生物燃料分析精选(九篇)

第1篇：生物燃料分析范文

1MFC的工作原理

在MFC阳极室，阳极液中的营养物在微生物作用下被分解，生成电子、质子及代谢产物。对于浮游在溶液中的微生物，产生的电子通过载体传送到阳极表面；对于附着在阳极表面的微生物，电子直接被传递到阳极表面，然后，电子通过外电路传导到阴极，质子则通过溶液穿过质子交换膜（protonexchangemem－brane，PEM）扩散至阴极。在阴极表面，处于氧化态的物质（如O2等）与阳极传递过来的质子或电子结合发生还原反应生成水。

2MFC的特点

1）燃料来源多样性MFC可以利用一般燃料电池所不能利用的多种有机、无机物质作为燃料，甚至可以利用光合作用或者直接利用污水、尿液等为燃料产电。

2）安全无污染MFC产电的唯一产物是水，对环境不会造成污染。

3）高效且连续只要阳极有源源不断的有机物供应，则MFC的产电就能够维持下去。未来MFC可以成为热电联用系统的重要组成部分，使能源的利用效率大大提升。

4）操作条件温和且无噪声MFC一般在常温、常压且接近中性的环境中工作，维护成本较低且安全性高。MFC靠电化学反应发电，其内部没有任何活动部件，因此运行的噪声很小。

5）模块化MFC采用模块化设计，各组件在制造厂生产，在现场安装，简单省时，建设周期很短。另外，由于标准化的设计，制造、安装方便，MFC的系统规模按负荷要求可大可小，容易扩容，便于根据电负荷的实际需求进行分期建设。

3MFC的关键制约因素

目前存在的制约因素有很多，对阳极而言，以具有高导电率、无腐蚀性、大比表面积、高孔隙率、生物相容性好、廉价、容易制造并且可放大等特性的材料作阳极，能够提高阳极的性能。对阴极而言，需要寻找替代Pt的催化剂以降低成本。对整体构型而言，需要寻找可放大的高效MFC反应器。MFC内阻大、微生物保持活性的温度和溶液条件范围窄、底物降解速率慢及生物膜动力学性能差是影响功率密度的主要因素。MFC的输出功率密度小（传统燃料电池为1W•cm－2）是制约其规模化应用的主要因素。

4利用MFC实现建筑节能

MFC阳极的营养物可以是废水中的有机物，也可以是人体排出的有机物。人体排出的典型有机物是尿液。MFC阳极的微生物分解尿液中的尿素产生电子，并通过外电路传导到阴极，产生的阳离子通过质子交换膜扩散到阴极，然后在阴极发生还原反应，从而形成一个完整的回路。在此过程中尿素被分解，蕴含在尿素中的化学能得以释放，并通过微生物的催化分解作用转化为高品位的电能。类似地，也可以将人体排泄的粪便进行稀释沉淀，将其中的有机物提取到溶液中，然后再利用MFC处理含有机物的溶液。利用这一技术，能够将卫生间人体排泄物转化为电能。为避免由于MFC产电不稳定损坏用电器，产生的电能可以储存在蓄电池中，经过蓄电池的放电作用为卫生间或室内的小功率用电器（如厨卫照明灯、床头灯等）供电，这样不仅从排泄的废物中提取了能量，而且减少了从国家电网中获取的电量，也降低了排泄污水的化学需氧量（COD），一举三得。将装置扩大化，能实现以一栋楼或者一个单元为单位，整合收集，集中处理。该技术直接减少了家庭从电网获取的电量，实现了家庭污水降解，回收能量，还可以实现闲时蓄电：在白天用电高峰时段，蓄电池储能的同时被用电器消耗部分电能，如果蓄电池的电被耗尽，可以继续利用电网供电；在夜间或非用电高峰时段，可以利用MFC持续为蓄电池充电，充满后，多余的电量可以并入国家电网。研究表明，该技术具有可行性，在未来具有一定的研究价值和发展前景，但还需解决如下问题：是否有能够分解尿素的微生物菌种；MFC结构是否可以适配排泄物的采集与处理同步进行；微生物能否在变化的溶液pH值区间持续工作等。

5利用MFC与其它能源耦合实现建筑节能

MFC技术可以与其它新能源、可再生能源耦合实现建筑节能。

1）MFC与太阳能光伏发电技术耦合对于别墅类的小型独立住所，可以实现自主独立供电。在屋顶或向阳面安装太阳能光伏电池板，将太阳能转化为电能；对于普通住所，可在卫生间利用MFC将人体排泄物分解，将化学能转化为电能。二者可以进行简单的并联，也可以进行串联，形成MFC－太阳能协同产电系统，有效提升系统的开路电压、短路电流、最大输出功率密度，为家庭供电提供更多电能。

2）MFC与氢能耦合通过对MFC外加电压，将装置运行模式改变为微生物电解池，在阴极回收氢气，仅消耗少量电能就能从排泄物化学能中回收高品位氢能。电解水需要的电压为1．8～2．0V，而施加在微生物电解池的理论电压为0．114V，实际施加0．25V电压即可产生氢气。因此，利用微生物电解池制氢所消耗的电能相较于直接电解水消耗的电能要少，提高了电能利用率。所制得的氢气可以输送至车库，为氢燃料电池车、氢能汽车提供动力能源，但要特别注意氢气输送的安全性。

6结语

第2篇：生物燃料分析范文

近期，笔者跟随调研组对某市水煤浆试点和生物质能颗粒燃料开展了调研工作，了解了上述清洁能源的生产、销售、使用情况，采集了有关数据资料，分析了相关问题，形成了推行清洁能源，淘汰落后锅炉，从源头上控制污染物排放，提高空气质量，改善大气环境的一些建议。

一、水煤浆的特点、优势，以及推广应用存在的问题

（一）水煤浆的特点

水煤浆是一种相对经济、洁净、可替代石油和天然气的煤基液体燃料，它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有象石油一样的流动性和稳定性，在运输、储存、泵送、燃烧等方面都与石油相近。

（二）水煤浆的优势

1、在节能方面的优势

水煤浆锅炉比普通的燃煤锅炉燃烧效率高，可从80%左右提高到95%以上，热效率也可从65%提高到85%以上。水煤浆锅炉与燃煤锅炉相比，综合节能率约15%。

2、在环保方面的优势

一是制作优质水煤浆必须选用较好的煤，在原产地经过精洗剔除杂质后运出，原料煤的含硫率和灰份低，可以从源头上减少SO2等污染物的排放。二是水煤浆锅炉采用喷射燃烧等先进工艺，煤浆燃烧较充分，烟气排放能够达到或优于国家规定的二类地区第二时段排放标准。与烧煤和重油相比，各种污染物排放浓度有较大幅度的降低。如果企业采用国家Ⅰ级标准的水煤浆，可不安装脱硫设施就能保证SO2的达标排放。三是相对燃煤而言，可以大大减少仓储、运输和燃烧过程中的扬尘，净化周边环境，减少堆煤场，节约用地。

3、在经济效益方面的优势

水煤浆锅炉与重油或柴油锅炉相比，燃料成本可节约30～50%。

（三）推广应用水煤浆存在的问题

1、水煤浆锅炉的建设成本较高。例如，我市上xxx印刷有限公司1台2吨的水煤浆锅炉，建设费用约100万，而普通的2吨燃煤或燃油锅炉建设费用约30～40万，包括安装环保设施。企业原有的燃煤或燃油锅炉不能直接改造成水煤浆锅炉，必须拆除原锅炉后重新建设，所以初期投资成本较高。

2、与燃煤锅炉相比，水煤浆锅炉燃料成本提高15～20%。

3、与传统锅炉相比，水煤浆锅炉燃烧技术相对复杂，维护要求较高。水煤浆锅炉的喷孔、点火电极、磁棒、炉膛等部位需要经常清洗、除灰。

4、某些试点单位锅炉排放的污染物浓度仍然偏高。最近采集的监测数据显示，某试点企业20吨锅炉SO2的排放浓度平均约500 mg/m3，而按照总量减排的要求，须达到350 mg/m3以下。所以20吨以上锅炉还须上脱硫设施，企业可能难以接受，推广较困难。

二、生物质能颗粒燃料的特点、优势，以及推广应用存在的问题

（一）生物质能颗粒燃料的特点

生物质能颗粒燃料是在燃烧应用上的一项科研成果。它是利用秸秆、水稻秆、薪材、木屑、花生壳、瓜子壳、苜蓿草、树皮等废弃的农作物和工业废物，经粉碎―混合―挤压―烘干等工艺，最后制成颗粒状燃料，生产过程不需添加助燃物质。

（二）生物质能颗粒燃料的优势

生物质能颗粒燃料是洁净燃烧技术发展的一次突破，其原料本身含硫量极低。它采用先进的气化燃烧方式，具有高效的燃烧效率，能将不完全燃烧热损失和化学未完全燃烧热损失降到较低，并且无需处理就可实现烟气、氮氧化物、二氧化硫等污染物的达标排放。据测算，每燃烧1万吨生物质能颗粒燃料可替代燃煤0.8万吨，减少SO2排放150吨，烟尘排放80吨。生物质能锅炉是替代燃油、燃煤锅炉的选择之一，运行成本也比燃油、燃气锅炉低。

调研组也对部分试点企业的0.7吨生物质能锅炉进行了考察和监测，监测结果初步表明，这种锅炉在无须另行治理的情况下，烟气排放达标，烟尘、二氧化硫、氮氧化物等污染物排放浓度明显较低。

（三）推广应用生物质能颗粒燃料存在的问题

1、对生物质能颗粒燃料认识不足。由于生物质能颗粒燃料在我市是一个新兴的清洁燃料行业，大多数人对生物质能颗粒产品具有高能、环保、使用方便的特性认识不够，许多用能单位根本就不知道有生物质能颗粒产品。

2、原材料供应尚未普及。生产生物质能燃料的原材料主要是秸秆、水稻秆、薪材、木屑、花生壳、瓜子壳等废弃的农作物和工业废物。珠三角地区废弃的农作物比我国北方少，木屑、锯末等工业废物的产生量虽然不少，但绝大部分已被利用为生产锯末板或刨花板等家具板材。

3、成本价格偏高。生物质能颗粒燃料成本约1000元/吨，市场价格约1200元/吨，比优质煤高出30%以上。

三、结论和建议

推广应用水煤浆和生物质能颗粒燃料能够优化我市的能源结构，可从燃料源头确保锅炉烟气达标排放，是整治黑烟囱的有效手段之一，是替代煤、油等燃料的较佳选择。

建议：1、环保监管部门对新、改、扩建锅炉在环评审批时强制使用水煤浆、生物质能颗粒燃料等清洁能源锅炉，其中2吨以上的推荐使用水煤浆锅炉，2吨以下的推荐使用生物质能颗粒燃料锅炉；2、对高速公路和主干道路两旁的燃煤燃油锅炉以行政手段推行改造，用水煤浆或生物质能颗粒燃料锅炉逐步替代现有锅炉。

四、措施

综合分析调研情况，调研组提出以下保障措施，以确保水煤浆和生物质能颗粒燃料有序推广应用。

（一）质监、工商等部门加强监管，确保水煤浆生产、销售企业给用户稳定提供优质的水煤浆，水煤浆的标准必须符合《水煤浆技术条件国家标准》中的Ⅰ级标准。

（二）由政府培育几家水煤浆生产企业和生物质能颗粒燃料生产经销企业，形成规范有序的市场竞争环境，减轻市场垄断程度，保障燃料的充足供应。

（三）综合运用经济手段、法律手段和行政手段推广应用天然气、轻柴油、水煤浆、生物质能颗粒燃料等清洁燃料。一是落实已制定的财政资金补助措施，并增加对生物质能锅炉和其它清洁能源锅炉的改造补贴；二是对现有冒黑烟企业限期治理，治理措施推荐使用水煤浆或其它清洁能源锅炉；三是以实施《珠江三角清洁空气行动计划》为契机，由政府相关部门联手，出台相关政策文件，用行政手段强制推行使用天然气、轻柴油、水煤浆、生物质能颗粒燃料等多样性清洁燃料，从根本上减少大气污染物排，改善城市空气质量。

（四）组织有关部门对水煤浆用煤产地和生物质能颗粒燃料锅炉生产企业进一步考察，掌握水煤浆和生物质能颗粒燃料的原料来源、生产、供应、环境与经济效益等情况。

第3篇：生物燃料分析范文

[关键词]喷气燃料；悬浮物；过滤；处理

中图分类号：TE622.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0055-02

喷气燃料即喷气发动机燃料，又称航空涡轮燃料，是航空燃油的一种，主要在航空燃气涡轮发动机和冲压发动机上使用。作为轻质石油产品的一种，被广泛应用于国防、民航等行业喷气式飞机。因其使用对象的特殊性和使用环境的苛刻因素，各项质量指标都有着严格要求。燃料的清洁度便是喷气燃料的严格质量指标之一，外观要求室温下清澈（无沉淀物或乳浊现象存在）透明（透明而无云或雾状现象），目视无不溶解水（自由水）及固体物质（铁锈、沙子、灰尘、纤维状物和水垢有害物质等）[1-2]。尽管燃料生产企业和航空油料经营公司在生产和储运过程中，使用了加入添加剂、沉降和过滤等手段，但是在长周期生产和储存过程中，仍有许多悬浮物污染燃料纯度，不仅关系到飞行系数，同时也给飞行安全带来了重大隐患。

