生物燃料成分分析范文1
关键词：中国；生物质固体成型燃料；产业
0．引言
在农业和林业生产过程中，会产生大量的剩余物。例如，残留在农田内的农作物秸秆，农副产品加工后剩余的稻壳、玉米芯和花生壳等，林业生产过程中残留的树枝、树叶、木屑和木材加工的边角料等。上述农林业生物质资源通常松散地分布在大面积范围内，堆积密度比较低，给收集、运输、储藏和应用带来了一定的困难。
由此，人们提出了生物质固体成型燃料技术，即在一定温度和压力作用下，利用木质素充当粘合剂，将松散的秸秆、树枝和木屑等农林生物质压缩成棒状、块状或颗粒状的成型燃料。压缩后的成型燃料体积缩小6~8倍，能源密度相当于中质烟煤，提高了运输和贮存能力；燃烧特性明显得到改善，提高了利用效率。
生物质固体成型燃料技术是生物质能开发利用技术的主要发展方向之一，不仅可以为家庭提供炊事、取暖用能，也可以作为工业锅炉和电厂的燃料，替代煤、天然气、燃料油等化石能源，近年来日益受到人们的广泛关注。
1．国外生物质固体成型燃料产业发展经验
2005年，世界生物质固体成型燃料产量已经超过了420万t。其中，美洲地区110万t；欧洲地区300万t，现有大型生物质固体燃料成型厂285个。瑞典生物质颗粒燃料的产量约141.1万t，消费量约171.5万t，位居世界首位，生产的固体颗粒燃料除通过专门运输工具定点供应发电和供热企业外，还以袋装的方式在市场上销售，已经成为许多家庭首选生活用燃料。芬兰的木质生物质颗粒燃料发展始于1998年，原料以木材剩余物（如树皮、木屑、刨花和锯末等）为主，主要来源于木材加工厂，年生产能力达20万t。生物质固体成型燃料也成为全球贸易对象，如加拿大等林业资源丰富的国家具有非常大的生产潜力，而丹麦则是重要的消费国，国际贸易量逐步上升。目前，国外生物质固体成型燃料技术及设备的研发已经趋于成熟，相关标准体系也比较完善，主要以木质生物质为原料生产颗粒燃料，形成了从原料收集、储藏、预处理到生物质固体成型燃料生产、配送和应用的整个产业链的成熟技术体系和产业模式。
针对生物质固体成型燃料的种类、热值、灰分含量、颗粒尺寸和加热系统，各国也分别开发了不同的采暖炉和热水锅炉，而且可以应用配套的自动上料系统。家庭用生物质颗粒燃料炉灶的热效率可达80%以上；为住宅小区、学校大面积供热的生物质锅炉的燃烧效率高达90%以上。
在标准方面，欧盟固体生物质燃料标准化工作始于2000年。欧盟标准化委员会（CEN）委托瑞典标准所（Swedish Standards Institute）组建欧盟固体生物质燃料标准化委员会（CEN/TC 335），开始欧盟固体生物质燃料标准的制定工作。为了尽快服务于市场，CEN/TC 335决定首先制定技术规范（TS），此项工作的主要部分已于2006年完成，已了30个技术规范，分为术语、规格、分类和质量保证；取样和样品准备；物理（或机械）试验；化学试验等5个方面。目前，正在向欧盟标准转化，并着手制定国际（ISO）标准。
2．我国生物质固体成型燃料产业发展的条件
我国生物质固体成型燃料技术的研究开发始于20世纪80年代，已有二十多年的历史，早期主要集中在螺旋挤压成型机上，但存在着成型筒及螺旋轴磨损严重、寿命较短、电耗大等缺点，导致综合成本较高，发展停滞不前。进入2000年以来，生物质固体成型技术得到明显的进展，成型设备的生产和应用已初步形成了一定的规模。截至2007年底，国内有生物质固体成型燃料生产厂50余处，固体成型燃料生产能力约20万t/a，主要用于农村居民炊事取暖用能、工业锅炉和发电厂的燃料等。
下面，本文将针对政策法规、资源、关键技术和需求等四个方面对我国生物质固体成型燃料产业发展条件进行分析。
2.1政策法规
长期以来，党中央国务院高度重视秸秆能源化利用工作，相继出台了一系列政策法规，鼓励和支持相关产业的发展。《中华人民共和国可再生能源法》第十六条规定“国家鼓励清洁、高效地开发利用生物质燃料”。《可再生能源中长期发展规划》提出，到2010年秸秆固体成型燃料年利用量达到100万t以上；力争到2020年秸秆固体成型燃料年利用量达到5000万t。农业部《农业生物质能产业发展规划》也提出，到2010年，全国建成400个左右秸秆固化成型燃料应用示范点，秸秆固化成型燃料年利用量达到100万t左右；到2015年，秸秆固化成型燃料年利用量达到2000万t左右。《可再生能源产业发展指导目录》认为“生物质固化成型燃料技术”符合可持续发展要求和能源产业发展方向，具有广阔的发展前景，应积极开展技术研发、项目示范和投资建设活动。2008年7月,国务院办公厅了《关于加快推进农作物秸秆综合利用意见的通知》指出，“结合乡村环境整治，积极利用秸秆生物气化（沼气）、热解气化、固化成型及炭化等发展生物质能，逐步改善农村能源结构”。财政部出台了《秸秆能源化利用补助资金管理暂行办法》，拟采取综合性补助方式，支持从事秸秆成型燃料、秸秆气化、秸秆干馏等秸秆能源化生产的企业收集秸秆、生产秸秆能源产品并向市场推广。
2.2 农林生物质资源分析
我国具有丰富的生物质资源。其中，可用于生物质固体成型燃料的资源主要分为农作物秸秆、农产品加工剩余物、林业生物质资源等。现分析如下：
2.2.1 农作物秸秆资源
