义。
2 生物质能源在烤烟烘烤上的应用研究
我国拥有居世界首位的生物质能源产量，年产农作物秸秆、谷壳等总量约14亿t，如开发用于燃烧，可折合7亿t标准煤[10]。以安徽省为例，每年农作物秸秆总产量5 000万t左右，如果能开发利用其中的1/3转化为燃料，即可消耗秸秆1 700万t，约相当于建立2座年产500万t的大型煤矿[11]。目前，烤烟烘烤上研究应用的生物质多为农作物秸秆，应用方式主要有生物质型煤、生物质气化、生物质压块等，应用效果较为理想。
2.1 应用方式
2.1.1 生物质型煤。生物质型煤是指在破碎成一定粒度的煤中加入一定比例的秸秆等可燃生物质和添加剂后由高压成型机压制成型的洁净能源产品。其充分利用煤和生物质各自的优势，具有节煤和生物质代煤的双重作用，与原煤燃烧相比，生物质型煤是提高燃烧效率和减少污染的有效方法之一，目前已进入商业化生产阶段[12]。
孙剑锋等[13]利用煤和废弃的植物茎杆生产出与烘烤设备外形、尺寸大小相配套的生物质型煤。其在使用过程中容易实现配风的精准控制，进而实现与密集烤房控制系统的配套，且生物质型煤在燃烧过程中着火大小容易控制，生火及升降温速率均较快，能更好地满足烤烟烘烤工艺的需求。向金友等[14]研究秸秆与煤不同配方压块燃料在烤烟烘烤中的应用，结果发现80%秸秆+20%煤混合压块代煤烤烟完全可行。
2.1.2 秸秆煤。秸秆煤是一种新型蜂窝煤燃料，没有煤的加入，以青蒿、烟、玉米等农作物秸秆以及废弃的树木枯枝、杂草、锯末、稻壳等生物秸秆为原料，不需粉碎，在厌氧条件下碳化6～8 h，利用秸秆自然进行分解形成生物质碳，再加入黏土和其他粘合剂混合后形成。
郭保银[15]研究发现各种秸秆碳化率平均约为50%，而通过加配方后，常规秸秆等材料2 t可生产2 t秸秆煤，其秸秆煤代替煤炭烤烟的技术研究结果表明秸秆煤易点火、燃烧效果好、升温快而且无黑烟和异味，满足烤烟工艺要求，其代替煤炭及其制品在密集烤房中应用是可行的，可以进行大范围示范。
2.1.3 生物质气化。生物质气化是采用生物质气化发生装置将生物质原料在厌氧状态下燃烧转化为由氢气、一氧化碳、甲烷等组成的可燃气体。生物质气化方式在烤烟烘烤中的应用相对较多，生物质气化烤烟系统开发设计相对成熟。杨世关等[16]研究设计了一套新型烤烟设备，主要是以生物质燃气为能源，将间接换热与直接换热紧密结合，该系统的能源利用率及烟叶品质都较传统间接换热式烤房有显著提高。飞 鸿等[17]以废弃烟杆、烟梗以及各类农作物秸秆为原料采用生物质气化发生装置通过燃气发生炉进行厌氧燃烧使其热解出可燃气体，经管网送往各烤房实现自动控制烘烤烟叶。
2.1.4 生物质压块。在压强为50～200 Mpa、温度为150～300 ℃、或不加热或不加黏结剂的条件下，先将木材加工剩余物及各种农作物秸秆等粉碎成一定粒度，再压缩成块状、棒状、粒状等具有一定密实度的成型物[18]，故又称为生物质固体成型燃料。目前，此燃料在烤烟烘烤中的应用研究较为广泛。
张聪辉等[19]研究不同清洁能源对烤后烟的化学成分、质量感官以及经济效益的影响，其中生物质燃料为2012年烟杆压块能有效降低烘烤成本，提高烘烤效益，替代煤炭为主要烘烤燃料有较大的潜力。王汉文等[20]用稻壳和玉米秸秆压块成燃料进行试验，将其放在AH密集烤房进行燃烧，能降低烤烟生产成本、满足烘烤的工艺要求、改善烟叶内在品质。王文杰等[10]以花生壳为原料加工的生物质压块为供试燃料，研发了配套的生物质压块燃烧炉，研究生物质能源在烤烟烘烤中的应用效果，生物质压块及燃烧炉不仅能替代以煤炭为燃料的普通立式炉用于烟叶烘烤，而且能够显著降低烟叶烘烤成本、提高烟叶烘烤质量。倪克平等[21]研究生物质压块燃料在烟叶烘烤中的应用效果，其中生物质压块燃料是以木材加工的锯末为主原料，添加辅助化工原料后，用搅拌机搅拌成均匀的混合原料，将混合原料通过压块成型机压制成直径为2 cm的圆饼，配备自动添加燃料的整套专用燃烧炉，研究结果表明：生物质压块用于烟叶烘烤可以充分调控烤烟烘烤工艺，降低烘烤成本，节能减耗，提高烤后烟叶品质。谭方利等[22]关于生物质压块燃料以及煤炭燃料在烤烟烘烤中的应用效果对比研究表明生物质压块用于烤烟烘烤是可行的，但对于燃料添加技术要求较高。