一、喷气燃料污染物来源

由于喷气式发动机所处高空、低温、低气压的工作环境，需要对喷气燃料的质量做出明确要求。良好的燃烧性能和适当的蒸发性要求喷气燃料清洁度提高，包括稳定的燃烧环境，完全燃烧的燃料。但是喷气燃料在生产和储运实际操作过程中，会产生一些纤维状、羽毛状或头皮屑状的悬浮物，它们主要为由碳、氧、铝、硅、铀、铁等元素组成的化合物的混合物，其中脱除有机成分后所剩余的固体部分主要为硅、氧化合物即尘士等小颗粒污染物。悬浮物的成因有多种，如灰尘、密封材料脱落物、水分、微生物、表面活性物质、石油助剂等都能导致喷气燃料中悬浮物的形成，水分也可能给微生物或细菌提供生存环境，微生物或细菌有机体腐败也会导致喷气燃料的污染，这些腐败机体分散到油中，也会表现为悬浮物[3]。悬浮物杂质对喷气燃料的污染，不仅缩短了喷气燃料的燃烧区域，同时还易结焦，而且悬浮物的存在，保证不了燃烧条件，馏分不符合质量要求。

从目前的研究报告显示，喷气燃料的悬浮物以聚集体的形式存在于燃料中，以常规方法实施过滤分离，不能很好解决分离中的难题，尤其是悬浮物以纤维状、片状、针状或絮状的形式，以及与机械杂质、水分、表面活性物质和微生物中的一种或几种复合物的形式存在。最为困难的是悬浮物与喷气燃料的密度差异不大，悬浮物分离问题艰难。

二、喷气燃料悬浮物过滤处理方法

喷气燃料从生产到使用各个环节都有存在悬浮物污染的可能，尤其是喷气燃料中悬浮物的分离属于矿物质的固-液-液分离，在对悬浮物过滤处理时，首先要求对其相关成分进行分析，再次为了便于滤渣回收，还要通过技术手段和辅助设备对其成功分离。

（一）喷气燃料悬浮物主要成分分析

在分析喷气燃料悬浮物主要成分时，对其有机成分的分离和定形，必须用相应的辅助装置进行详细分析，才能确保悬浮物的形成机理及其过滤装置处置是否得当。在研究悬浮物成分时，先以微孔滤膜过滤分离出喷气燃料中的悬浮物，再提取悬浮物中的有机成分，为其过滤处理提供实验室依据。

分离结果显示，悬浮物主要为非烃化合物，包含有含硫、氮、氧和微金属化合物，从喷气燃料总成分来看，它们的数量和含量很少，但是对喷气燃料的质量来讲，轻微的悬浮物不仅影响其燃烧性质，同时对银片的腐蚀作用明显。

据美国专业课题研究结果显示，喷气燃料馏分以150℃～250℃的石油馏分来说，单以单体硫化物来讲，包含有硫醇类、硫醚类、噻吩类、苯并噻吩类、元素硫、硫化氢、二硫化物及多硫化物等50余种，而合格喷气燃料中对悬浮物质的管控十分严格，不允许有非烃化合物的存在。

（二）悬浮物过滤处理方法

（1）管式离心机

本研究基于悬浮物在离心机内受力和运动特点，采用管式离心机装置，对悬浮物进行富集过滤处理。如图1所示：

注：管式离心机中喷气燃料悬浮物运动方程

该装置是对喷气燃料悬浮物分离的粒径与密度的平方根公式，证明该装置可以对喷气燃料的悬浮物进行分离富集。

（2）定性定量检测过滤分析法

以过滤处理硫化物为例，建立实验室分析检验方法，依据非烃化合物中含硫类化合物的特点，采用酸、碱、水、汞洗及硝酸银实验等多种试验方法，进行卤素、氮化物的组分分析，对喷气燃料的悬浮物进行过滤处理。

定性测定：依据Q/SH03708043催化氧化微库仑法进行总硫含量的试样测定，在滴定池中与I3进行反应，并依据I3反应变化，求出硫含量。即

SO2+I3-+H2OSO3+3I-+2H+（试样中的硫含量变化与I3在滴定池中的反应）

3I-I3-+2e（I3阳极反应）

定量z测：主要以博士试验法SH/T0174的试验反应为方法，辅以硝酸银电位滴定法完成对硫醇硫的分析测定。主要制备公式有

博士溶液制备（CH3COO）2Pb+2NaOHNa2PbO2+2CH3COOH

博士溶液与硫醇作用Na2PbO2+2RSH（RS）2Pb+2NaOH

（RS）2Pb+SRSSR+PbS

经过上述方法分析可得，最终有硫化铅析出。

（3）实验室WL过滤器脱除悬浮物

WL过滤器（活性炭吸附器），是目前较为便宜的过滤装置，它透过滤纸、棉花、微孔漏斗、硅胶等过滤介质（漏斗过滤），对喷气燃料原油进行过滤。

普通过滤水质和沉渣的装置，如滤纸，可以实现真空过滤、脱脂棉可以在玻璃柱中填充5cm的高度，硅胶的强吸附性，可以在吸附柱上填充约5cm的高度，而WL过滤器在满足加压条件下，滤除的悬浮物，比其他的介质效果和成绩更为明显。WL过滤器配合喷气燃料过滤油水分离器实施同步分离，将悬浮物吸附在WL过滤器里，操作便利且节省时间。

注：过滤分离器内部安装有过滤聚结滤芯（又称一级滤芯）和分离滤芯（又称二级滤芯）。能根据用户需求，安装自动和手动排气气阀。附件配备有不锈钢放水阀、压差表、在线取样探头阀、取样接头等，应用户要求，还可配备安全阀、水面监视器、伴热装置、直读式压差计等。对于聚集滤芯：在过滤分离器的（或校准后的）最大工作流量下，当进出口压差达到了0.10MPa（1.0bar、15psi）（最大工作流量通常小于过滤器的设计流量或额定流量），应更换聚结滤芯；另外，不强制要求对滤芯进行测试，但如果对滤芯进行测试时一支滤芯失效，应更换同一过滤器中的所有滤芯。对于分离滤芯：纸质分离滤芯应与同一过滤器中的聚结滤芯同时更换；对于聚四氟乙烯（特氟龙（Teflon））涂层滤芯或合成滤芯，则在更换聚结滤芯时，应进行检查和测试，常见为淋水试验，且在进行测试前，应使分离滤芯完全被航空燃料润湿。

其主要工作原理是，喷气燃料进入过滤分离器后，首先在铝制托盘汇集，再分散进入聚结滤芯由里向外，先经过过滤层滤除固体杂质，再通过破乳层，将乳化状态的油水分离，由聚结层将微小的水滴聚结成大的水滴，成功以水滴的形式，进一步对悬浮物进行分离，沉降于集水槽内；然后未来得及聚结的小水滴靠分离滤芯的斥水作用进一步与燃料分离，沉降于沉淀槽，由排水阀排出。最后通过分离滤芯后，滤除了水份、杂质、纤维和悬浮物的洁净的燃料汇集于二级滤芯托盘，由过滤分离器的出口输送至下游。

WL过滤器对悬浮物的过滤分离，很大程度上，需要油水分离器做好最初的分离工作，而管式离心机和定性定量检测过滤分析法操作和技术含量都较高，分离成本也远远超过了预期，应用WL过滤器对喷气燃料悬浮物进行过滤处理，不失为一种便捷有效的过滤处理悬浮物装置，值得喷气燃料生产企业和航油公司采用。

结束语

本研究分析了喷气燃料中悬浮物的存在和危害，研究采用了不同的方法对悬浮物进行分析检测，包括对多种非烃类化合物的分析测定，这些方法的建立，有助于采用正确的方法对悬浮物进行过滤处理，有助于确保喷气燃料的清洁度，为安全飞行创造有力条件，值得采用正确的实验室方法和过滤处理装置实现喷气燃料的质量要求。

参考文献

[1] GB6537-2006，3号喷气燃料[S].2006.

[2] MH/T6020-2012，民用航空燃料质量控制和操作程序[S].2012.

[3] 南国枝，范维玉等.微量水分对喷气燃料中悬浮物形成的影响[J].中国石油大学学报，2007，31（2）：139-142.

[4] 熊云，袁祥波，刘晓等.储存喷气燃料中悬浮物与真菌的相关性研究[J].石油学报（石油加工），2014，30（4）：743-747.

[5] 袁祥波，陈学军，熊云等.气燃料絮状悬浮物的形成机理探讨[J].石油炼制与化工，2015，46（11）：74-77.

[6] 杨浩，熊云，和倩倩等.喷气燃料中微生物污染的研究概况[J].当代化工，2015，（6）：1377-1380，1384.

第4篇：生物燃料分析范文

【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】

第5篇：生物燃料分析范文

Abstract: The combustion experiments of cornstalk were conducted under different heating rates using the thermogravimetric analyzer. Combustion characteristic curves and combustion characteristic parameters were acquired. The research results showed that the combustion process of cornstalk can be broadly separated into three stages: evaporation of water, release and combustion of volatile, combustion of fixed carbon.The cornstalk has a advantage of low ignition, better burnout as well as high combustion rate.It was observed that the delayed temperature of ignition and burnout and raised reaction rate can be achieved with the addition of heating rate. The result showed feasibility of using first order reaction model to solve the kinetic parameters of cornstalk combustion.

关键词：玉米秸秆；热重分析；燃烧特性；动力学参数；反应性

Key words: cornstalk；thermogravimetric analysis；combustion characteristics；kinetic parameter；reactivity

中图分类号：TK227.1文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）23-0031-02

0引言

生物质是指有机物中除化石燃料外的所有来源于动、植物可再生的物质。生物质是地球上存在最广泛的物质，地球上每年生长的生物质能总量相当于目前世界总能耗的10倍，而作为能源用途的生物质仅占总产量的1%左右，开发应用潜力十分巨大[1]。我国生物质年产量巨大，农业生物质中秸秆类粮食产量2005年约为5亿吨，经计算秸秆产量约6亿吨，这些农作物秸秆中的40%左右用于饲料、肥料和工业原料，尚有60%左右可用于能源用途。因此，在我国合理利用生物质资源具有重要的意义，以目前我国的基本国情和生物质开发利用水平，直接燃烧及与其它燃料混烧是一种简单可行的高效利用生物质资源的方式之一[2]。燃烧生物质相对于烧煤来说具有低污染性，其硫、氮含量低，燃烧过程中的SOx、NOx排放较少，另外对大气的二氧化碳排放量近似等于零，可有效地减轻温室效应。

许多学者在生物质燃烧方面做了相关的研究。西安交通大学的梁爱云等[3 ]在热重分析仪上对木屑、麦秆、玉米秆和玉米芯4种生物质的燃烧特性进行了研究，提出生物质具有着火温度低、燃尽温度低、燃尽率高等优点，并通过求解表明生物质具有较低的活化能。华北电力大学的田松峰等[4]研究了玉米秸秆的燃烧特性及动力学，提出玉米秸秆的挥发分燃烧区的表观活化能和频率因子小于固定碳燃烧阶段。本文将对玉米秸秆的燃烧特性、燃烧动力学进行研究。

1实验

1.1 实验样品实验所用玉米秸秆取自当地。按照GB474-2008制取粒径小于0.2 mm的分析试样，其工业分析和元素分析见表1。

1.2 实验设备与实验方法实验所用热天平为美国Perkin Elmer公司生产的Pyris1 TGA热重分析仪，取样品5-7mg，在模拟空气气氛（O2：N2=1:4）下按设定的升温速率从室温升至850℃，气体流量为50 ml/min。玉米秸秆样品进行升温速率为10、20、50℃・min-1的燃烧实验。

2实验结果与分析

2.1 燃烧过程的分析图1给出了玉米秸秆在升温速率20℃・min-1条件下燃烧的TG、DTG曲线。表2给出了生物质燃烧热重曲线的各特征参数。其中着火温度Ti采用常用的TG-DTG外推法确定。最大燃烧速度（dW/dt）imax为DTG曲线第i阶段的最大失重峰值，其所对应的温度为Timax。燃尽温度Th定义为TG曲线不再有重量变化的起始温度。

由图1可以看出，玉米秸秆的燃烧分为三个明显的阶段，第一阶段（大致为初始温度-150℃）为水分的蒸发，第二阶段（大致为150-400℃）主要是挥发分的析出燃烧，第三阶段（大致为400-600℃）是固定碳的燃烧。生物质燃烧的DTG曲线有两个易燃峰，第一个峰值较大，这是由于生物质的挥发分较多，且具有多孔性和碳结构无序性等特点[3]，因此可燃物质主要集中在这一阶段燃烧。本文求得生物质的燃烧特性参数与文献[5]相比知，玉米秸秆较煤具有较低的着火和燃尽温度，着火温度为261℃，燃尽温度为535℃，且玉米秸秆具有较高的反应速率。