农作物秸秆是指在农业生产过程中，收获了稻谷、小麦、玉米等农作物以后，残留的不能食用的茎、叶等副产品。秸秆资源量与农作物产量、农业生产条件和自然条件等因素有着密切关系。通常根据农作物产量和各种农作物的草谷比，大致估算出各种农作物秸秆的产量。我国是一个农业大国，具有丰富的秸秆资源。初步估算，2006年全国稻谷、小麦、玉米、豆类、薯类、棉花和油菜等七类主要农作物秸秆理论资源量为5.43亿t（按风干计，含水量约15%），在扣除用作肥料、饲料、以及造纸、建材、编织和养殖食用菌等工副业的生产原料外，可能源化利用资源量约为2.21亿t，折合1.11亿tce。
秸秆作为农作物的副产品，受农作物产量、种植结构、收获方式等因素的影响。根据《全国农业和农村经济十一五规划》，预计到2010年，我国七种主要农作物秸秆理论资源量约6.0亿t，2020年约6.5亿t。在扣除各种用途，并在保障土壤肥力的前提下，预计到2010年我国七种主要农作物秸秆可能源化利用的资源量为1.65亿t，2020年为1.65亿t。可以看出，虽然未来我国秸秆理论资源量将有所上升，但随着畜牧业等竞争性行业的发展，可用于能源化利用的七种主要农作物秸秆资源将长期保持在1.6亿t左右。
2.2.2农产品加工剩余物
农产品在初加工过程中产生的副产品主要包括稻壳、玉米芯、花生壳、甘蔗渣等。稻壳占稻谷重量的20%，玉米芯约占穗重的20%，花生壳约占花生重量的35%，甘蔗渣是蔗糖加工业的主要废弃物，蔗糖与蔗渣各占50%。目前，上述副产品的年产量约1.3亿t，折合0.65亿tce。
2.2.3林业“三剩物”
林业“三剩物”主要包括采伐剩余物、造材剩余物、木材加工剩余物。根据对各大林区采伐地的抽样调查，采伐、造材剩余物（包括树干梢头、枝桠和树叶）约占林木生物量的40%。根据国务院批准的“十一五”期间森林采伐限额，全国每年限额采伐指标为2.5亿m3，可产生采伐、造材剩余物约1.1亿t（含水量约50%），折合干重约5500万t。根据对木材加工厂的抽样调查，综合考虑各地的实际情况，估计木材加工剩余物数量约占原木的34.4%，因此可推算出全国木材加工剩余物约为3207.9万m3，换算重量为2887.1万t（含水量约40%），折合干重约1700万t。
2.3产业化关键技术评价
2.3.1 固体成型技术
生物质固体成型技术主要分为压模辊压式成型机、活塞式成型机和螺旋挤压式成型机等几种形式。其中，压模辊压式成型机分为环模压辊成型机和平模颗粒成型机等。活塞冲压式成型机按驱动动力不同可分为机械活塞式成型机和液压驱动活塞式成型机两种类型。各类固体成型技术综合比较见表1。
目前，我国生物质固体成型的关键技术已取得突破，特别是压模辊压式成型技术，已经达到国际同类产品先进水平，有效地解决了功率大、生产效率低、成型部件磨损严重、寿命短等问题，并已实行商业化。农业部规划设计研究院和北京盛昌绿能科技有限公司联合研发的生物质固体成型燃料加工工艺与成套设备，生产率≥2.0 t/h，成型率≥95%，颗粒密度1.0～1.2 t/m3。系统运行稳定，物料适应性好，主要技术经济指标居国内领先水平，成套设备达到国际同类产品先进水平。利用该技术工艺和设备已在北京市大兴区建成了年产2万t的生物质固体成型燃料生产线并投产运行。
2.3.2 原料“收、储、运”模式
农作物秸秆通常松散地分散在大面积范围内，面广量大，涉及到千家万户，这给秸秆收购和能源化利用带来了困难。经过探索和尝试，各地因地制宜，形成了“农户+秸秆经纪人+企业”、“农户+企业+政府”等各具特色的秸秆收、储、运模式。
2.3.3 生物质固体成型燃料热利用设备
生物质固体成型燃料密度为0.8～1.2 t/m3，能源密度相当于中质烟煤，使用时火力持久，炉膛温度高，燃烧特性明显得到了改善，可为农村居民、工业锅炉及发电厂提供优质能源。固体成型燃料主要利用设备为生物质固体成型燃料炊事炉、采暖炉、炊事取暖两用炉、工业锅炉等专用燃烧设备，多采用反烧、双层炉排以及半气化燃烧等方式，也取得了一定进展，开发了各具特色的燃烧设备，并在当地进行了推广。也可以通过简单改造，将现有的燃煤工业锅炉改为燃生物质固体成型燃料。
2.4 需求分析
生物质固体成型燃料适用于农村居民炊事和采暖用能，大中城市工业锅炉、发电和热电联产等。
我国地域广阔，各地气候条件差别非常之大，主要采暖区域为严寒和寒冷地区，包括黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、山东，山西，河南、内蒙古，陕西，宁夏，甘肃，青海，新疆，等省区，人口约占全国总人口的三分之一。采暖燃料主要为秸秆、薪柴和煤，采暖设备主要为炕连灶和煤炉等，存在着浪费燃料和严重污染环境等问题。生物质固体成型燃料可为农村家庭提供室内取暖燃料，未来发展潜力巨大。考虑资源的可获得性，应重点在粮食主产区发展生物质固体成型燃料产业。
随着国家节能减排政策的实施，大中城市取缔燃煤的工业锅炉将成为必然。但如果改用燃油或天然气，则运行成本较高，长期使用难以为继。因此，将燃煤锅炉改造为燃生物质固体成型燃料锅炉则是一个可行的选择。例如，2.3.2 原料“收、储、运”模式
农作物秸秆通常松散地分散在大面积范围内，面广量大，涉及到千家万户，这给秸秆收购和能源化利用带来了困难。经过探索和尝试，各地因地制宜，形成了“农户+秸秆经纪人+企业”、“农户+企业+政府”等各具特色的秸秆收、储、运模式。