2.2 应用效果
生物质能源在烤烟烘烤中的不同应用形式对烘烤效果的影响均较好，节能减排的同时有利于提高烤后烟叶的质量。与原煤相比使用生物质型煤烘烤烟叶，生产1 kg干烟可节约用煤约0.15 kg，每炉烟叶可节约用煤50 kg以上，节能效果显著，而且生物质型煤中煤矸石含量为零[13]。使用秸秆煤烤烟对烤后烟叶内在化学成分无不良影响，而且能够降低上部叶烟碱含量，提高上部烟叶还原糖含量，氮碱比更加协调，香气量充足，香气质好，余味明显改善，杂气减轻，刺激性减少，评吸结果较好，有利于提高烟叶内在品质[15]。飞 鸿等[17]的研究中生物质气化烘烤与传统的燃煤烘烤相比，烟叶的内在品质得到一定的改善。感官评吸结果表现为生物质气化烘烤的烟叶其杂气、香气质、干净度均优于煤炭燃料烘烤的烟叶，而且回味、劲头、湿润上也表现出一定的优势。采用秸秆压块燃料烘烤，能降低烟叶中含氮化合物含量，提高烟叶中总糖、还原糖，有利于改善烟叶化学成分的协调性[20]。谭方利等[22]的研究中生物质压块燃料与煤炭相比烤后烟叶上等烟比例提高了2.3个百分点，青黄烟、微带青烟、杂色烟比例分别下降了0.99、0.81、1.53 个百分点。
2.3 应用成本
由于烤烟烘烤中应用的生物质原料主要是废弃的秸秆，来源广泛、价格低廉，因此利用生物质能源燃料降低烤烟烘烤成本效果显著。生物质型煤的应用加上固硫剂、粘合剂以及加工成本，比同等发热量的原煤成本低100元/t左右[13]。秸秆煤在酉阳县烤烟烘烤上的应用，按当地生产水平以及市场煤炭价格计算，烘烤烟叶1 875 kg/hm2，使用秸秆煤烤烟可降低成本约750元/hm2，以此测算，若在该县进行推广应用，每年可节约煤炭1.8万t，全县烟农增收480万元[15]。飞 鸿等[17]利用生物质烘烤烟叶的研究中采用的生物质气化发生装置上料系统、流量控制系统、除渣系统均为自动化系统，烤房数量增加到100炕也只需要2人控制，自动化程度高，在大规模烘烤中将大大降低劳动成本。生物秸秆压块在烤烟烘烤中的应用成本以安徽省为例，生产干烟叶2 062.5 kg/hm2（1 875～2 250 kg/hm2），需煤炭275 kg（以500元/t计），计2 062.5元/hm2；需秸秆压块206.25 kg（以400元/t计），计1 237.5元/hm2，降低成本825元/hm2[20]。谭方利等[22]的研究中应用生物质压块燃料与煤炭燃料相比1 kg干烟成本降低0.1元。
3 结语
烤烟烘烤大量耗热且热能利用率低，传统燃料煤炭在烤烟烘烤中的应用带来环境污染的同时，由于燃料资源的紧缺烘烤成本不断增加。把我国丰富的生物质能源应用在烤烟烘烤中既能充分利用资源同时也有望解决烤烟烘烤面临的问题。
生物质能源在烤烟烘烤中的应用研究表明其可以代替煤炭燃料，而且具有清洁、能提高烤烟品质、降低烘烤成本的优点。生物质能源在烤烟烘烤中的不同应用形式中生物质型煤的原料中只是减少了煤的用量加入部分生物质，秸秆煤加工过程中的厌氧条件碳化工艺相对复杂，而生物质气化装置包括气化炉、储气罐等，与烤房配合烘烤专用设备复杂，建成后更适合大规模烘烤。其中生物质压块研究相对较多，工艺较成熟简便。生物质压块加工生产线及配套设备的开发研究中早在2010年姚宗路等[23]针对生物质压块过程中存在的系统配合协调能力差以及生产率低等问题研发设计了有强制喂料系统的成型机以及配套设备，可实现自动化大规模的生物质压块生产。生物质压块方式制成的生物质原料可以直接应用于烤烟烘烤，基本上不需要对烤房、烤炉等进行改造，应用方便。生物质能源的利用形式中生物质发电是我国目前对生物质能源应用最为广泛和普通的方式，但其在烤烟烘烤中的应用研究相对较少，是以后生物质能源在烤烟烘烤中的应用研究的一个方向[24-25]。当下的研究表明，烤烟烘烤中的传统燃料煤炭可以用生物质压块代替，应用效果较好且成本低，可以在烤烟生产上进行示范推广。
4 参考文献
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