2.2 升温速率对玉米秸秆燃烧的影响图2和图3给出了玉米秸秆在不同升温速率下的TG和DTG曲线。表3给出了玉米秸秆在不同升温速率下的燃烧热重曲线的各特征参数。从图2、图3和表3可以看到，随升温速率的增大，玉米秸秆的着火温度和燃尽温度呈升高趋势，说明升温速率的增大不利于玉米秸秆的着火和燃尽，这是因为升温速率越大，试样颗粒的内外温度梯度越大，不利于挥发分的析出，从而被灰分包裹的碳也不容易与氧气接触[6]，因此不利于燃尽，同时升温速率越大，燃烧时间越短，对燃尽也有不利的影响。随升温速率的增大，试样燃烧第一阶段和第二阶段的最大燃烧速率均显著增加，且两阶段的峰值温度也呈升高趋势。这是由于在燃烧过程中，升温速率越大，试样在短时间内获得较强的热冲击，加快了试样与氧气的反应速度；同时升温速率越大，试样颗粒内外温度梯度越大，造成了反应的热滞后现象[7]，使得最大燃烧速率对应的温度向高温区移动。

其中W0、WT、Wf分别表示样品的初始质量、温度为T时的质量、反应终止时的质量。玉米秸秆燃烧过程的反应速率可用如下的

玉米秸秆的燃烧不考虑水分分为两个阶段，我们在挥发分析出燃烧阶段和固定碳燃烧阶段分别求取动力学参数。

表4为按照各试样不同阶段的关系图通过线形回归计算得到的动力学参数。本试验的动力学参数具有较高的相关系数，说明一级反应动力学模型是可行的。玉米秸秆的活化能相对较低，在挥发分析出与燃烧阶段活化能大致为60～68kJ/mol，在固定碳燃烧与燃尽阶段活化能要高一些，为120～129kJ/mol。而玉米秸秆的频率因子在挥发分析出燃烧阶段大致为5.82×104～8.72×105，在固定碳燃烧与燃尽阶段大致为1.45×108～2.92×108。并且活化能和频率因子都随着升温速率的升高而变大。

3结论

3.1 玉米秸秆的燃烧分为三个阶段：水分蒸发、挥发分析出燃烧、固定碳燃烧，其燃烧主要发生在挥发分析出燃烧阶段。玉米秸秆的挥发分含量大，灰分含量较低，易于着火和燃尽。

3.2 随着升温速率的增大，玉米秸秆的着火温度、燃尽温度和最大燃烧速率对应温度变大，即反应向高温区移动。但是玉米秸秆的最大燃烧速率随升温速率的升高显著增加。

3.3 采用Coats-Redfern 方程和一级反应模型求取了玉米秸秆燃烧反应的活化能和频率因子。结果表明一级反应动力学模型是可行的。

参考文献:

[1]曾凡阳，刘朝，王文钊等．生物质热重实验及动力学分析．工业加热，2008，37（3）：6-8.

[2]赖艳华，吕明新，马春元等．程序升温下秸秆类生物质燃料热解规律．燃烧科学与技术，2001，7（3）：245-248.

[3]梁爱云，惠世恩，徐通模等．几种生物质的TG-DTG分析及其燃烧动力学特性研究．可再生能源，2008，26（4）：56-61.

[4]田松峰，薛海亮，付小倩等．玉米秸秆燃烧特性的实验分析．电站系统工程，2008，24（1）：21-23.

[5]张海清，程世庆，尚琳琳等．生物质与煤共燃的燃烧特性研究．能源研究与利用，2007，（2）：13-16.

第6篇：生物燃料分析范文

关键词：硝基油漆稀料，燃烧残留物，色谱-质谱联用

在众多放火案件中，残留于火灾现场的助燃剂大部分是在火灾过程中经过一定时间的高温燃烧和灭火作用后的微量液体，其组成和性质在复杂的火灾过程中都有不同程度的变化[1]。因此，在火灾原因调查中，通过对火灾现场燃烧残留物的分析，来确定助燃剂的种类，能为公安消防机关认定火灾性质、火灾原因和处理火灾案件提供重要的证据。

油漆稀料也叫溶剂油，在建筑行业中应用广泛，其主要成分为甲苯、二甲苯、三甲苯以及一些醇、酮、酯类等物质，这些物质很容易挥发，对人体有很大的毒副作用[2]。由于油漆稀料沸点较低，易挥发，且燃烧后不留下痕迹，燃烧特点同汽油相似，而在一般的装饰涂料商场和油漆商店就能购买到等特点，因此越来越多地被犯罪分子用来作为放火的引燃物，给国家和人民的生命财产造成很大的损失。由于火灾现场千变万化，为了更加明确这些区别，本文采用气相色谱-质谱法对比分析油漆稀料在不同载体、不同萃取剂的条件下燃烧残留物的成份的变化情况及规律，判定现场是否有油漆稀料的存在，以便准确认定火灾原因。

1 实验部分

1.1 实验材料与仪器

1.1.1 实验材料

硝基油漆稀料（X-1硝基油漆稀料；厂家：天津宏源化工有限公司）；

载体：木材、棉布、化纤地毯、化纤布；

萃取剂：正己烷（分析纯）、乙醚（分析纯）、丙酮（分析纯）；

其它器材：坩埚、烧杯、玻璃棒、滤纸

1.1.2 实验仪器

Agiltent6890N/5973气/质联用分析仪（安捷伦科技有限公司产）；

G1701BA-B.01.00 ChemStation软件；

G1033A，D.01.00 NIST02标准质谱检索库；

HP-5MS色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25μm）。

燃烧炉（中国人民武装警察部队学院）。

1.2 实验内容及方法

1.2.1 样品的制备

硝基油漆稀料燃烧残留物的制备：取纯硝基油漆稀料1ml，倒入试样瓶内，作为硝基油漆稀料的原样，以备仪器分析，编号为CY。

取一些沙子，洗净后，放于蒸发皿内，在其上倒入硝基油漆稀料20ml，用火柴点燃，直至火焰完全自然熄灭，一般完全燃烧的时间为5分钟左右。提取燃烧残留物平均分至三个小烧杯内，分别编号，再各自加入20ml的正己烷、乙醚、丙酮进行萃取，用玻璃棒进行搅拌使其充分有效萃取，将萃取好的溶剂过滤，放在窗口通风处进行浓缩，直至浓缩到1ml时，将其倒入试样瓶内，作为硝基稀料燃烧残留物分析试样，以备仪器分析。不同萃取剂的硝基油漆稀料燃烧残留物编号见表1。

载体样品的制备：取统一规格（10cm×10cm）的木材、化纤地毯、化纤布、棉布各一块，放置在燃烧炉内，用火柴将其点燃，直至火焰完全自然熄灭，提取燃烧残留物至小烧杯内，编号后，加入20ml正己烷，充分搅拌后，过滤浓缩装瓶。不同载体样品编号见表2。

加载硝基油漆稀料燃烧残留物样品的制备：取统一规格（10cm×10cm）的木材、棉布、化纤地毯、化纤布各一块，分别在其上浇淋20mL的硝基油漆稀料，浸渍3min，等液体完全渗透后，将其分别放置在燃烧炉内，用火柴点燃，直至火焰完全自然熄灭，提取燃烧残留物至小烧杯内，编号后，加入20ml正己烷，充分搅拌后，过滤浓缩装瓶。加载硝基油漆稀料载体样品编号见表3。

1.2.2 GC-MS条件的选择与优化

在选择色谱条件阶段时，首先选择设定溶剂延迟时间。用微量注射器向气相色谱仪注入正己烷、乙醚、丙酮的混合液的空针，观察溶剂峰流出的时间。发现三种溶剂在2.80min内全部流出，故将溶剂延迟时间设为3.00min。由于收集到残留物含量较小且溶剂含量较高，故在以往的经验条件的基础上适当加大进样量。用微量注射器（1μL）吸取0.1μL样品，注入气相色谱仪，观察其在各时间段和各温度段内的分离效果，发现出峰效果良好。

根据鉴定中心以往的鉴定试验，选取其鉴定时的色谱条件为本实验的实验条件，以便在今后的实际鉴定中使用，设定溶剂延迟时间为3.00min，同时，确定GC-MS的分析条件如下：

色谱条件：He气流速1.2mL·min-1，柱前压9.91×105 Pa，分流比10： 1。采用阶梯升温的方法，将柱温从50 ℃升高到260 ℃。柱温：50 ℃（恒温2min）以10 ℃/min升到 150 ℃后，恒温2min，在以6 ℃/min升到 260 ℃，恒温10min。

质谱条件：GC-MSD接口温度280 ℃；离子源温度230 ℃，四级杆温度150 ℃；EI离子源，电子能量70eV；全扫描（SCAN）质量范围50～500 aum，选择离子扫描方式（SIM）73m/z、90m/z。

1.2.3 样品分析

以上述条件设定的仪器参数，在相同的色谱与质谱条件下，分别对12个样品进行分析测试。观察工作站界面上流出的总离子流色谱图，完成一个样品测试的时间是42.33min。

硝基油漆稀料硝基油漆稀料燃烧残留物没有设置溶剂延迟，其总离子流色谱图，见图1。

不同萃取剂萃取硝基油漆稀料燃烧残留物的总离子流色谱图，见图2～4。

不同载体燃烧残留物的总离子流色谱图，见图5～8。

加载硝基油漆稀料的不同载体燃烧残留物的总离子流色谱图，见图9～12。

2结果分析与讨论

2.1 硝基油漆稀料原样的分析

通过图1可知，硝基油漆稀料原样的主要峰有19个，且这些峰在前10min就已出完，利用G1033A，D.01.00 NIST98 标准质谱检索库对特征峰进行检索，记录硝基油漆稀料原样峰对应的化合物结构式、分子式、分子量与保留时间，见表4。

硝基油漆稀料原样的成分通过表4可以看出，主要为甲苯、C2苯、C3苯、C4苯、C5苯，也含有醇类（2.169min）、酯类（3.826min）、和醚类（6.998min）等化学成分。其中，甲苯、乙苯、对二甲苯以及乙酸丁酯的含量相对较大，丁醇、间二甲苯的含量次之，其余组分的含量很少。

2.2 硝基油漆稀料燃烧残留物萃取剂的选择

通过比较图2、图3和图4可以看出，用正己烷萃取时，共有15个主要的特征峰，且这些峰都是在保留时间3-31min内出现；用乙醚萃取时，共有7个主要的特征峰，且这些峰都是在保留时间4-26min内出现；用丙酮萃取时，共有8个主要的特征峰，且这些峰都是在保留时间4-8min内出现。利用G1033A，D.01.00 NIST98 标准质谱检索库对特征峰进行检索，分别记录用正己烷、乙醚、丙酮萃取的硝基油漆稀料燃烧残留物特征峰的化合物结构式、分子式、分子量与保留时间，见表5、表6和表7。

比对表5、表6和表7中列出的不同萃取剂萃取出的特征物质，可以看出，正己烷和乙醚都能萃取出荧蒽、芘等化学成分，正己烷还能萃取甲苯、C2苯、C3苯、C4苯、C6以及十二烷，而丙酮的萃取效果一般，仅对C2苯、C3苯有效果。综上所述，正己烷萃取出化合物的种类相对较全，故本实验选取正己烷为硝基油漆稀料燃烧残留物的最佳萃取剂。

2.3 载体对硝基油漆稀料燃烧残留物的影响

根据实际火场的案例，从火灾现场采集的油类多附着在棉纱、衣物、房间木材、装饰物等物体上，而当今市面上的衣物制品以棉布、化纤布为主要材质，木材、化纤地毯又是宾馆和家居普遍使用的装饰物，所以本实验选择木材、棉布、化纤地毯、化纤布为载体。

2.3.1 木材对硝基油漆稀料的残留物的影响

在图5中可以看到，共有13个主要的特征峰，出峰的保留时间范围为4-14min。在图9中可以看到，共有11个主要的特征峰，出峰的保留时间范围为4-13min。利用G1033A，D.01.00 NIST98 标准质谱检索库对特征峰进行检索，分别记录木材燃烧残留物和木材加载硝基油漆稀料燃烧残留物特征峰的化合物结构式、分子式、分子量与保留时间，见表8和表9。

由表5和表9对比可知，木材加载硝基油漆稀料后，硝基油漆稀料燃烧残留物原样中被保留下来的组分为1号峰（甲苯）、3号峰（对二甲苯）、5号峰（1，2，4-三甲基苯）、6号峰（对二乙苯）、8号峰（对二乙苯）9号峰（十二烷）、10号峰（1，3，5-三乙基苯）、11号峰（萘乙烯）；消失的组分为17号峰（荧蒽）、18号峰（芘）、19号峰（环戊并芘）、20号峰（苯并菲）。

2.3.2 棉布对硝基油漆稀料的残留物的影响

在图6中可以看到，共有6个主要的特征峰，出峰的保留时间范围为4-13min。在图10中可以看到，共有7个主要的特征峰，出峰的保留时间范围为4-13min。利用G1033A，D.01.00 NIST98 标准质谱检索库对特征峰进行检索，分别记录棉布燃烧残留物和棉布加载硝基油漆稀料燃烧残留物特征峰的化合物结构式、分子式、分子量与保留时间，见表10和11。