2.3.3 生物质固体成型燃料热利用设备
生物质固体成型燃料密度为0.8~1.2 t/m3，能源密度相当于中质烟煤，使用时火力持久，炉膛温度高，燃烧特性明显得到了改善，可为农村居民、工业锅炉及发电厂提供优质能源。固体成型燃料主要利用设备为生物质固体成型燃料炊事炉、采暖炉、炊事取暖两用炉、工业锅炉等专用燃烧设备，多采用反烧、双层炉排以及半气化燃烧等方式，也取得了一定进展，开发了各具特色的燃烧设备，并在当地进行了推广。也可以通过简单改造，将现有的燃煤工业锅炉改为燃生物质固体成型燃料。
2.4 需求分析
生物质固体成型燃料适用于农村居民炊事和采暖用能，大中城市工业锅炉、发电和热电联产等。
我国地域广阔，各地气候条件差别非常之大，主要采暖区域为严寒和寒冷地区，包括黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、山东，山西，河南、内蒙古，陕西，宁夏，甘肃，青海，新疆，等省区，人口约占全国总人口的三分之一。采暖燃料主要为秸秆、薪柴和煤，采暖设备主要为炕连灶和煤炉等，存在着浪费燃料和严重污染环境等问题。生物质固体成型燃料可为农村家庭提供室内取暖燃料，未来发展潜力巨大。考虑资源的可获得性，应重点在粮食主产区发展生物质固体成型燃料产业。
随着国家节能减排政策的实施，大中城市取缔燃煤的工业锅炉将成为必然。但如果改用燃油或天然气，则运行成本较高，长期使用难以为继。因此，将燃煤锅炉改造为燃生物质固体成型燃料锅炉则是一个可行的选择。例如，2007年6月沈阳市环保局出台了《关于推广生物质燃料及配套炉具的通知》，支持将原有的燃煤锅炉改造为生物质固体成型燃料锅炉。据悉，哈尔滨市和保定市也分别了类似的文件。另外，生物质固体成型燃料也可以用于发电或热电联产。
木质颗粒燃料具有燃烧效率高、自动化程度高、清洁卫生等优点，适合于别墅壁炉等高端人群的冬季采暖，也是未来一个应用方向。
3．存在的主要问题和建议
3.1 完善财政补贴政策
如前所述，财政部已经出台了《秸秆能源化利用补助资金管理暂行办法》，支持秸秆能源化利用的企业。但是，该办法要求申请补助资金的企业必须满足注册资本在1000万元以上、年消耗秸秆量在1万吨以上等两项条件。这无疑提高了申请补贴的门槛，使大多数秸秆固体成型燃料生产企业无法享受到国家的补贴政策。建议在试点示范的基础上，修改补贴标准和办法，争取将大多数项目纳入补贴范围。
3.2 加强技术研发
目前，我国生物质固体成型燃料利用过程中仍然存在诸多问题，包括农作物秸秆的收集、储运技术体系不完善，机械化水平低；成型设备机组可靠性能较差，模具磨损严重、使用寿命短，维修和更换不便，导致设备不能连续生产，故障率较高，维修频繁，只能断续小量生产；设备能耗过高；设备系统配合协调能力差，运行不稳定，目前的国内生物质成型机多为低产率的单机生产，没有形成配套的生产线；成型设备的原料适应能力差，不同的成型设备对适用原料类型、粒度和含水率要求各不相同；对秸秆燃烧过程中结渣、腐蚀等问题缺乏足够的重视，配套燃烧设备亟待完善；相关标准缺乏；缺乏成熟的运行模式可供借鉴；没有建立科学完善的服务管理体系等，如图1所示。
生物质固体成型技术的推广使用，有赖于成型设备及专用炉具生产的规模化。要通过试点工程，逐步完善现有技术，实现设备生产规模化、产业化，形成完善的设备生产、产品配送体系，在生产实践中提高并考验生物质固体成型技术的可靠性和经济性，有效降低生物质固体成型燃料的生产成本；着重从机组运行可靠性、易损件使用寿命、维修方便性、降低能耗等方面进行研发，努力降低造价，使成型机和炉具以及成型燃料尽快进入商业化阶段。
3.3 示范先行，多种模式探索
我国幅员辽阔，各地区的气候特点、资源禀赋和经济发展水平差异很大。生物质固体成型燃料技术及运行模式需要在不同地区进行技术适用性、工程应用模式以及综合配套技术的完善。建议在全国的典型地区对不同原料、不同用途、不同运行模式的秸秆固体成型燃料技术进行试点，验证工艺和设备的可靠性、可行性及适用性，为下一步大面积推广提供技术支持和管理经验。
3.4 尽快出台国家或行业标准
生物燃料成分分析范文2
分析和评估气体燃料成分的差异对生物质燃料发动机必要运行条件的影响。
解决方案
采用NI LabVIEW软件和PXI硬件测量发动机和模拟生物质气体燃料生成器的每个输入输出信号。
有机物质通过发酵和热解产生生物质气体，其中的可燃气体(例如甲烷和氢气以及一氧化碳)与非可燃气体(例如二氧化碳和氮气)相互混合。所用原材料的生物质资源种类或者气化方法的不同，以及燃料生成器内温度波动而引起的改变，都会使气体混合比产生变化。此外，生物质气体含有的热值较低的气体(氢气和一氧化碳)和不可燃气体(二氧化碳和氮气)，因此其热值低于市场上销售的气体燃料，这可能会在发动机运行时引起很多问题。
为了开发生物质气体燃料发动机，我们必须清楚燃料热值和气体成分的差异如何影响发动机的运行条件。我们对一台实验发动机完成了模拟生物质气体燃料的燃烧分析，作为生物质气体燃料发动机开发的第一步，使用的模拟生物质气体燃料是由多种气体成分以任意比例混合而成的。
