必威 必威betway必威 必威betway生物质发电厂，其上料系统、给料以及燃烧、主给水加热等系统方面都与常规燃煤电厂存在一定的差异。在进行给排水系统设计时，应该主要针对燃料系统的差异，对其进行精细化的设计。
1）生物质发电厂机组规模一般相对较小，机组规划台数也较少（发电厂规划容量不宜大于30MW，规划台数不宜超过两台），因此全厂总补水量相对较小。
2）生物质电厂的循环冷却水系统及工业给水系统用水点与常规小型燃煤电厂类似，在循环冷却水系统及工业给水系统上没有明显的差异。
4）在生物质发电厂中，化学水处理系统的补给量是比较小的，一般采用反渗透处理工艺。
5）从整体布置上看，燃料的贮存在发电厂中所占的比例是比较大的，但其正常用水量较小。
6）燃料系统仍然是电厂消防的重点。尤其在生物质发电厂当中，燃料贮存系统为主要关注对象。针对燃料贮存系统，单体占地面积较大，火灾危险性高，消火栓不易操作的特点，在燃料棚或燃料堆场周围设置消防炮，通过消防炮给水系统来保证其安全。
7）生物质发电厂定员较少，因此生活用水量相对较小。生活给水系统等同于常规小型燃煤电厂。
1）相比较于燃煤电厂，生物质发电厂生产过程中，生产废水的种类相对较少，因此一般不考虑废水的集中处理，而采用分质分散处理的方式。
2）非经常性废水主要为锅炉酸洗废水，可参照小型燃煤电厂的作法，锅炉定期酸洗过程中所产生的废水暂存于主厂房外的废水池中，而后根据不同的酸洗药剂和方式，由相应的清洗厂家负责将酸洗废水外运并处理达标。
3）循环水系统排污水、化学水系统排水等洁净废水可根据不同水质，直接回收作为次级用水水源，以提高水资源的利用率，降低补水量，减少废水的排出量。
5）原水的预处理系统产生的排泥水宜设置单独的处理系统，等同于常规小型燃煤电厂。
6）生物质电厂燃料输送系统相对反而较为简单。地面废水主要来自燃料贮存系统，同时污染程度要低于燃煤电厂，可采取分散处理的方式。
从上述章节可以看出，生物质发电厂给排水总体上尚未脱出小型燃煤电厂的模式，大部分可参照常规小型燃煤电厂进行水系统的节水设计、优化设计。
燃料贮存系统在生物质发电厂当中占据了大部分的面积。以浙江某生物质发电厂为例，全厂总用地面积为8.1ha，共设置有2个大型燃料棚，2个大型燃料堆场。扣除堆场外部放坡及环形道路后，仅计算实际堆场面积，就已经达到3.2ha，接近全厂面积的40%。
在常规的燃煤电厂中，针对贮煤系统易产生扬尘的特点，为满足煤尘防治的要求，一般要求在燃料系统设置喷洒水装置。同时，也兼具防自燃功能。
相对而言，生物质电厂的燃料在破碎前一般为打包状态，大部分区域的燃料单位体积较大，细碎物体积一般也较大，较为容易清扫。由于不存在突出的扬尘问题，采用顶部喷洒的方式，效果并不明显。
鉴于燃料贮存堆场巨大的面积，如参照常规电厂设计全覆盖的喷洒水系统，不仅使用频率很低，而且布置上也比较困难。
因此建议结合排水系统的设置，仅在燃料棚及堆场的设置冲洗龙头。至于破碎区域，可局部设置喷洒设施。
仍以上述生物质发电厂为例，根据建筑特点，燃料棚定义为半露天堆场。燃料贮存系统可按照燃料堆场进行设计，设计消防用水量为60L/s，持续时间为6小时，一次消防用水量为1296 m3。
主厂房设计消防用水量为72 L/s，一次消防用水量为444 m3；其它辅助建（构）筑物的设计消防用水量为30.4 L/s，一次消防用水量为219 m3。
生物质电厂燃料棚的面积和跨度均不小于常规的大型机组燃煤电厂干煤棚，如采用普通的消火栓灭火系统，操作上较为困难，与干煤棚存在同样的问题。而燃料堆场虽然为露天布置，但根据堆料的特点，在单个堆场内部并未设置固定的通道，鉴于堆场巨大的面积，采用室外消火栓灭火系统，也存在一定的不便之处。
因此，建议针对燃料贮存系统设置固定消防炮给水系统，使得消防设施更加合理高效，更加容易在初期控制火情，相应降低系统乃至整个电厂的火灾危险性。
在常规的燃煤电厂当中，我们主要关注露天煤场的初期雨水。在生物质电厂当中，也是同样。
在生物质电厂中，初期雨水冲刷下来的污染物一般为散料、碎料、谷壳、木屑等等，体积相对较大，重量较轻，不溶于水，容易随水流漂浮。如初期雨水直接进入雨水管网，很容易引起堵塞，且不易清理。
因此，同样建议堆场周围设置环形排水沟，末端排水首先进入切换井，初期雨水转入沉淀池，后期雨水可直接进入厂区雨水干管。
目前，针对生物质电厂尚无初期雨水量的定义，只能参考燃煤电厂并适度降低标准，结合实际运行情况来进行设计管理。
由于初期雨水的污染程度相对较低，采用简单拦截及沉淀的方式，基本可拦截大部分的污物，出水直接排入厂区雨水管网。
综上所述，在进行生物质发电厂的给排水设计时，基本上可参照小型燃煤电厂，根据小型火力发电厂的设计要求进行设计。