由表5和表11对比可知，棉布加载硝基油漆稀料后，硝基油漆稀料燃烧残留物原样中被保留下来的组分为3号峰（对二甲苯）、5号峰（C3苯）、9号峰（十二烷）、11号峰（萘乙烯）；消失的组分为1号峰（甲苯）、6号峰（对二乙苯）、7号峰（间二乙苯）、8号峰（邻二乙苯）、10号峰（1，3，5-三乙基苯）、17号峰（荧蒽）、18号峰（芘）、19号峰（环戊并芘）、20号峰（苯并菲）。

2.3.3 化纤地毯对硝基油漆稀料的残留物的影响

在图7中可以看到，共有6个主要的特征峰，出峰的保留时间范围为4-13nin。在图11中可以看到，共有8个主要的特征峰，出峰的保留时间范围为4-13nin。利用G1033A，D.01.00 NIST98 标准质谱检索库对特征峰进行检索，分别记录化纤地毯燃烧残留物和化纤地毯加载硝基油漆稀料燃烧残留物特征峰的化合物结构式、分子式、分子量与保留时间，见表12和13。

由表5和表13对比可知，化纤地毯加载硝基油漆稀料后，硝基油漆稀料燃烧残留物原样中被保留下来的组分为3号峰（对二甲苯）、5号峰（C3苯）、9号峰（十二烷）、11号峰（萘乙烯）；消失的组分为1号峰（甲苯）、6号峰（对二乙苯）、7号峰（间二乙苯）、8号峰（邻二乙苯）、10号峰（1，3，5-三乙基苯）、7号峰（荧蒽）、18号峰（芘）、19号峰（环戊并芘）、20号峰（苯并菲）；化纤地毯加载硝基油漆稀料后，新生成的组分为3号峰（癸烷）、4号峰（1-甲基-2，3-并环戊基苯）、5号峰（萘）。

2.3.4 化纤布对硝基油漆稀料的残留物的影响

在图8中可以看到，共有5个主要的特征峰，出峰的保留时间范围为4-13min。在图12中可以看到，共有7个主要的特征峰，出峰的保留时间范围为3-13min。利用G1033A，D.01.00 NIST98 标准质谱检索库对特征峰进行检索，分别记录化纤布燃烧残留物和化纤布加载硝基油漆稀料燃烧残留物特征峰的化合物结构式、分子式、分子量与保留时间，见表14和15。

由表5和表15对比可知，化纤布加载硝基油漆稀料后，硝基油漆稀料燃烧残留物原样中被保留下来的组分为2号峰（乙苯）、5号峰（1，2，4-三甲基苯）、9号峰（十二烷）、11号峰（萘乙烯）；消失的组分为1号峰（甲苯）、6号峰（对二乙苯）、7号峰（间二乙苯）、8号峰（邻二乙苯）、10号峰（1，3，5-三乙基苯）、17号峰（荧蒽）、18号峰（芘）、19号峰（环戊并芘）、20号峰（苯并菲）；化纤布加载硝基油漆稀料后，新生成的组分为1号峰（乙酸丁酯）、4号峰（萘）。

2.4 讨论

通过对比表5、表9、表11、表13、表15，找出硝基油漆稀料原样燃烧残留物与硝基油漆稀料分别在木材、棉布、化纤地毯、化纤布这四种载体上燃烧残留物的共同组分，得出C2苯、C3苯、十二烷、萘乙烯在不同载体上都稳定出现，故可将这些组分作为火灾现场判断是否存在硝基油漆稀料的判据。

3 结论

对上述所有分析的结果汇总如下：

（1）硝基油漆稀料原样中的主要成分为：丁醇、甲苯、乙酸丁酯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、2-丁氧基乙醇、1-甲基-2-乙基苯、1，2，4-三甲基苯、1，1-二甲氧基环己烷、1，3，5-三甲基苯、环丙基苯、1-甲基-3-丙基苯、1，5-二甲基-3-乙基苯、1，5-二甲基-2-乙基苯、1，2，3，5，-四甲基苯、1-甲基-2，3-并环戊基苯、萘、1，2，4-三甲基-6-乙基苯。

硝基油漆稀料燃烧残留物中的主要成分为：甲苯、乙苯、对二甲苯、邻二甲苯、1，2，4-三甲基苯，对二乙苯、间二乙苯、邻二乙苯、十二烷、1，3，5-三乙基苯、萘乙烯、荧蒽、芘、环戊并芘、苯并菲。

（2）本实验通过用硝基油漆稀料在木材、棉布、化纤地毯、化纤布上燃烧残留物的特征化合物与纯硝基油漆稀料燃烧残留物的特征化合物进行对比，得到C2苯、C3苯、十二烷、萘乙烯，这四种物质在不同载体中都稳定出现，可作为判断火灾现场是否存在硝基油漆稀料的判据。

（3）木材加载硝基油漆稀料后，纯硝基油漆稀料燃烧残留物中被保留下来的组分为甲苯、C2苯、C3苯、C4苯、C6苯、十二烷、萘乙烯；消失的组分为荧蒽、芘、环戊并芘、苯并菲。

棉布加载硝基油漆稀料后，纯硝基油漆稀料燃烧残留物中被保留下来的组分为C2苯、C3苯、十二烷、萘乙烯；消失的组分为甲苯、C4苯、C6苯、荧蒽、芘、环戊并芘、苯并菲。

化纤地毯加载硝基油漆稀料后，纯硝基油漆稀料燃烧残留物中被保留下来的组分为C2苯、C3苯、十二烷、萘乙烯；消失的组分为甲苯、C4苯、C6苯、荧蒽、芘、环戊并芘、苯并菲；新生成的组分为萘、癸烷、1-甲基-2，3-并环戊基苯。

化纤布加载硝基油漆稀料后，纯硝基油漆稀料燃烧残留物中被保留下来的组分为C2苯、C3苯、十二烷、萘乙烯；消失的组分为甲苯、C4苯、C6苯、荧蒽、芘、环戊并芘、苯并菲；新生成的组分为萘、2-丁氧基乙醇。

参考文献

[1] 田桂花， 冬志宝， 邓震宇. 高效液相色讲（HPLC）在火灾原因鉴定中的应用. 2004（5）.296-298

第7篇：生物燃料分析范文

关键词：滚筒干燥器；能耗；离散元；核主元分析

中图分类号：U415.52文献标志码：B

Abstract： High energy consumption in the process of heating and drying is a crucial problem for rotary dryer. Relationship between structural parameters of the blades and characteristics of material curtain distribution was studied based on tests. A simulation model of rotary dryer and material curtain was established based on discrete element method. Optimization of intertooth space of blade， tooth width and folding angle was realized， with the result being 39 mm， 40 mm and 128° respectively. Prediction model of energy consumption was built on support vector machine. The prediction error is about ±5%， meaning the optimization of the drying process and production parameters of rotary dryer could be achieved.

Key words： rotary dryer； energy consumption； discrete element； kernel principal component analysis

0引言

国内外对滚筒干燥器的节能、环保技术及热效率方面都进行了深入的研究，取得了丰富的研究成果[1]。Andrew Hobbs等人以数值模拟的方式，通过离散元和空气流场的耦合（DEMCFD）分析了固体颗粒在滚筒干燥器内运动情况，得到令人满意的结果[2]。M.Kwapinska基于离散单元（DEM）和连续介质方法对自由流动颗粒在水平旋转干燥器中的传热进行了仿真，所构建的DEM模型与连续介质法得到的结果基本一致[3]。孙祖望教授分析了热拌混凝土连续式相比于间歇式搅拌设备的优点以及不同的滚筒参数与加热方式对沥青混合料的影响[4]。江苏大学的田晋跃等利用流体分析理论对滚筒干燥器内流体运动及温度分布进行了研究，基于热效率实现了滚筒干燥器结构参数优化设计。黄志刚等人对颗粒物料在滚筒干燥器内的传质和传热过程进行了数值模拟和试验研究，模拟结果和试验结果较为吻合[510]。长安大学的李海鹏等人对滚筒干燥器的热效率进行了三维仿真分析，仿真结果提高了干燥滚筒的热效率。Jullien研究了操作参数对回收沥青在搅拌过程中的能耗和排放的情况。U. amdal在研究中发现沥青对烟气中的有机物排放有一定影响。从对环境影响的角度，美国的一些科研机构对美国的几百个沥青搅拌站进行了系统的统计研究。Paranhos研究了沥青搅拌站的污染物排放的测量方法，通过集中相关气体的测量结果对热拌沥青的效率进行预测。

针对滚筒干燥生产过程中能耗问题，国内外学者取得了显著的研究成果，但是关于结构和生产参数对能耗和排放影响的系统研究较少[1121]。本文通过试验研究了关键的结构和生产参数对能耗和排放的影响机理；滚筒干燥器内的料帘分布特性对能耗和排放有至关重要的影响，对滚筒干燥器进行离散元建模，基于料帘分布面积和均匀性，实现结构和生产参数优化设计；在线检测滚筒干燥生产过程中的状态参数，提取影响能耗和排放的有效特征，建了能耗和排放的支持向量机模型，并对模型参数进行了优化，实现生产过程中操作参数的优化。通过结构、生产和操作参数实现了滚筒干燥过程的节能、减排。

1滚筒干燥器的结构及存在的问题

1.1滚筒干燥器的结构

本文研究的滚筒干燥器结构如图1所示，内部主要由进料区、料帘区和出料区等组成，燃烧器安装在出料区，采取逆流式加热方式。需要加热的物料由进料口加入，进料区中有含料叶片，含料叶片使物料紧贴滚筒内壁，通过叶片的导料作用使物料顺利进入料帘区；料帘区由大量的扬料叶片组成，扬料叶片在滚筒的转动下使物料沿着径向形成均匀的料帘，燃烧器在滚筒内形成的热气流和料帘充分接触，带走物料中的水，从而达到物料干燥的目的。因此，在扬料区形成的料帘分布特性直接决定了干燥效率和能耗。干燥好的物料在出料区含料叶片和燃烧器火焰的作用下紧贴滚筒内壁被加热到设定的温度，同时物料也对滚筒壁起到保护的作用，避免燃烧器火焰和滚筒壁直接接触，导致滚筒变形。

1.2物料干燥、加热过程中存在的问题

物料干燥过程中的能耗和排放主要取决于燃烧器的燃烧效果和干燥滚筒的结构。燃烧器的燃烧效果主要和配风量、燃油品质、油温、滚筒内正负压、燃烧器的机构参数等有关，燃烧效果直接影响烟气的排放。滚筒干燥器的料帘分布不均匀将产生风洞，会导致热气流排除过多而带走过多的热量，同时烟尘温度过高又会直接烧毁除尘布袋；料帘太厚时，烟尘无法排除，同时热气流和物料之间交换不充分，烟尘温度过低将导致除尘布袋冷凝，从而堵死除尘布袋，因此料帘的分布特性对物料干燥效果、节能环保至关重要。料帘分布特性与扬料叶片结构、滚筒运行参数等密切相关，实际工程中需要通过大量的试验才能确定最优的料帘分布方案。若使用的渣油品质波动较大，将导致配风量的波动，从而影响燃烧效率。滚筒的正负压直接影响燃烧器火焰的形状，燃烧器火焰形状的改变对物料加热、干燥效果影响明显，出料温度、烟尘排放温度对能耗和排放也具有重要的影响。一直以来，物料干燥过程的操作参数需要在工地不断地调试，如果几个参数同时影响，操作参数的调试将更加复杂，需要提取影响能耗和排放的有效特征向量，明确各种生产参数的影响机制。

2能耗影响因素试验研究

2.1叶片滚筒干燥器结构对能耗的试验研究

研究表明滚筒干燥生产过程中的能耗与叶片结构、生产状态参数及燃烧器结构相关，本文以同一种燃烧器，通过试验研究了不同的扬料叶片和生产状态参数（物料温度、一级烟道温度、配风量及生产率）对能耗的影响关系。分别改变扬料叶片的折弯角θ、齿间距A、叶片宽度L，如图2（a）所示。扬料叶片的结构参数对能耗的影响如图2（b）所示。试验采用自行研制的小滚筒，生产率为5 t・h-1。燃烧介质采用渣油，试验中油耗的测量采用悬挂的称重传感器，对渣油用量实时计量；物料最大粒径为15 mm，保持所有的状态参数不变，采用了不同结构参数的扬料叶片，每次测试时间为10 min；试验中通过调整出料时间来保证出料温度为180 ℃，物料粒径为6～15 mm。由图2（b）发现，当叶片宽度从5 mm增加到80 mm的过程中，油耗有较大的变化，叶片宽度L=40 mm时油耗最低，这主要因为宽度不同，叶片承载物料的能力也不同。短叶片承载能力差，从而形成的料帘厚度较薄，热气流直接穿过料帘，热量损耗大；如果宽度大，叶片的承载能力虽然较大，但是物料下落倾角增大，导致料帘在一侧形成较大的风洞，热气流直接从风洞流出，从而增加能耗。齿间距的大小和物料的粒径大小直接相关，随着齿间距增大，物料在一侧的抛撒量增大，在另一侧抛撒量减小，容易导致料帘形成风洞，和叶片宽度的情况类似导致能耗增加。折弯角不同将导致物料抛撒起始角度不同，从而影响料帘的分布特性和能耗。