在发动机运行实验中，模拟生物质气体燃料生成器为发动机提供模拟生物质气体燃料，数据采集设备采集实验数据。
使用这些装置进行发动机运行实验，同步测量信号和提高机械运行效率是实验的两个主要的难题。
测量
为了分析和评估燃料气体成分的差异对发动机运行必要条件的影响，我们测量了大量数据，如发动机运行时燃料和空气流量以及发动机各点的温度和压力。此时必须保证测量与发动机曲轴的运动同步以方便后续分析。采样率需要具有灵活性：压力信号变化剧烈，我们每一度曲轴转角采样一次(标定转速1500rpm的发动机需要9000H z的采样率)；温度变化相对较慢，曲轴每转一圈采样一次。此外，输出电压信号因传感器放大器不同而有所差异；因此，我们对每一通道进行设置以获得精确的测量。
发动机运行控制
启动发动机时，我们必须连接离合器，转动自启动电机，当燃料供给建立时断开离合器。进一步，发动机运转过程中，我们必须利用执行机构(例如气门、质量流量控制器和火花塞)调整空气和燃料流量和点火定时以实现提前设定的实验条件。在实验中同时操作多台设备并监测发动机运行状况是实验人员的一大麻烦，提高效率十分必要。
生成模拟生物质气体
7个生物质流量控制器独立监测和控制6类气体(CH4，C2H4，H2，CO，CO2和N2)以及一罐市售13A气体的流量。因此，我们必须同时控制7个控制器以生成任意混合比的模拟生物质气体，这是一个复杂的过程。
系统结构
为同时操控七个控制器，我们在发动机测量设备和模拟生物质气体燃料生成器的各个输入／输出接口统一使用NI公司的产品，并搭建发动机测量控制系统和模拟生物质气体燃料生成系统。两套系统我们都采用LabVIEW来进行软件开发。
发动机测量控制系统使用了一个NI PXI-8176控制器、PXI-6071E模拟输入多功能数据采集(DAQ)模块、一个PCI-6733高速模拟输出模块以及PX1-6602定时和数字I／O模块。测量方面，采用PxI-607IE以旋转编码器的信号为基准在每一个曲轴转角对传感器的输出进行采样。运行控制方面，我们采用Pxl-6733模块操作各执行器，例如离合器、自启动电机、节气门和质量流量控制器；采用PXI-6602生成点火信号。NI硬件统一了运行发动机时需要操作的各个设备I／O的信号。我们采用PC搭建的系统能够运行发动机并进行各种测量。
为了开发模拟生物质气体燃料生成系统，我们采用了商用桌面PC和PXI机箱，一套PXI-603lE模拟输入多功能DAQ模块，以及一套PXI-6733模块。从PXI-6733输入的电压控制各气体成分的流量，PXI-603lE测量实际流量。PC同步控制7个质量流量控制器，使得系统可以控制其中气体成分以产生任意的混合比。
结果
在测量方面，我们成功实现了对发动机曲轴运动的同步采样。另外，利用软件可以轻松的设置每通道的采样率和测量范围。只需使用PC就完成了测试，这简化了测试操作。
我们还采用LabVIEw来分析数据。从实验到分析整个过程中的所有工作都可以通过LabVIEW来完成。由于不需要进行多种语言混合编程，因而进一步节省了时间。
图2(a)是发动机测量控制程序，它具有自动处理发动机启动程序、手动控制和调节执行器至实验条件以及测量实验数据的功能。
图2(b)是设置模拟生物质气体燃料混合比程序的前面板，可以分别设置和监测7种气体的流量。我们利用这些数据对发动机性能进行分析，包括输出功率、热效率、输出功率变动系数以及燃烧特性(如燃烧起始时刻和燃烧持续期)，所用的分析程序如图3所示。
生物燃料成分分析范文3
【关键词】游泳池式反应堆；系统分析程序；异物堵塞事故
0 引言
游泳池式反应堆是将整个反应堆堆芯置于水池中。由于水池能够提供足够的冷却能力，泳池堆具有很好的安全性，因此被广泛用于反应堆特别是研究堆的设计中。然而由于泳池堆的堆水池并非完全封闭，因此，泳池堆有一定概率发生燃料组件被异物堵塞的事故，该事故是泳池堆中后果最严重的事故之一，有必要在安全分析中进行研究，并考虑此事故的应对和缓解措施。
本文将采用系统分析程序，对游泳池式反应堆的燃料组件堵塞事故进行分析，以研究泳池堆的安全性。
1 游泳池式反应堆简介
游泳池堆整个堆芯泡在堆水池内，水池结构示意见图1。
正常工况下，堆芯冷却水由上而下流经燃料组件，并从组件下部集水箱的出水管引出，从水池上部进入反应堆一回路，经过换热器后由进水管重新进入堆水池进行循环。
2 堵流事故分析
考虑到堆水池的结构，假设异物落入水池中堵塞燃料组件，将造成燃料组件冷却状况恶化，温度有可能突破限值，从而造成燃料元件熔化甚至放射性物质释放。本文将假设单盒燃料组件被堵塞，并且热通道正好位于此盒组件中，无其他任何动作触发停堆，不考虑由于慢化剂和燃料元件温度升高以及空泡引入的负反应性，分析泳池堆在一盒组件被堵塞时的安全性。
事故分析以某游泳池式反应堆为例，采用系统分析程序RELAP5/MOD3.2对此泳池堆进行模块划分。堆芯部分分为堆芯旁路、平均通道A、平均通道B、堵塞通道和热通道。正常运行时辐照孔道和堆芯旁路流量作为漏流处理。模型中还包括主泵等回路部分。
2.1 保守假设
分析时采用的保守假设：实际情况下堆热功率小于核功率，计算采用的是核功率的102%；堆芯衰变热取ANS73标准的120%；由于事故后主要是单盒组件状态发生变化，因此不考虑其引发的任何负温度效应和空泡效应，以得到更加保守的计算结果。
2.2 初始条件
堆核功率：3.5MW；
堆水池温度：318.15K；
系统冷却剂流量：1000m3/h；
热通道焓升工程因子：1.1；
燃料包壳熔化温度限值：923.15K；
燃料芯块熔化温度限值：924.15K。
2.3 分析结果
本报告中选取了不同的堵塞比例（堵塞面积占单盒组件面积的20%、50%、80%、90%及100%）进行了计算，得到以下结果并与未发生堵塞（即稳态）时的燃料包壳和芯块最高温度比较，列于表1，从结果中可以看出，当单盒燃料组件面积被堵塞90%时，燃料包壳峰值温度和芯块最高温度仍低于相应的熔化温度；燃料组件堵塞面积达到100%，及被完全堵塞时，当堵塞发生20秒后，燃料包壳峰值温度和芯块最高温度分别达到1008.2K和1028.K，超过了包壳和芯块的熔化温度，燃料元件被烧毁。
2.4 讨论
2.4.1 瞬态变化
当单盒组件未被完全堵塞时（堵塞面积20%、50%、80%、90%），随着堵塞面积的增大，燃料组件内流量逐渐减少，从而燃料元件包壳和芯块温度逐渐增大。然而，虽然燃料组件入口处被堵塞，但燃料组件内冷却剂流速较低，由堵塞的局部形阻所造成的压头损失相对较小，因此通道内流量损失较小，燃料元件包壳和芯块温度仍然远低于限值。
当单盒组件被完全堵塞时，由于各燃料组件间相互隔离，不存在组件间的横流，组件内冷却剂不断被加热，最终沸腾，燃料元件包壳和芯块温度迅速升高，如图2所示，在20秒时就超出限值，燃料元件烧毁。
2.4.2 应对措施
由系统冷却剂流量变化可以看出，发生堵流事故时无法依靠流量测量的方法进行监测，因为单盒组件即使被完全堵塞，所造成的堆芯流动阻力增加很小，而且相比于整个堆芯装载量，单盒组件被堵塞的影响很小，因此堆芯流量的几乎不变，但燃料组件冷却剂沸腾所形成的空泡变化较大，并形成流量和空泡份额的波动，可以针对此现象进行相关的监控及预警，但燃料组件温度超出限值时间仅为20秒，因此即可用于调节和控制的时间较短，但本分析并未考虑温度效应、多普勒效应和空泡效应，因此本分析的事故后果应比实际发生堵塞时的事故后果更加保守和严重。
2.4.3 纵深防御
虽然堆水池并非完全封闭，但其布置在密封厂房内，有着严格的操作规程，同时，堆水池上方盖有金属盖板，可有效的防止异物进入堆水池。
即使发生小概率的异物落入水池事件，异物堵塞单盒燃料组件面积小于90%时，反应堆仍然可以保证燃料元件的冷却。
对于单盒燃料组件被完全堵塞的情况，即使燃料元件熔化，单盒组件内的放射性物质首先进入堆水池，其中一部分可能扩散至密闭厂房，厂房通风系统均安装有放射性物质报警及净化装置，完全有能力过滤所逸出的放射性物质，保证反应堆的安全。
3 结论
通过对游泳池堆单盒燃料组件堵流事故进行的分析，结果表明：
1）当单盒燃料组件面积被堵塞比例低于90%时，燃料包壳峰值温度和芯块最高温度仍低于相应的熔化温度；
2）当单盒燃料组件被完全堵塞，20秒后，燃料包壳峰值温度和芯块最高温度分别达到1008.2K和1028.K，超过了包壳和芯块的熔化温度，燃料元件被烧毁；
3）堵流事故无法依靠流量测量的方法进行监测，可以监测空泡份额的变化；
4）泳池堆的纵深防御策略可有效的防止堵流事故发生并消除可能的放射性释放，具有很好的安全性。
【参考文献】
生物燃料成分分析范文4
关键词：天然气；燃机；运行要求
中图分类号：TM911.44 文献标识码：A
随着天然气在全球一次能源供应比重中的增大，天然气与传统能源燃煤和原油等相比，具有更清洁、热效率更高的优点，从而作为化石能源的代表被广泛应用。我国的化石能源分布无法适应各地区的经济发展情况。在我国南方，电厂已基本采用天然气发电机组作为燃煤机组电厂的替代。大量的燃油发电机组也被更新改造为天然气发电机组。天然气发电是最稳定的分布式供能方式之一，优秀的冷热电三联发电系统能够把燃气发电的有效率提高到95% 以上。在历史上，高发热值天然气一直是燃气轮机的主要气体燃料，大型的燃烧器机组应适合天然气燃烧，使氮氧化物的排放量降低，无需注入水蒸气，并能使用含有在一定范围内不同化学成分的各种天然气作为燃料气。
大型天然气发电机组的燃机，工艺结构复杂，热效率极高，一般装备两台机组即可组成中型电站。大型燃机，从启动到运行的工况都必须有严格的条件限制。燃气成分、燃气供压、燃气中可凝结液体、燃气中固体颗粒、硫等其他杂质含量、空气及水所携带污染物等都能对天然气燃机的工作造成巨大影响。
1 燃气成分要求
为了保证稳定燃烧，燃气中甲烷和惰性气体的含量应进行限制。除去惰性气体的含量，天然气成分中甲烷的含量应控制在80～98mol.%内。燃烧器按照某固定的气源调整后，天然气中甲烷含量的变化随惰性气体的增加或减少不得超过10%左右的浮动值。燃机所谓的惰性气体包括天然气中的氮气、二氧化碳等，其含量不能超过4mol.%。当惰性气体含量超高时，会产生燃烧压力波动，为了燃烧稳定，就要加大扩散燃烧的比例，这种情况下，氮氧化物的排放也会随之增加。
为了确定燃烧系统的能力，热值和比重是天然气必须要考虑的特性。它们被组合为一个指数，即燃气指数。燃气指数被定义为燃料的低位发热量与比重的平方根比率，单位为Kj/Nm3。例如标准燃料的燃气指数为35500 Kj/Nm3。通常情况下、燃气指数在47300±15%的范围内能被燃机所使用。一旦气体燃料被指定后，燃气指数的变化不应超过±5%，且其变化速率不能超过5%每分钟。