2.2状态参数对能耗的试验研究

滚筒干燥器的干燥过程状态参数对能耗有重要的影响，如物料的出料温度、烟尘的温度等。渣油的温度、配风量等对燃烧器的燃烧效果也有影响。试验中以某公司生产的燃烧器配合试验用滚筒干燥器，物料温度采用红外测温仪测量，保证温度测量实时性；配风量的风机采用变频控制，通过改变频率调节配风量的大小；入料量采用皮带秤计量，入料量减去粉尘重量即为单位时间内的出料量。分别对上述状态参数和实际能耗之间进行回归分析，分析结果如图3所示。图3（a）为燃烧器配风量和能耗之间的回归分析，可以发现配风量较小时，燃烧器燃烧不充分，同时和物料的热交换不充分，能耗较高。随着配风量的增加，燃烧器的燃烧效果逐步改善，能耗下降。继续增加配风量时，能耗开始增加，主要因为配风量增加导致空气过剩系数增大，通过烟尘排出更多的热量，从而使能耗增加，因此燃油供给量和配风量比值（风油比）必须取合适的值。图3（b）为出料温度和能耗的回归分析，基本为线性正比关系。图3（c）为生产率和能耗的关系，生产率较低，滚筒内未充满物料，料帘分布特性较差，使排出的烟尘热量损失大，生产率在5 t・h-1时，干燥能耗最小，生产率进一步增大导致热气流和物料热交换变差，从而增加能耗。为了使燃烧介质燃烧充分，需要对渣油进行雾化，增加雾化压力有助于减小油雾的粒径，使燃烧更加充分，减小能耗。但雾化压力过高会使油枪出口速度过快，造成火焰不稳定，甚至直接断火，同时把油顶回去，造成出油量减少，增大空气过剩系数，从而增加能耗。

3干燥系统结构参数优化

3.1滚筒干燥器料帘特性离散元仿真

对滚筒干燥器进行离散单元法建模，设定模型参数：接触模型为HertzMindlin，颗粒密度为2 900 kg・m-3，颗粒直径为 10 mm，颗粒的杨氏模量为138×107，颗粒泊松比为 025；滚筒为几何体，几何体密度为7 800 kg・m-3，几何体杨氏模量为 75×107，几何体泊松比为 03；颗粒之间的恢复系数为045，颗粒之间的滑动摩擦系数为055，颗粒之间的滚动摩擦系数为03，颗粒和几何体之间恢复系数为05，颗粒和几何体之间滑动摩擦系数为045，颗粒和几何体之间滚动摩擦系数为03；仿真时间步长为0001 s，颗粒生成量为135 kg・s-1。为了评价料帘的分布特性，沿水平方向取15个单元体，如图4（a）所示。对每个单元体在单位时间内通过的颗粒数进行统计，单元体内颗粒个数的分布均匀性能表征料帘特性，仿真试验过程中滚筒干燥器的\行参数和实际试验一致。图4（b）为齿间距不同的情况下料帘的分布特性，齿间距在30～425 mm时，料帘分布的均匀性较好，如齿间距较小或较大会分别在左侧和右侧形成风洞，从而影响干燥效果，与回归分析结果基本一致。图4（c）为不同齿宽下料帘分布特性仿真结果，叶片宽度为40 mm时，料帘分布均匀性最好，和能耗的回归分析结果基本一致。图4（d）为扬料叶片折弯角不同的料帘分布特性仿真结果，折弯角在120°～135° 时，料帘分布均匀性较好，上述的回归分析过程中折弯角在130°时能耗最小。

3.2滚筒干燥器料帘分布特性试验

为了验证上述料帘分布离散元仿真结果正确性，设计了滚筒干燥器扬料叶片试验平台，主要由滚筒、扬料叶片、物料运输机及高速摄像系统等组成，如图5所示。对上述仿真的不同参数叶片进行试验研究，试验过程中采用高速相机在线提取料帘分布图像，对图像进行灰度、降噪滤波和分割等处理，并对整个料帘图像的孔隙率进行识别，以孔隙率表征料帘分布特性。图5和图6对比了实际和仿真的料帘分布特性，通过对比反复调整颗粒颗粒、颗粒叶片之间的摩擦系数，直到料帘分布特性接近，确定离散单元法仿真模型参数。

4滚筒干燥器生产参数优化

4.1干燥器生产参数核主成分分析

核主元分析通过非线性映射Y=Φ（x）将输入空间的样本x1，x2，…，xn映射到高维特征空间，在高维特征空间进行主元分析，从而提取样本的非线性信息，假设映射数据的协方差矩阵为

通过粒子群算法（PSO）对公式（5）进行优化，设定前3个核主元累积贡献率为90%。选择滚筒干燥器中燃烧器配风量、出料物料温度、生产率、燃油雾化压力、烟尘温度、燃油温度作为生产参数，风机变频控制的频率代表配风量，将6组生产参数进行归一化处理；对处理后的数据进行核主元分析，通过粒子群算法对核参数σ进行优化，得到当前3个核主元累积贡献率为90%时σ=0253；取前3个核主元导入预测模型，对滚筒干燥器的燃油消耗进行预测。

4.2生产参数对能耗影响预测

采用最小二乘支持向量机对某滚筒干燥器的能耗M行建模分析和预测，最小二乘支持向量机将其学习问题转化为解线性方程组。对上述的核主成分分析的前3个主成分，取前20个样本和对应的实测油耗作为训练数据集（xi，yi），i=1，…，20， xi为前3个核主成分向量，yi为实测油耗。利用高维特征空间的线性函数y（x）=WTφ+B拟合输入样本集，其中映射函数φ（・）将数据从输入空间映射到特征空间，将非线性拟合转换成线性拟合，上述回归问题转化成约束优化问题。

5结语

热拌混凝土搅拌过程中对物料进行干燥、加热将产生大量的能耗和污染物排放，优化滚筒干燥器结构参数和操作参数能有效降低能耗。通过试验对滚筒干燥器中影响能耗的结构参数和生产参数进行分析，构建滚筒干燥器和物料离散元模型，对影响干燥效果的扬料叶片结构参数进行仿真优化，得到当齿间距为30～42.5 mm、叶片宽度为40 mm、折弯角为120° ～135° 时，扬料叶片产生的料帘分布特性最优，物料干燥过程中能耗最低。对热拌混凝土搅拌过程中生产状态参数采用核主元分析提取影响能耗的状态特征参数，通过优化取前3个核主元，构建滚筒干燥过程能耗预测支持向量机模型，预测能耗与实测能耗误差小于5%，通过预测模型能实现生产状态参数优化，降低能耗。通过叶片结构和生产状态参数优化能有效降低滚筒干燥过程中能耗。

参考文献：

[1]李海鹏，孔德勇，王鹏.滚筒干燥器内流场和传热过程的数值模拟[J].工程机械，2011，42（6）：2023.

[2]孙祖望.连续式沥青混合料搅拌工艺的发展与新型的双滚筒搅拌设备[J].建筑机械，1999（11）：2429.

[3]田晋跃，翟云峰，程一鸣，等.再生沥青拌合烘干滚筒的温度场数值模拟[J].中国工程机械学报，2007， 5（3）：267271.

[4]黄志刚.转筒干燥器中颗粒物料传热过程的数值仿真与实验研究[J].机械设计与制造，2006（1）：2426.

[5]孙祖望.沥青搅拌设备的节能减排[J].建筑机械技术与管理，2011（6）：4144.

[6]李友荣.提高对流干燥系统热效率方法的研究[J].化工装备技术，1996，6（17）：2830.

[7]谢立扬.沥青搅拌设备节能减排研究现状及设备存在问题[J].建筑机械，2012（2）：2531.

[8]郭永亮.搅拌设备烘干筒叶片对骨料加热特性影响研究[D].西安：长安大学，2012.

[9]黄志刚.转筒干燥器中颗粒物料流动和传热传质过程中的研究[D].北京：中国农业大学，2004.

[10]张瑞芬.烘干滚筒传热分析及内部叶片的设计[J].建筑机械技术与管理，2011（9）：108113.

[11]黄泽森.回转烘干机物料运动分析及扬料板设计[J].建材工业技术，1994，9（1）：2022.

[12]谢立扬，王 雪，张晨光.沥青搅拌设备烘干筒物料颗粒运动分析[J].筑路机械与施工机械化，2011，28（10）：5760.

[13]刘建寿，赵建树，朱建平.回转烘干机新型组合式扬料板的技术研究与试验[J].矿山机械，1998（1）：5758.

[14]梁路，李旭宇，王清泉.沥青拌合设备烘干筒内物料烘干加热时间研究[J].公路与汽运，2011（1）：108110.

[15]淮秀兰，王立，倪学梓. 粒状物料干燥过程中的传热传质分析[J].北京科技大学学报，1998，20（10）：484487.

[16]单丽岩.基于粘弹特性的沥青疲劳流变机理研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.

[17]孙祖望.连续式沥青混合料搅拌工艺的发展与新型双滚筒搅拌设备[J].建筑机械，1999（8）：1115.

[18]孙祖望，连续式沥青混合料搅拌工艺的发展与新型双滚筒搅拌设备[J].建筑机械，1999（11）：2429.

[10]王浩.传统沥青硅拌和设备的再生工艺改造及热效率研究[D].镇江：江苏大学，2007.

第8篇：生物燃料分析范文

关键词: 生物质; 煤; 燃烧特性; 研究；热分析

中图分类号： O643.2+1 文献标识码： A

引言

随着世界各国经济的不断发展，能源的资源和供应问题越来越突出，给经济和社会的进一步发展带来很大压力。与此同时，全球环境状况恶化、全球暖化、气候异常、重大自然灾害等现象也越来越严重，向人类发出了警钟，促使人类更加关注能源利用所产生的问题、更加紧迫地考虑可再生能源的发展和利用问题。

我国农业废弃生物质资源丰富，每年约有7亿吨的农作物秸秆和约1亿吨的林业采伐和加工厂的废弃生物质。利用生物质直燃发电，是一种新型、环保可再生能源方式，是缓解国内当今能源短缺的重要途径；生物质是仅次于煤的第二大能源。我国是一个由于烧煤而引起的污染排放很严重的发展中国家,因此发展生物质与煤混合燃烧这种既能脱除污染,又能利用再生能源的廉价技术是非常适合中国国情的。下面将具体介绍生物质与煤混烧的部分燃烧特性研究。

1、实验部分

1. 1 实验设备

实验采用STA409PC 型热分析仪,该仪器采用微机程序自动控制,实验可以用空气、N2 或O2 为载体,气体流量、升温速度及终温均可通过计算机设置. 盛装样品坩埚为D6 mm ×4 mm 的氧化铝坩埚.

1. 2 样品制备

实验煤样为义马煤( YM) 、鹤壁煤( HB) ,生物质为玉米秸秆和木屑. 原料煤粒径为0. 2 mm～0. 4 mm ,生物质粒径为0. 4 mm～1 mm.用分析天平称取煤样和生物质样品,按生物质占混合物总重量的20 % ,40 %和60 %配比混合均匀,然后取15 mg～20 mg 的混合物或纯样品进行热分析。

1. 3 实验条件及过程

实验初始温度为室温,终温为950 ℃,工作气氛为N2 和O2 ,气体总流量为100 mL/ min. 除特别说明外,N2 流量为80 mL/ min ,O2 流量为20 mL/ min ,升温速率为20 ℃/ min. 实验考察了煤种、生物质种类、生物质添加比例、升温速率等对燃烧过程的影响。

2、实验结果与讨论

从图1( a) ~ ( d) 可以看出, 单一生物质、生物质与煤混烧的情况下, 燃烧明显的分成两个阶段。对于单纯生物质来说, 燃烧主要集中在前期温度较低的阶段; 在煤和同一种生物质混合燃烧的情况下, 随着煤粉的混合比例增加, 燃烧逐渐集中于后期阶段。而对于单一的煤燃烧来说, 在DTGA 曲线上只有一个大的尖峰区域。这是由于生物质中含有大量的挥发分, 燃烧前期的强度很高, 后期阶段相对较弱; 而煤粉则相反; 当煤和生物质混烧时, 则平衡了整个燃烧过程。

着火温度是燃料氧化反应速度突变的温度,表观现象是燃料发生着火时的温度,是衡量着火特性的重要特征点. 着火特性反映燃料的着火难易程度,着火性能的好坏可用着火特性指数来衡量. 着火特性指数可按式(1) 计算:

（1）

式中: Zi ———着火特性指数, %2 / ( ℃ · min ) ;V ad ———分析基挥发分, %; ( dm/ dt) max ———最大燃烧失重速率, %/ min ; Ti ———着火温度, ℃.

由式(1) 可知,挥发分越高,最大燃烧失重速率越大,着火指数越大;着火温度越高,着火指数越小.因此,着火指数越大,燃料越容易着火.