2 供气压力要求
供气压力取决于机组的结构尺寸、最低环境温度、海拔高度和使用的燃料。一般来讲，燃烧器入口处的压力值要求在2.8～4.6MPa（g）内，各厂家同级燃机的要求供气压力不同。一旦确定了入口的压力，燃机在各种运行模式下都应遵循固定的压力波动范围和压力变化速度。一般来讲，压力波动范围应在0.2MPa以内，压力变化速度不应超过0.1MPa/s。大于10Hz的压力波动峰峰值不能在连续2秒内超过0.001MPa。理论上不推荐使用带有微压振动的往复式增压机。若需使用燃气增压机时，一般应采用离心式或螺杆式增压机。
3 燃气中固液体杂质要求
气体燃料输送到燃烧系统的喷嘴时不能含有液体状态的成分，固体颗粒会使燃气喷嘴受到侵蚀、结垢和堵塞。这要求达到最高饱和温度的气液混合燃料应至少有11℃的过热度。
对于可凝结液体的去除，要求在燃料系统中就将液态的碳氢化合物除掉，这些液态碳氢化合物通常需通过设置在燃料供应线上收集器和加热器来去除。同时燃气最低的供气温度一般在5℃以上，以防止燃气管道和设备结冰。对于与燃气处理设备相连的周围燃气管道的长管段上，允许设有液体收集器，并设置适当的液位报警和停机保护装置。
燃气中含有的固体颗粒可能导致燃气喷嘴受到侵蚀、结垢和堵塞，应被严格控制。从燃气中供应到燃烧系统的固体颗粒应限制在30ppmwt以下，所有固体颗粒最大直径不能超过5μm。固体颗粒一般由沙粒、铁锈、焦油和硅石等组成。一般来说，燃气在进入燃机以前，必须安装过滤器除去所有颗粒重量比的99.5%wt和大于5μm的颗粒。
4 硫等其他杂质含量要求
以硫化氢H2S形式存在的硫的含量需控制在5 mol.%以下，这是为了限制硫化氢对燃料系统的有害影响。在余热回收利用时，硫对余热锅炉存在低温腐蚀，一般建议燃料中含硫总量（含H2S及其硫化物）最大为0.5mol%。
一般建议燃料、水和空气的微量元素总量在燃料重量基础上不能超过表1的要求。
5 空气及水中所含污染物要求
压气机入口的空气杂质会使进入热通道的杂质大大增加。为了测定污染的程度，空气与燃料质量比率乘以空气的污染物水平得到在假定的液态燃料等量基础上的污染物浓度。
同时，排放控制用水或对设备清洗时使用的水也会增加进入热通道的杂质。水所携带的污染物同空气所含污染物计算方法相同。如果杂质含量超过了要求，一般需安装水净化系统。水中污染物的类型按照活性溶解物质和全溶解物质进行分类。活性溶解物质包括硅、氯化物、铁和铜以及溶于水的氧；全溶解物质则为活性溶解物质所未包括的物质，假设其在燃烧过程中转化为氧化物，最终增加烟囱的排放物。溶解物质的质量被认为由于在燃烧过程中被氧化而加倍，并作为固体颗粒排除。水中所携带的全溶解物质的含量受到地方法规的限制。
6 燃料、空气和水的评价
在燃料使用之前，用户应提交燃料分析报告给燃机的供应商以审查并提出建议。燃料、空气和水分析报告需涵盖如下项目。
水分析包括杂质、活性溶解物质和全溶解物质的含量。
气体燃料分析包括化学组成分析、热值、杂质、供应条件、物理特性。
压气机入口空气分析包括杂质的含量。
结语
大型天然气发电机组燃机属于复杂程度非常高的核心设备。国内的生产厂家已经具备了一定的生产制造能力，但是同三菱、西门子等国外厂家的产品相比，在故障率、运行波动、维修周期等方面都存在较大差距。在工程领域，由于启动工况不合格而导致燃机无法启动的情况更是时有发生，出现这种故障将对经济民生造成巨大影响。合理的排查故障，保证以上燃机的运行工况和条件，对机组的平稳高效运行具有重大意义。
参考文献
生物燃料成分分析范文5
[关键词] 生物质流化床 飞灰含碳量高 化验方法
中图分类号： TV 文献标识码： A
1.某生物质循环流化床锅炉飞灰含碳量高情况介绍
1.1北流电厂燃料介绍
北流生物质流化床电厂锅炉为具有知识产权的120T/h高温超高压循环流化床锅炉。设计炉膛燃烧室密相区温度为822℃，锅炉设计燃料采用各种生物质，包括树木、茅草、农作物秸秆、稻壳、秸秆压块等。设计燃料水份（Mar）为28.69%，低位发热量（）为2554Kcal/kg。北流生物质电厂地处广西地区，是桉树木材加工区，长期收购燃料大部分为桉树皮、桉树边角料。此两种燃料年收购量为30多万吨，占总燃料使用量的95%以上，其中又以桉树皮为主。此种燃料水份大，低位热值低。且燃料中含有的碱金属含量较高。
北流电厂使用生物质燃料与设计燃料对比表
1.2改进前飞灰化验方法
北流电厂生物质流化床飞灰化验方法在改进前采用燃煤电厂飞灰含碳量化验方法。采用《燃煤锅炉燃烧试验技术与方法》[1]中“粉煤灰中可燃物含量的测定”方法，用失重法来进行飞灰含碳量的测定。一般认为试样的烧失量即为飞灰中碳的质量。
北流生物质锅炉飞灰含碳量测定采取的方法和燃煤机组飞灰含碳量化验方法一致。具体测定步骤如下：
（1）准确称取1g试样，置于已经灼烧恒重的瓷干锅中，放入事先升温至815± 10℃的马弗炉中灼烧2小时，取出干锅，置于干燥器中冷至室温，称重。
（2）烧失量的百分率按下式计算：
LOI=（G-G1）/G*100%
式中：G为灼烧前试样质量，g；
G1为灼烧后试样质量，g.
飞灰含碳量=烧失量。
根据燃煤电厂飞灰含碳量减重法测得北流电厂飞灰含碳量在13-17%，经多次燃烧调整试验，无法继续下降，飞灰取样颜色为灰白色，目测无炭黑颗粒。
1.3飞灰化验成份分析
北流电厂将飞灰样本委托广西壮族自治区煤炭质量监测站进行飞灰含碳量检测和飞灰成分分析，化验结果如下：
各组成的质量分数，%
北流电厂循环流化床锅炉在设计时床温在822℃，但在实际使用过程中由于燃料水份较大，床温长期维持在700-730℃间，只有燃料水份将至45%以下，床温才能上升至750℃以上。从燃烧后生物质灰的颜色为灰白色看，灰中碳颗粒含量没有检测数据那么高。进一步分析表中飞灰成分，其中碱性氧化物CaO质量分数约占飞灰成份30%，碱性氧化物K2O、Na2O的质量分数约占飞灰成份20%。此两种物质约占飞灰总质量的50%左右。因此，对飞灰进行初步分析，在815℃的温度条件下长时间进行煅烧失重，不仅仅是由于碳颗粒的燃烧失重引起的，碳酸钙在此温度下的分解失重可能是重要原因。同时，从飞灰成份中可以看到树皮、板皮中K离子、钠离子含量较高，飞灰中碱金属化合物在815℃温度下由固相转为气相也是引起飞灰失重的重要原因。
因此采用新的化验方法，既能保证检测出飞灰中含碳量，又能排除碳酸钙的分解对检测结果的影响，排除K、Na离子对化验结果的影响。同时，定量分析出以上两种物质的影响偏差比率，找出最适合生物质循环流化床飞灰含碳量化验方法。
1.北流飞灰含碳量改进检测方法
2.1试验思路介绍
北流电厂尝试采用新的试验方法来测试实际飞灰含碳量。此次实验，方法是用同一个灰样在不同温度灼烧，以观察北流飞灰重量损失，探讨飞灰中含碳量的实际大小。
第一步，用常规化验方法测定出灰样的飞灰含碳量；
第二步，用同一个灰样在不同温度灼烧，以观察北流飞灰在不同温度下的重量损失。
第三步，对飞灰在量热仪通过氧弹燃烧产生的实际热值，计算飞灰含碳量，作为常规飞灰含碳量的数据进行对比分析。
第四步，采取炉前燃料样进行500℃、700℃、815℃的灼烧试验，目的是检测生物质燃料在500℃条件下失重与815℃试验条件下失重对比分析，算出500℃的燃料燃尽比率。找出新的测定飞灰含碳量的温度。
2.2实际试验情况介绍
北流电厂飞灰实验取0.5g以及0.7g两个飞灰样品以及炉前燃料两个样品进行煅烧分析，在500℃、525℃、 550℃、600℃、650℃、700℃、815℃几个温度点有选择的进行连续灼烧，每个温度灼烧时间为2小时后称重后，继续灼烧2小时。
样品实验数据如下
2.3实验数据分析
（1）灰1（0.7g±0.1g）灰样进行了常规测定方法，测出飞灰可燃物含量为11.5%；
（2）灰1（0.7g±0.1g）灰样采取工业分析低位热值只有0.482MJ/kg（115Kcal/kg）；对应碳的热值33MJ/kg，不考虑其他物质分解放热，全部折算成碳，按质量比算出飞灰含碳量为1.47%。
（3）灰1（0.7g±0.1g）灰样在500℃以前没发生任何变化，在550℃测定的飞灰含碳量（失重质量比）在1.15%。
（4）灰1（0.7g±0.1g）灰样在550℃到850℃温度区间随着温度的升高，灰样的失重损失随着温度增高而增高。
（5）炉前燃料样1以常规测定方法测出燃料失重比例为95.2%，在500℃时候测出燃料失重比例为93.8%，在500℃的燃尽率93.8/95.2=98.6%，
（6）炉前燃料样2以常规测定方法测出燃料失重比例为94.6%，在500℃时候测出燃料失重比例为93.3%，在500℃的燃尽率93.3/95.2=98.0%，
（7）对两个样品炉前燃料的燃烧测定，在500℃时已经基本燃尽，含碳量在此温度下进行化验，失重法测定的飞灰含碳量和用低位热值校核的飞灰含碳量偏差不大，数据相差在0.32%。随着化验温度的升高，两个数据相差量越来越大，到815℃标准化验温度时，两种化验的偏差已经达到10.03%。
两种灰样在不同温度下失重曲线图
3.采用常规测定与工业分析偏差原因分析
3.1 520-750℃物质的分解
CaCO3、CaSO3、CaSO4易在520-750℃的温度区间内，碳酸盐的分解尤其是CaCO3的分解。形成CaO和CO2等气体，根据两种灰样在不同温度下的失重曲线图分析，此区间质量损失导致飞灰质量损失7-8%。在对北流电厂灰样成分分析中得到的数据，灰样中CaO质量分数约占总25-30%来折算CO2逃逸而引起的质量损失，和承重的质量损失7-8%是相适应的。
3.2 750-815℃物质的分解
飞灰中活性碱金属在高温及无机盐催化下形成碱金属氯化物。在750-980℃区间碱金属氯化物如KCl、NaCl形成蒸汽相，根据试验结果在700-815℃下失重1-2%。而在对北流电厂飞灰成分分析发现K、Na离子氧化物质量分数约占20%，氯离子含量较小，一般对桉树皮燃料中氯离子进行分析，氯离子质量分数一般在8%左右。因此由灰在815℃下飞灰活性较大引起的气相逃逸可以确认，且桉树皮飞灰质量减小因素是由氯离子含量决定的。
因此，实际飞灰含碳量应为飞灰样品按照常规化验方法化验出的飞灰含碳量减掉3.1、3.2对飞灰的影响因素，才能得到正确的飞灰含碳量。
4.结论
对于以桉树皮为主要原料的生物质流化床锅炉，由灰中物质的特殊性，在采用燃煤机组化验方法来测定飞灰含碳量时，应充分考虑化学物质的分解引起的飞灰质量减小并考虑碱性物质的气相逃逸而带来的质量的减少。因此，为避免以上两种物质在化验飞灰含碳量对结果的影响，可降低化验时的温度。目前，北流电厂采用550℃煅烧飞灰2小时，称重后再煅烧两小时恒重的办法来测定飞灰含碳量。一般飞灰含碳量测量值在2-3%之间。
生物燃料成分分析范文6
关键词 核电站；燃料棒；START-3程序；性能分析
中图分类号 T32 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)072-0166-01
1 概述
目前世界上压水堆核电站的反应堆堆芯按组件的几何形状可以分为两类，一类是正方形组件堆芯，另一类是六角形组件堆芯。对于前者国内外有很多燃料管理计算程序。由于后者在世界动力堆中占少数，故对其研究较少。田湾核电站所采用的俄罗斯WWER-1000反应堆为六角形组件压水堆，因而田湾六角形组件燃料计算程序具有重要的意义。