2.1 原煤和生物质的燃烧过程

原煤和生物质燃烧的TG--DTG曲线见图2 . 图2a 为原煤的燃烧过程,原煤的燃烧过程分为脱水干燥( 90 ℃～ 180 ℃) 和挥发分析出及固定碳燃烧(280 ℃～850 ℃) 两个阶段. 由于原煤固定碳远高于其挥发分,因此DTG 曲线上除了失水峰外只有一个明显的失重峰,燃烧过程中挥发分的析出几乎一直伴随着煤焦的燃烧. 图2b 为生物质的燃烧过程,生物质的燃烧分为三个阶段:第一阶段为70 ℃～150 ℃,主要是脱水干燥阶段;第二阶段为200 ℃～340 ℃,主要是生物质中的纤维素和木质素裂解以及挥发分释放燃烧阶段;第三阶段为340 ℃～500 ℃,主要是生物质裂解后焦炭燃烧阶段. DTG曲线上除了失水峰外有两个明显的失重峰,分别为挥发分释放燃烧峰及固定碳燃烧峰. 前者远大于后者,这是由于生物质挥发分远大于其固定碳所致.

由以上图表所示，说明生物质的着火特性、燃尽性能和燃烧性能明显优于原煤,这主要是由于生物质质地疏松,且挥发分和含氧量高于原煤,易于燃烧和燃尽.

2.2 生物质对燃烧过程的影响

将玉米秸秆和木屑分别以20 %的添加量与原煤混合燃烧,两种混合物的燃烧规律基本符合所加生物质的燃烧规律,与单独原煤相比,木屑与原煤混合物的着火特性指数和综合燃烧特性指数比玉米秸秆与原煤混合物的着火特性指数和综合燃烧特性指数增加的多,燃尽温度也比玉米秸秆与原煤混合物降低得多,只有着火点的增加值小于后者. 这说明混合物着火温度的变化主要取决于生物质本身的着火温度,而其他指标受生物质挥发分含量的影响较大,挥发分含量越高,对燃烧性能的影响越大. 总的来说,玉米秸秆和木屑都可以改善原煤的燃烧性能。

2.4 生物质添加量对燃烧过程的影响

将原煤和玉米秸秆按不同比例混合燃烧, 由于玉米秸秆的水分和挥发分都远远高于原煤,因此,随着玉米秸秆添加量的增加,混合物中水分和挥发分含量逐渐增加,固定碳含量逐渐降低,影响了水分、玉米秸秆挥发分、玉米秸秆固定碳燃烧及原煤挥发分的析出峰逐渐增强,而原煤固定碳燃烧失重作用逐渐减弱。

结语

单一生物质燃烧主要集中于燃烧前期; 单一煤燃烧主要集中于燃烧后期。在生物质与煤混烧的情况下, 燃烧过程明显地分成两个燃烧阶段, 随着煤的混合比重加大, 燃烧过程逐渐集中于燃烧后期；生物质的挥发分初析温度要远低于煤的挥发分初析温度, 使得着火燃烧提前。在煤中掺入生物质后, 可以改善煤的着火性能。在煤和生物质混烧时, 最大燃烧速率有前移的趋势, 同时可以获得更好的燃尽特性。生物质的发热量低, 在燃烧的过程中放热比较均匀, 单一煤燃烧放热几乎全部集中于燃烧后期；在煤中加入生物质后, 可以改善燃烧放热的分布状况, 对于燃烧前期的放热有增进作用, 可以提高生物质的利用率。

参考文献:

[1] 龚云淮,陈惠泉,尹士恩1 生物质能源的开发前景[J ]1 云南华工,1995 (1) :23 - 261

[2] 刘雅琴1 大力开发工业锅炉生物质燃烧技术前景分析[J ]1 工业锅炉,1999 (3) :2 – 31

第9篇：生物燃料分析范文

关键词 能源供给 能源价格波动 燃料乙醇

一、 引言

中国的经济持续增长伴随着能源消耗的同步增加，在我国能源消费结构中，原油占到总量的20%左右，它与电力构成能源体系中两大主要能源类型。近年来，高增长下的中国通过大量进口石油，保证经济快速发展。2010年，我国原油表观消费量首次突破4亿吨，而进口原油达2.39亿吨，对外依存度已经突破50%。我国国内原油产能已经接近饱和，对国际原油输入的依赖越来越大，这将导致我国面临能源供给和能源价格安全的双重压力。为了缓解能源供给安全压力，国家已经在海外积极拓展油田投资和开发，着力解决原油供给问题。但是，现阶段国际形势为我国原油的海上运输蒙上了一层阴影，以日本、韩国及其列岛构成的我国外海第一岛链①，若出现政治动荡，会对石油海运造成阻隔之势。马六甲海峡是我国航海贸易运输的主要咽喉，从该海峡运输的石油占总进口石油的4/5以上（马晓宇等，2007），而美国在东南亚（特别是泰国）的势力渗透更是试图掐住马六甲海峡这个国际海运的咽喉，若遭遇紧张国际形势，中国的原油输入障碍将直接影响能源安全和国民经济运行。另一方面，我国没有国际石油的定价权，大量原油输入国内，其价格传导效应将十分明显，国际原油价格的居高不下将会影响国民经济运行的成本，甚至可能会引起通货膨胀。

能源从供给和价格两个方面对经济造成影响。一方面，能源的充足供给保证经济稳定发展。龚志民（2006）从可持续发展角度出发测算了能源缺口下的中国经济；东部地区能源与经济之间的互动机制基本形成（于全辉和孟卫东，2008），能源缺口一旦出现，将直接导致我国经济增长的重点区域的产出减少。能源缺口对产业的影响程度不一，能源密集型产业较非能源密集型产业更易受到供给影响（Lee and Ni，2002），所以，我国以劳动密集型和能源密集型产业为主的产业结构对能源的依赖程度理应引起我们的警觉。赵涛等（2009）利用嵌入能源消费的CD函数模型，推导并实证研究了能源与经济增长之间相互依存相互影响的辩证关系，再次验证了能源作为基础要素投入的重要性。另一方面，能源作为工业产出的基础性原料，其价格波动将通过生产成本反映在价格体系的各个层面。Davis and Haltiwanger（2001）通过分析油价波动对创造就业和失业的影响，发现石油价格和货币政策造成的失业作用要比创造就业的作用大得多。林伯强和王锋（2009）研究了能源价格上涨对我国一般价格水平的影响，指出各类能源价格上涨导致指数上涨幅度最大的是PPI和GDP平减指数，并可能引起成本推进型的通货膨胀。

在国际能源价格出现波动和全球能源供给紧张的局面下，众多学者将目光转向液态生物质燃料的发展。然而中国发展液态生物质燃料的必要性一直存在争议，争议的焦点在于：第一，生物质燃料是否是缓解原油安全威胁的唯一途径；第二，全面发展生物质燃料是否会导致对耕地资源配置的影响；第三，全面推广生物质燃料是否会影响使用燃料的机械设备的技术改进或者替换问题；第四，生物质燃料较传统能源是否具有优越的成本收益率。明确回答上述问题是后续研究的重要前提。

首先，石油产品（汽油和柴油等）是交通运输和动力机械的能源，不能被煤炭直接替代，电力替代（如电动汽车）的可能性从短期来看也不高。这是因为：液态能源的发动机已经广泛深入社会生活，通过液态质的生物质燃料替代具有较好的可持续性，巴西、美国和欧盟等国家和地区的生物质燃料利用给出了很好证明。目前巴西的汽车均使用100%生物乙醇或22%~25%的混合乙醇汽油；欧盟出台政策规定将生物柴油使用混合比例到2020年提高至10%；美国更是通过立法明确了燃料乙醇作为替代燃料的社会地位（曹俐和吴方卫，2010）。上述各国的生物质燃料产业的发展，一方面充分发掘了当地的资源禀赋（如巴西甘蔗含糖量居世界首位，美国的玉米产量世界第一），另一方面在生物质燃料的技术研发方面有重要成果。反观中国，国民经济处于快速发展阶段，对燃料的需求将持续一段时间，因此通过各类能源作物的生产来提炼生物燃料存在可行性。

其次，中国液态生物质燃料，特别是燃料乙醇的原料已经过渡到非粮食作物的阶段，即通过边际土地的开发避免“与粮争地”问题的出现。2007年出台的《可再生能源中长期发展规划》中也明确提出不再增加以粮食为原料的燃料乙醇生产能力，合理利用非粮食生物质原料生产燃料乙醇，提出扶持以木薯、甘薯、甜高粱等为原料的燃料乙醇技术。在这个前提下，中国液态生物质燃料的发展不会对有限耕地的配置造成负面影响。

第三，发展液态生物质燃料的可能影响属于外部性范畴。液态生物质燃料在生产和利用过程中的正负外部性并存。正外部性包括：在能源安全约束和经济持续增长背景下，当石油供给出现缺口时，生物质燃料弥补汽油和柴油所带来的经济溢出，表现在对整体经济的促进、对资本和劳动要素合理配置的优化和吸纳农村剩余劳动力的贡献；非粮能源作物种植、原料搜集和燃料利用过程，生物质燃料具有在固碳释氧、保持水土、温室气体减排等方面的生态溢出效应。而负外部性指的是生产液态生物质燃料过程中的能源消耗以及燃料推广使用过程中的成本，甚至包括原料种植对生态环境的可能影响。对上述问题的既有研究还没有明确结论，特别是对外部性问题涉及的研究不多。但是从宏观经济层面分析，中国正处于能源需求的关键阶段，增长对中国而言十分重要。虽然液态生物质燃料的生产成本较传统能源没有优势，甚至略高于传统能源，表面上不具有竞争力，但由于液态生物质燃料发展存在外部性，发生了市场失灵现象。只要清醒认识影响生物质燃料产业市场失灵的真正原因，充分分析该产业的对社会经济作用机理，理清正外部性和负外部性的综合影响，通过政府补贴等手段，就可以达到既能弥补能源缺口又能健康发展液态生物质燃料产业的目地，而国外生物质燃料利用较好的国家就是良好例证2009年，美国燃料乙醇产量突破2000万吨油当量，巴西也突破1300万吨油当量，欧盟的生物柴油产量在2010年为2200万吨，而中国的燃料乙醇仅有100万吨左右，生物柴油则更少。。

众多学者也对液态生物质燃料的社会经济影响做了研究。中国的能源安全和粮食安全因石油价格和生物原料将受到国际市场波动的影响(Yang et al.， 2008)，寻求发展新的生物质燃料原料将十分必要，同时能够给供给不足的汽油提供有益的补充。发展非粮液态生物质燃料能够避开可能的“与粮争地”和“与人争粮”困境。张锦华等（2008）通过构建燃料乙醇的行为分析框架，分析了短期和长期动态均衡下的生物能源发展对粮食安全的影响，并给出通过开发非粮食原料来补充能源供给缺口和避免粮食安全的建议。王子博（2009）利用历史数据构建潜在产出测算模型，认为液态生物质燃料（燃料乙醇和生物柴油）作为汽油或柴油的替代品，对缓解能源缺口具有重大意义。章辉和吴方卫（2009）通过对未来汽油市场的供给情况的预测，分析模拟了我国发展燃料乙醇对我国能源安全和经济发展的影响，得出燃料乙醇对缓解汽油需求和保障经济可持续增长具有一定作用的结论。上述研究从不同层面分析了液态生物质燃料发展的可能影响，但是较少将液态生物质燃料乙醇的补充对原油供给和原油价格波动同时联系起来。

液态生物质燃料产业发展正外部性中的经济溢出是值得关注的话题，特别是对经济增长的影响不容忽视。为此，需要准确分析发展燃料乙醇对我国能源供给不足和价格波动的潜在威胁缓解机理进行梳理。同时，当我国面临因能源供给不足造成的产出不足以及因价格传导引致的成本推进型通货膨胀时，燃料乙醇的补充途径如何？对其研究具有指导性意义。本文首先分析目前中国能源结构与国际能源价格对中国的影响，进而建立一个以燃料乙醇为例的理论模型及分析框架，基于原油供给不足和原油价格过度波动所引起的国民经济影响，并结合我国液态生物质燃料产业的实际状况，回答生物质能源的发展对国家能源安全、国民经济的影响及可能的解决路径。

二、 中国燃料乙醇产业发展必要性的现实依据：能源结构与价格冲击

（一） 能源结构、原油对外依存度与燃料乙醇利用现状

1990年以来，中国的GDP从4.5万亿增长至2009年的34万亿元以上2009年不变价格计算。。在这个过程中，能源消费总量也呈现同趋势增长。1990年全国能源消费总量仅为9.7亿吨标准煤，而到2009年已经超过30亿吨标准煤。从增长速度分析，历年GDP增速一直维持在8%以上，并于1992年和2007年前后达到高位。相对而言，能源增长速度的波动较为明显，整体呈现波浪型曲线。在1999年前后的能源消耗增速一度下降至原点，随后与2005年前后达到高位，在2008年国际金融危机后下滑势头较为明显。

中国能源消费的绝对数量一直不断增加，而能源消费结构长期以来没有发生根本性变化。原煤比重远远高于其他能源，一直维持在70%左右。原油的消费比重仅次于原煤，平均维持在20%左右。其余能源的比重与前两类能源差距明显。

中国原油消费数量不断上升，2009年达到3.8亿吨。中国原油国内产量一直维持在较为稳定的水平，较大幅度提升国内产能很难实现。因此，随着中国经济的发展，对原油需求剧增，从国际进口原油成为主要选择。例如，2003年中国原油净进口量超过1亿吨，到2009年已经突破2亿吨，对外依存度已经高达53%。在煤炭和电力充分自给的情况下，中国原油供给出现了不容忽视的危机。居高不下的能源强劲需求以及无法逆转的原油大量进口，导致中国的经济增长面临能源供给安全问题。