田湾核电站燃料性能分析人员目前正在对俄罗斯开发研制的燃料棒性能分析程序START-3进行深入学习和研究。START-3程序用于在燃料棒可用性以及商用热中子反应堆燃料许可证的研究、证明时，对稳态以及瞬态热中子反应堆全方位燃料棒的机械强度、热工物理进行计算，程序计算后可得到燃料（含钆或者不含钆）及包壳应力-应变情况；燃料温度分布；内部气体压力及组成等数据。包壳应力-应变情况包括长期力、短期力和腐蚀裂变产物根据SCC（应力腐蚀裂纹）机制下损伤积累过程。根据计算结果分析人员可以判断燃料棒的工作能力是否能够保持，预测出可能的燃料包壳破损程度，由此反馈给运行人员必要的信息，保证反应堆安全和稳定的运行。
新型的一体化可燃毒物含钆燃料组件（FAs UGF）从1994年开始已成功运行在俄罗斯设计的WWER-1000机组上。燃料棒以及含钆燃料棒的设计就是在START-3程序的帮助下进行设计的。START-3程序由全俄罗斯无机材料研究院（燃料棒设计工程单位，英文缩写为SSC RF ARRIIM）研制开发，并广泛用于WWER、RBMK和快中子反应堆燃料棒研究、设计和取证方面。
2 START-3模块介绍
在该程序模块中，燃料棒在长度方向上以及沿径向同心圆方向上均分为几个部分。辐照历史通过指定点的参数来描述，指定点之间的参数值采取线性近似的方法得到。每个燃料棒的空间部分均在有限差分解的情况下采取这种方法。将每个辐照时间段分为离散的时间间隔，这种方法是建立在参数增量计算的情况下的。燃料棒的分区示意图见图1。
图1 燃料元件分区示意图
在数学上，基于状态方程、应变兼容性条件、轴向和径向平衡方程、边界条件和初始条件的互相利用将给出程序计算的唯一解。
由非稳态下带内热源的燃料围筒的传热解决方法决定了燃料温度场的分布，同时假设在轴向和圆周向上无热传递。这种假设在一般情况下适用，因为此时径向的温度梯度比轴向和圆周向上的温度梯度大得多。
燃料包壳传热系数利用Ross-Stout经典气体传导模型计算。
对于WWER燃料在堆芯的密实化作用，START-3程序采取了基于堆芯研究分析基础上的半经验公式。
START-3程序采取的模型包括温度热量独立释放机制，热感应（thermal induced， diffusive mechanisms）扩散机制等。释热率和燃耗在径向上的分布是基于对GETERA程序计算的大量中子计算结果采取插值处理得到的。该程序模块允许根据燃料设计而引起的燃料棒材料特性的改变。此外START-3程序所用模型考虑了过程边缘效应有关的对燃料元件工作性能的影响因素。
程序提供了灵活的输出系统，可显示计算过程中的文本信息和图表信息。所有应力、变形、热能特性、燃料结构径向性质变化等等均可在辐照任一时期给出。
3 程序计算及结果验证
3.1 数据准备
START-3程序进行稳态下燃料棒性能计算时的原始数据为热工－物理室所提供的稳态循环的数据，内容为堆芯内（或者1/6堆芯）所有燃料组件的所有燃料棒不同运行时刻下的线功率方面的信息。
3.2 数据分析并建立堆芯燃料组件换料图表
根据稳态循环的数据所提供的信息，利用专门的软件进行数据文件的相关信息分析。经过分析可得知每个组件在循环末期沿组件高度方向上产生最大平均线功率QL值的截面，以及在该截面处这个组件内产生最大线功率QL值的燃料棒。通过以上分析，可基本确定出每个组件内的极值棒位。利用START-3程序对这些极值棒位进行计算，同设计准则进行对比即可计算验证燃料棒稳态运行时是否满足设计要求。
3.3 接收准则的分析以及保守参数选取
在用STAT-3程序进行计算时，计算结果应满足下列设计准则，并保持一定的裕度系数：
1）燃料极限温度不超过芯块的熔点；
2）燃料棒包壳内气体压力限值为15.7 MPa；
3）燃料棒极限线功率为448 W/cm；
4）在腐蚀性裂变产物气氛中应力腐蚀断裂限值为230 MPa；
5）燃料棒包壳直径变化限值为-0.12 mm～ +0.03 mm；
6）燃料棒的伸长限值为56 mm（不得消除燃料棒顶端同组件上管座截锥体底板之间的间隙）。
在进行程序计算时，要考虑到参数选取的保守性原则。用于热工-物理计算的燃料棒最大温度估计值的保守选择是：公差允许范围内最大的芯块同包壳的间隙值，燃料最小密度，最大量的燃料烧结，公差范围内最小晶粒度；用于燃料棒机械性能计算时燃料芯块与包壳的保守参数选择：公差允许范围内最小的芯块同包壳的间隙值，燃料最大密度，最小量的燃料烧结，公差范围内最大晶粒度。
在完成相应的数据准备和分析后便可进行程序的计算。
3.4 程序验证
START-3程序热工计算方法的验证是根据非稳定温度场的计算，以WWER-440燃料元件行为研究的试验计划的数据结果比较数值解和已有分析的基础上进行的。燃料中心温度和计算结果测量值对比表明在热工计算部分START-3程序有良好的预测能力。
辐照密实化的模型验证是用WWER-1000在役芯块的堆内研究结果来检验的。计算结果同试验结果的比较证明了计算的高度符合性。
为了校验和验证START-3的气体释放计算模型用了几组堆后研究的试验数据，它们的结构原则上与在役的WWER-1000燃料元件结构无异。通过气体释放的计算值同测量值的比较，比较结果令人满意。
4 结论
START-3程序计算精度高，具有良好的预测能力，可以应用于燃料棒性能分析方面，起到判定燃料棒工作能力的作用。
参考文献
[1]YU.K.Bibilasvili.DESCRIPTION AND VERIFICATION OF THE START-3 CODE INTENDED FOR THE MECHANICAL AND THERMAL PHYSICAL PERFORMANCE OF MUCLEAR POWER PLANT FUEL RODS,(report)Sep 1999.
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