燃料乙醇是汽油的有益补充，而中国的燃料乙醇产量2008年仅为102万吨油当量数据来源：2010年《BP能源统计年鉴》。，2009年仍然维持在这个水平，但是汽油的消费量在2008年已经达到6145万吨，是燃料乙醇总量的60倍左右，明显的能源结构差异反映出中国燃料乙醇产业整体规模不足的状态。按燃料乙醇生产原料划分，中国的燃料乙醇产业发展可以分为以粮食作物为原料和以非粮食作物为原料两个过程。中国最早的燃料乙醇研究和发展规划开始于20世纪80年代中期。发展初期的侧重点是燃料乙醇生产技术的实验室科学研究。20世纪90年代后期，燃料乙醇生产开始进入试点阶段，这个阶段的特点是国家投入资金建设燃料乙醇的生产基地，并给予相应的政策扶持。随着中国陈化粮的消耗和中央政府对粮食安全的逐步重视，以粮食作物为原料的燃料乙醇项目受到限制。2007年颁布的《可再生能源中长期发展规划》中明确提出，不再增加以粮食为原料的燃料乙醇生产能力。在这个背景下，2007年政府批准在广西建立以木薯为原料的燃料乙醇企业，年生产能力为20万吨，并于2008年初正式投产。纤维素生产燃料乙醇研究工作已接近完成实验室研究阶段，步入中试和产业化培育阶段，其中，中国科学院于在2007启动了“纤维素乙醇的高温发酵和生物炼制”重大项目，山东大学微生物技术国家重点实验室也有相应研究课题，同时来自华东理工大学、天津大学、中国农业科学院麻类研究所和陕西师范大学等高校和研究机构都在进行创新性研究。虽然纤维素产业化生产尚未实现，但是现有的以粮食作物为原料的燃料乙醇生产企业也在积极拓展纤维素应用的领域。中国的燃料乙醇生产技术正在不断创新，更高效率的提炼技术推陈出新。美国、巴西和欧盟的经验说明，燃料乙醇是目前技术最成熟、使用最大且商业化程度最好的生物燃料，乙醇混合汽油的性能与传统汽油相似，可以预见，中国的生物质燃料产业具有广阔的市场前景。

（二） 国际原油价格的冲击：燃料乙醇产业发展的现实依据

外部冲击对国内能源价格存在影响（中国经济增长与宏观稳定课题组，2008），而国内能源价格上涨对经济体系也会产生影响：外部价格输入将提高下游产品的生产成本，之后会移动一国的菲利浦斯曲线并造成通货膨胀的压力。能源价格上涨主要通过两个渠道影响中国的价格水平，第一是通过生活资料的渠道直接反映到消费者价格指数（CPI）上，第二是以原材料和生产要素价格上涨的形式，从工业产业链的上游传导到下游，间接地影响生产者价格指数(PPI)和消费者价格指数（林伯强和王锋，2009）。

向量自回归（VAR）模型可用于时间序列系统的预测和随机扰动对变量系统的动态影响。该方法避开了结构建模方法中需要对系统中每个内生变量关于所有内生变量滞后值函数的问题。在向量自回归的基础上，可以通过脉冲响应函数随机扰动项的一个标准差变动来考察它对内生变量及其未来取值的影响。为了反映国际原油价格对国内各类价格体系的影响，本文下面进行VAR脉冲响应分析，考察随机扰动所产生的影响以及其影响的路径变化。

下面利用VAR脉冲分别对国际原油价格与燃料动力价格、工业品出厂价格指数（PPI）和居民消费价格指数（CPI）变动进行分析。对平稳性检验结果分析可知（如图3、图5和图7所示），VAR模型的全部特征根倒数均在单位圆内，这说明VAR模型平稳，进而可以分析国际原油价格变动对国内燃料动力购进价格、工业品出厂价格指数（PPI）和居民消费价格指数（CPI）的冲击影响。从脉冲结果可知（如图4、图6和图8所示），国际原油价格波动对上述三类价格的冲击存在明显稳定性，国际原油价格对国内燃料动力购进价格、工业品出厂价格指数和居民消费价格指数都有正向影响，这进一步说明原油对外依赖将带来对国内市场冲击的威胁的判断。

通过上述分析可知，中国的能源结构和国际能源价格环境都显现出液态生物质燃料产业发展的必要性，而其中燃料乙醇产业如何缓解可能的能源安全威胁需要进一步分析。

三、 模型的基本假设

本研究着眼于汽油和燃料乙醇构成的液态能源市场。 D(x) 代表液态能源市场的总需求， S(x) 代表液态能源市场的总供给，在局部均衡分析中，取得均衡时满足：

D(x)=S(x)（1）

把总需求分成两个部分： x1 代表汽油数量， x2 代表燃料乙醇数量，表示总需求的液态生物质燃料需求部分，并且假定化石燃料和燃料乙醇的使用效果相近，即两者具有明显替代性。总需求表达式为：

D(x)=D(x1)+D(x2)（2）

通常情况下，影响液态能源市场的总需求有如下因素：汽油的价格（ Pp ），燃料乙醇价格（ Pb ），政府对燃料乙醇消费的补贴（ Ps ），居民收入（ Y ），国内生产总值（ G ）。通过下述函数表示：

D(x1)=F1(P－p,Pb+,Y+,G+) （3）式中函数 F1中的自变量都是D(x1)的自变量，自变量变动对通过影响x1后作用于D(x1)，下同。 （3）

D(x2)=F2(P+p,Pb－,Y+,G+,P+s)（4）

其中，字母上方符号表示该变量变动对函数的影响，如 P－p 表示 Pp 价格上升将导致 D(x1) 需求量下降。

由此，总需求可表示为：

D(x)=F(Pp,Pb,Y,G,Ps)（5）

在现有文献中需求分析的主要方法有：近似理想需求模型（Almost Ideal Demand System，简称AIDS）、线性近似模型（Linear Approximate Almost Ideal Demand System，简称LA/AIDS）、FAO需求预测中的各种恩格尔曲线模型以及恩格尔函数模型。考虑到本研究的一般性探讨，本文采用较易分析的双边对数形式，即：

ln D(xt1)=a′1 ln Ptp+a′2 ln Ptb+a′3 ln Yt+a′4 ln Gt （6）

ln D(xt2)=a″1 ln Ptp+a″2 ln Ptb+a″3 ln Yt+a″4 ln Pts+a″5 ln Gt （7）

ln D(x)=a1 ln Ptp+a2 ln Ptb+a3 ln Yt+a4 ln Pts+a5 ln Gt （8）式中a1和a2的符号是由（6）（7）两式对应系数决定，考虑到现阶段汽油使用的绝对性比重，燃料乙醇的替代不会对整体能源结构产生根本性改变，认为合并后的（8）式中的符号与（6）式符号相同。（8）

另一方面，本文把总供给分成两个部分，即：液态化石燃料汽油的供给函数 S(x1) 和生物乙醇供给函数 S(x2) ，其中 S(x1) 包含国内原油产出和国外原油进口，可表示为：

S(x)=S(x1)+S(x2) （9）

通常情况下，影响总供给的因素有：燃料乙醇价格（ Pb ），汽油提炼的技术进步（ T1 ），影响原油供给的冲击（Shock）（包括国际原油供给不足和国际原油价格过快上涨），燃料乙醇生产的技术进步（ T2 ），生产燃料乙醇的生产补贴（ I ），燃料乙醇原料的开发和生产成本（C）通过下述函数表示：

S(x1)=G1(P+p,P+b,T+1,Shock－) （10）

S(x2)=G2(P+p,P+b,T+2,I+,C－)（11）

在农业供给分析中，现有研究主要运用一般性里昂惕夫生产函数模型、投入需求系统模型等，本研究运用农业供给反应模型。为便于对比分析，供给分析仍然采用双边对数形式，即：

ln S(x1)=b′1 ln Ptp+b′2 ln Ptb+b′3 ln Tt1+b′4 ln Shocktb （12）

ln S(x2)=b″1 ln Ptp+b″2 ln Ptb+b″3 ln Tt2+b″4 ln It+b″5 ln Ct （13）

ln S(x)=b1 ln Ptp+b2 ln Ptb+b3 ln Tt1+b4 ln Tt2+b5 ln It+b′6 ln Ct+b7 ln Shock（14）

四、 框架分析与解决路径

框架分析是一种较为理想的分析方法，它依赖严格的前提假设和约束设定。为了满足分析的合理性，本文对液态能源市场进行宏观假定：

第一，能源消费结构中，燃料乙醇对汽油的替代是通过乙醇汽油形式进行，且此种替代可以瞬时完成。

第二，国家为了确保粮食安全和避免因粮价上涨带来的通货膨胀，不提倡使用粮食作物（如玉米）生产液态生物质燃料，本框架中所涉及的燃料乙醇都是指由非粮作物原料生产的燃料乙醇。

第三，国家财政有能力通过补贴和其他倾斜政策促进边际土地开发和非粮作物原料的种植。

第四，燃料乙醇具有替代和互补的双重性。乙醇汽油中的燃料乙醇与该部分汽油是互补的关系，而作为混合状态下的乙醇汽油与传统汽油是替代关系。

（一） 开放经济下的市场出清：需求不变，供给结构可变

在短期内，我国经济对能源的需求不变，但是不同的能源结构下的经济运行平稳性不同，本节试图通过能源供给角度分析国际原油价格波动对我国经济生活的影响，回答缓解能源安全的途径和出路。

情形1：短期市场出清下的汽油供给

t 期的汽油需求比例为 at% ， t+1期 的比例调整为 at+1% ，短期市场出清条件下有：

S(xt1)=at%D(xt) （15）

S(xt+11)=at+1%D(xt+1) （16）

因为短期需求不变，当 at%≤at+1% ，有

S(xt1)≤S(xt+11) （17）

此时出现能源需求结构调整，两边取对数可得：

b′1 ln Ptp + b′2 ln Ptb + b′3 ln Tt1 + b′4 ln Shockt

b′1 ln Pt + 1p + b′2 ln Pt + 1b + b′3 ln Tt + 1 1 + b′4 ln Shockt + 1 （18）

短期内考虑技术进步不发生变化， Tt+11=Tt1 ，则：

Pt+1pPtp>Shockt+1Shockt－(b′4/b′1)•Pt+1bPtb－(b′2/b′1) （19）

当中国经济未能改变对传统汽油的依赖时，中国国内油价将受到国际油价波动的直接影响。从（19）式可知，国内汽油价格 Pp 的上升幅度受到国际原油价格（Shock）以及燃料乙醇价格 Pb的 直接影响。由于燃料乙醇在液态化石能源的结构所占比例较小，其价格变动对汽油价格的影响程度有限。由此可知，我国国内汽油价格直接受制于国际市场原油价格。一旦出现短期能源价格过快上涨，高度依存度下的中国国内油价势必同步上涨，从而传导至国民经济的其他行业领域，并最终通过PPI和CPI等价格指数显现出来。

情形2：短期市场出清下的燃料乙醇供给

t 期的汽油需求比例为 at% ， t+1 期的比例调整为 at+1% ，短期市场出清条件下有：

S(xt2)=(1－at%)D(xt) （20）

S(xt+12)=(1－at+1%)D(xt+1)（21）

因为短期需求不变，当 (1－at%)≤(1－at+1%) ，有

S(xt2)≤S(xt+12) （22）

此时出现能源需求结构调整，两边取对数可得：

b″1 ln Pt+1p+b″2 ln Pt+1b+b″3 ln Tt+12+b″4 ln It+1+b″5 ln Ct+1

< b″1 ln Ptp+b″2 ln Ptb+b″3 ln Tt2+b″4 ln It+b″5 ln Ct（23）

短期内，燃料乙醇生产的技术进步T2和开发和生产成本C不变，那么可得：

Pt+1pPtp

从燃料乙醇发展对国内汽油价格的影响角度分析可以看出，由于乙醇汽油和传统汽油的替代关系，汽油价格Pp可以依靠大量的燃料乙醇Pb输入市场得到释放，即利用乙醇汽油的价格来影响传统汽油的价格。国家对燃料乙醇生产和使用的补贴越高，燃料乙醇的价格越便宜，由此可以带动传统汽油价格的下降。所以，要降低国内传统汽油的价格波动，可以通过扩大燃料乙醇的市场注入实现。

推论一：在开放经济条件下，国际原油通过价格传导影响我国汽油价格，在需求不变的条件下，我国面临能源价格波动安全隐患。如果我国液态能源市场仍以传统汽油为主，那么国际原油价格的波动将通过价格传导影响我国一般价格水平，甚至导致成本推进型的通货膨胀；如果我国液态能源市场的结构得到优化，可以通过扩大燃料乙醇供给，以及乙醇汽油价格的调控缓解因外部原油价格造成的国民经济影响。

（二） 开放经济条件下的长期市场出清：供给可变

在长期状态下，能源供给可变，我国将面临来自国际原油价格波动和原油供给不足的双重压力，本节试图通过分析上述情形出现时的能源结构分配问题，探讨如何通过发展液态生物质燃料乙醇来缓解因能源安全带来的不利影响。

情形1：燃料乙醇供给总量不变条件下的国外原油价格影响

燃料乙醇供给不变，随着我国液态能源需求的增加，能源结构趋向于传统汽油的主导优势的加强。由此，我国传统汽油的供给和需求在第t期和第t+1期可分别表示为：

由（27）可知，我国的原油价格波动方向与国民经济增长的波动方向相同，由于燃料乙醇的供给幅度不变，其价格对汽油价格的波动不造成影响。当不存在外部原油价格冲击时，通过提高我国汽油提炼和使用的技术可以一定程度上保证物价稳定（Pp）和经济增长（G）。但是，出现外部原油价格波动时，我国将面临稳定物价和保证经济持续快速增长的矛盾，这是因为中国存在较高的原油对外依存度，要控制国内汽油价格的上升幅度只能通过闲置汽油的使用，这将导致 GDP的减少。若要保证国民经济的持续增长，只能通过牺牲高物价带来的社会分配成本。由此可见，我国过高的原油对外依存度将面临成本推进型的通货膨胀与经济增长放缓的双重压力。

情形2：燃料乙醇供给总量不变条件下的国外原油供给影响

如果燃料乙醇供给不变，随着我国液态能源需求的增加，能源结构趋向于传统汽油的主导优势的加强，这 时出现k%的原油进口缺口。我国传统汽油的供给和需求在第t期和第t+1期可表示为：

当我国出现外部原油供给不足时，我国GDP面临增速放缓的威胁。此时，原油缺口比例 k %越高，GDP增长速度减少的幅度 e－(a′4)－1k% 越大，来自汽油价格和燃料乙醇的价格缓解将无任何作用。由此可见，在我国燃料乙醇发展空间没有得到扩展时，由于国际原油供给紧张将直接导致我国国民经济产出减少的严重后果。

情形3：燃料乙醇供给增加条件下的国外原油价格影响

假设我国开始扩大燃料乙醇原料的种植，燃料乙醇产量按照 m %速度增长。由此，在第 t 期和第 t+1期 我国燃料乙醇所占比例分别为 qt% 和 qt+1% ：

当燃料乙醇的加快供给未能根本改变能源结构时，即 (1+m%)qt%qt+1%>1 ，此时有：

由此可见，我国仍将面临我国过高的原油对外依存度将面临成本推进型的通货膨胀与经济增长放缓的双重压力。

当燃料乙醇的加快供给已经根本改变能源结构时，即 (1+m%)qt%qt+1%

此时可以保证在高增长下的汽油价格波动平缓，还可以利用对燃料乙醇的补贴来降低乙醇汽油的价格，同时完成经济高速增长和价格水平基本稳定的任务。

情形4：燃料乙醇供给增加条件下的国外原油供给影响

假设我国开始扩大燃料乙醇原料的种植，燃料乙醇产量按照 m %速度增长，那么在第 t期和第t+1 期我国燃料乙醇所占比例分别为 qt% 和 qt+1% ，此时若出现国际原油供给紧张的局面（ k %为正常条件下的原油供给缺口），即：

当燃料乙醇的加快供给未能根本改变原油缺口带来的能源供给不足时，即 (1+m%)qt%(1－k%)qt+1%>1 ，此时有：

所以，我国仍将面临因能源缺口导致的经济增速放缓的困境。

当燃料乙醇的加快供给已经根本改变能源结构时，即 (1+m%)qt%(1－k%)qt+1%

此时可以保证在高增长下的汽油价格波动平缓，还可以利用对燃料乙醇的补贴来降低乙醇汽油的价格，同时完成经济高速增长和价格水平基本稳定的任务。

推论二：在开放经济条件下，国际原油通过价格传导影响我国汽油价格。在供给可变的条件下，要解决我国面临能源价格波动安全隐患，需要大力推动我国液态生物质燃料乙醇的供给，改变我国以传统汽油为绝大多数比例的供给结构，缓解国际原油价格的波动对我国一般价格水平波动产生的负面影响。如果我国液态能源市场的结构得到根本性优化，可以保证国内经济保持较快速度增长而不需要受到能源供给安全的威胁。

五、 结论

我国国内原油产能上升空间有限，经济增长引致的对原油的需求将从国外进口补充，由此造成的国际原油输入的依赖将威胁我国能源安全和国民经济的运行。

（一） 调节能源结构将缓解国际油价的输入性影响

短期市场出清条件下，我国对液态燃料的需求不变，国际原油将从价格渠道影响我国经济增长。外部油价通过价格传导影响我国汽油价格，从而我国面临能源价格波动安全隐患。如果我国液态能源市场仍以传统汽油为主，那么国际原油价格的波动将影响我国一般价格水平，甚至导致成本推进型的通货膨胀。我国若扩大燃料乙醇在能源结构中的比例，使得液态能源市场的结构得到优化，那么当我国遇到国际原油价格波动时，燃料乙醇扩大供给，可以缓解因外部原油价格造成的国民经济影响。

（二） 增加燃料乙醇产能将最终缓解能源安全

在长期市场出清的开放经济条件下，国际原油通过价格传导和供给缺口影响我国经济和民生。首先，在供给可变条件下，国际原油价格将快速影响国内汽油价格，进而造成一般物价水平的波动，引起因通货膨胀造成的民生问题。要解决我国面临能源价格波动安全隐患，需要大力推动我国液态生物质燃料乙醇的供给，改变我国以传统汽油为绝大多数比例的供给结构。其次，如果因为政治原因，国际原油供给出现输入，我国的经济增长将面临增速放缓的不利局面，唯有使我国液态能源市场的结构得到根本性优化，加大燃料乙醇的开发利用，才能保证我国的国内经济保持较快速度增长从而不会受到能源供给安全的威胁。

六、 政策调整

从现阶段看，国际油价波动和原油的高对外依存度没有对中国经济产生重大影响，但随着中国经济运行不断深入，国际政治风云变幻，能源安全问题将越发突出。从本文的分析结果来看，中国可以通过原料开发政策、研发政策和补贴政策推进燃料乙醇产业的快速发展。

（一） 以项目带动原料开发

考虑到发展液态生物质燃料的“与粮争地”和“与人争粮”的潜在威胁，国家发展和改革委员会在《关于加强玉米加工项目建设管理的紧急通知》中明确提出，中国将坚持以非粮作物为主，积极稳妥地推动生物燃料乙醇产业发展。使用非粮的替代产品生产燃料乙醇是解决扩大燃料乙醇生产规模和可持续发展的有效途径。木薯、甘薯和甜高粱是较为理想的生产原料，但是中国现阶段对上述原料的产业化种植仍然处于起步阶段，还未大面积推广。2007年，中国在广西建立以木薯为原料的广西中粮生物质能源有限责任公司，年设计产量20万吨，成为国内首家定点生产非粮燃料乙醇企业。目前，广西北海国发海洋生物产业股份有限公司、广西新天德能源公司等广西木薯乙醇企业已经具备50万吨产能，并已启动的海南椰岛木薯乙醇10万吨/年规划、广东华灵集团木薯乙醇50万吨/年的规划。现有的燃料乙醇企业项目已经考虑到“近原料”的因素，这些做法都是为了避免增加过多的生产成本考虑。考虑到非粮原料的分布，中国可以省级项目为龙头，以点带面逐步铺开开发燃料乙醇原料的道路。通过制定科学合理规划，在资源丰富的区位建立大型燃料乙醇生产汽油平台，根据加工业就近原料基地且交通方便的原则，就近种植和开发当地能源作物，尽量避免来自运输和半成品产业内贸易的成本。

（二） 加快第二代生物质能源提炼和运输技术研发

我国的纤维素资源十分丰富，主要有草、秸秆、农作物壳皮、树枝、落叶、林业边脚余料等。但是，利用纤维素生产燃料乙醇仍然受到制约，主要是由于纤维素乙醇存在生产技术和工艺的限制，所以其研究大部分还停留在实验室和中试阶段。中国政府应当在纤维素的预处理、水解和发酵三步重要的生物转化过程同时加强研发力度，同时打造国际交流平台，让国内的研究进入国际同类研究中去，争取早日实现提炼技术的突破。中国已经开始产业化的探索，其中，利用秸秆类纤维素水解提炼的企业和研发单位分布在山东、河南、南京、北京、黑龙江、上海、安徽和苏州等地，涉及到的作物有玉米秸秆、甜高粱秸秆以及其他农作物秸秆等。黄季和仇焕广（2010）指出，以纤维素为原料生产生物燃料乙醇有关键技术需要进一步研究，而影响我国产业化程度最大的是原料预处理技术，其次是纤维素酶的生产技术。

中国应该首先开发廉价高效的木质纤维预处理技术和平台，通过依托此平台不断探索新的预处理技术。其次，开发低成本、高效的纤维乙醇专用水解酶，降低开发成本；开发高效全糖发酵技术，着重关注基因工程方法的运用，降低生产成本。此外，还要完善原料收集和运输体系，试点配备专业搜集工人作业，保证高效安全。

（三） 优化燃料乙醇的各阶段补贴

中国对燃料乙醇生产和消费的补贴从2002年开始，经历了保本微利补贴、定额补贴和弹性补贴三个阶段（曹俐和吴方卫，2010）。现有的燃料乙醇补贴应从中间投入环节、附加值要素投入环节、产出环节、消费环节和研发环节进行针对性补贴。面对各个环节的众多补贴，更应该理性对待。

首先，要明确发展燃料乙醇产业的发展地位和目标。居高不下的原油消费催生了燃料乙醇产业发展的条件。2010年，我国原油表观消费量首次突破4亿吨，达4.39亿吨，而进口原油达2.39亿吨，对外依存度已经突破50%。作为我国能源多元化的战略之一的生物燃料乙醇的发展，政府应该根据我国生物燃料乙醇的资源潜力以及当前的技术水平科学测算并规划确定生物燃料乙醇在能源多元化战略中的比重，进而确定生物乙醇的发展数量、速度与规模。

其次，要根据实际情况制定生物燃料乙醇的补贴原则。深入调查研究不同省市国土资源的状况，尤其是可用于种植木薯、甘薯和甜高粱的边际性土地资源的状况以及纤维素乙醇的资源潜力，结合当前生物乙醇的技术水平，切实做好关于相关原料基地的建设和产业规划的全盘部署工作。同时，补贴金额应与国际油价挂钩，采用动态平衡的原则，建立与国际油价挂钩的生物燃料乙醇动态补贴机制，在国际油价涨跌时，根据成本和油价的波动情况，规避在油价持续低迷时企业业绩的不稳定性，实现总体动态平衡。

第三，要继续完善生物燃料乙醇补贴的措施。在中间投入环节，对非粮能源作物的补贴，采取直接价格支持，税收减免，现金直接补贴等手段。对购买非粮能源作物种子以及相应农业机械予以直补，购买化肥可以实行免征增值税等；在附加值要素环节，加大资本领域的补贴力度，对非粮生物乙醇的生产设备，对边际土地资源的开发和利用和从事非粮生物乙醇的劳动力予以直接现金奖励或政策倾斜；在产出环节，适当放宽进入门槛，实施与国际油价挂钩的基于产出的动态补贴；在消费环节，加强对生物乙醇储运、分销、销售环节的设施投入的补贴，可在试点省市的生物乙醇网点的建设上予以税收优惠和贷款贴息；在研发环节，建立生物燃料乙醇的研发专项资金，对于研究机构以无偿资助为主，支持国内研究机构和企业在生物燃料乙醇核心技术方面提高创新能力。

参考文献

Davis, S. J. and J. Haltiwanger, 2001, “Sectoral Job Creation and Destruction Response to Oil Price Changes,” Journal of Monetary Economics , 48,465 512.

Lee, K. and S. Ni, 2002, “On the Dynamic Effects of Oil Price Shocks: A Study Using Industry Level Data,” Journal of Monetary Economics , 49,823 852.

Yang, Jun, Huanguang Qiu, Jikun Huang and S. Rozelle, 2008, “Fighting Global Food Price Rises in the Developing World: the Response of China and its Effect on Domestic and World Markets,” Agriculture Economics , 39,453 464.

曹俐和吴方卫，2010，《中美生物燃料乙醇补贴政策比较研究》，《中国软科学》第12期16―26页。

龚志民，2006，《基于我国能源缺口模型的能源可持续发展探析》，《能源技术与管理》第1期113―115页。

黄季和仇焕广，2010，《我国生物燃料乙醇发展的社会经济影响及发展战略与对策研究》，科学出版社，2010年4月第一版。

林伯强和王锋，2009，《能源价格上涨对中国一般价格水平的影响》，《经济研究》第12期66―79页。

马晓宇、张子阳和胡利明，2007，《中国石油在马六甲海峡运输的安全研究》，《中国水运》第1期 28―30页。

王子博，2009，《论中国的产出缺口与宏观经济运行》，《商场现代化》第2期353―354页。

于全辉和孟卫东，2008，《基于面板数据的中国能源与经济增长关系》，《系统工程》第6期68―72页。

赵涛、尹彦和李煜，2009，《能源与经济增长的相关性研究》，《西安电子科技大学学报（社会科学版）》第1期33―39页。

章辉和吴方卫，2009，《经济增长、能源消费与生物燃料乙醇发展――对生物燃料乙醇发展影响宏观视角的实证分析》，《林业经济》第3期39―45页。