同时，也应当针对生物质发电厂的特点，抓住其燃料系统的特殊性，进行差异化、精细化的给排水系统设计。并关注此后的运行管理，积累经验，不断改进，以利于整个生物质发电行业的更好发展。
[1]李满，傅钧，高德申.秸秆电厂水务管理及给排水设计应用[J].给水排水， 2013（10）
[2]李满.惠民生物质电厂给排水设计及节水措施[J].工业用水与废水，2013（6）
生物质能一直是人类赖以生存的重要能源，目前，全世界约有25亿人的生活能源依靠生物质能，仅次于煤炭、石油和天然气，居世界能源消费总量的第四位，在整个能源体系中占有重要地位。煤炭、石油、天然气是化石能源，究其根源也是由生物质能转变而来的。专家认为，生物质能极有可能成为未来可持续能源系统的组成部分。预计到本世纪中叶，采用新技术生产的各种生物质替代燃料将占全球总能耗的40％以上。因此，专家称生物质能为21世纪的绿色能源。
目前，生物质能技术的研究与开发已成为国际重大热门课题之一，受到世界各国政府与科学家的关注。许多国家都制定了相应的开发研究计划。我国既是一个人口多的农业大国，又是一个经济迅速发展的国家，面临着经济增长和环境保护的双重压力。改变能源生产和消费方式，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，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义，尤其对我国的农村地区更具有特殊意义。因此，生物质能优质化转换利用势在必行。
第一，资源丰富。它是人类可以利用的最丰富的能源之一，我国是农业大国，农林废弃物特别丰富，可以说取之不尽，用之不竭。
第二，开发方便。地球上，只要有农作物和树林的地方，就可以就地开发利用，农村更具有利用的价值。
第三，清洁能源。在开发和利用生物质能时，原料易燃烧，污染少，灰分较低，废渣、废水、废气少，也没有噪音。更重要的是，不会影响生态平衡。三、开发适合国情的生物质能燃料和设备
在加拿大、瑞典、芬兰等欧美国家，生物质能锅炉使用的燃料仍停留在木质颗粒燃料上，原因是农作物秸秆及野草质类的颗粒燃料含钾等成分高，容易结渣，他们现有的生物能供热设备和技术不能解决结渣问题，影响设备自动燃烧的正常运行，不得已摒弃秸秆燃料，使用木质燃料。国外专家的研究方向是用基因技术改良秸秆、野草类植物的成份含量，降低颗粒燃料的结渣成分，来保证生物质能锅炉的燃烧过程正常运行。我国利用生物质能如果直接引用国外现有的设备和技术，显然不符合国情，而基因改造秸秆的技术距离现实和大规模推广还远。
北京老万生物质能科技公司对自己提出的要求是：既要利用国内现有的生物资源，又要解决自动燃烧的难题。科研人员从我国树木少、农作物秸秆多的国情出发，确定了生物质能锅炉以秸秆、树木类等为生物质燃料的方向。他们与国外专家合作，经过潜心钻研，克难攻坚，研制出了秸秆颗粒和块状燃料的科学加工技术，开发了采用这些燃料的自动燃烧生物质能锅炉。经过清华大学热能研究所和热能工程系联合检测，老万生物质能锅炉的燃烧效率达到99％，热效率达到86.07％，各项环保指标都达到了欧洲现行的排放标准。
老万自动燃烧生物质能锅炉系列产品随后通过了国家农业部科教司主持、全国著名专家组成的鉴定委员会的鉴定。评价是设计独特，结构新颖，造型美观，自动供料，燃烧充分，属高新技术产品。其技术国内领先，达到国家先进水平。该技术在解决生物质燃料燃烧结渣和焦油处理上实现了重大突破，填补了我国生物质能高效利用和燃烧的空白。
老万生物质能产品是目前国内外高效利用生物质能的佼佼者。其技术特点和主要优势有三点：
(1)生物质燃料的高效性：老万公司研发的成型(颗粒、块状)燃料，是将农、林废弃物如玉米秸秆、棉花秆和锯末等，经过粉碎、烘干、筛选、高压成型制成的高密度颗粒燃料和压块燃料，容积密度大，1000～1100公斤／立方米，具有较高的强度。这种燃料表面细致光滑，发热量高达3700～4200大卡／公斤，起火速度快，燃烧效率达99％，热效率达86％以上。它的燃烧性能已经相当于中质烟煤，而硫和灰分等有害物质的含量却相当低，胜于烟煤。这种再生能源最清洁且廉价，国际公认是化石能源的最佳替代物之一。
(2)锅炉的便利和安全舒适性：老万生物质能锅炉采用先进的自动控制清洁燃烧技术，核心技术在于燃烧器。燃烧器由主燃室和副燃室组成，采用二、三次风火焰扰动和独特的火焰导流混合燃烬技术。以温度为控制点，自动点火、自动进料、自动排灰，自动化程度较高，提高了燃料的燃烬率和锅炉热利用率。在运行中基本是每日加一次料和倒一次灰，不需要高深复杂的操作，非常便利。由于是常压运行，强制排烟，又配备了泄压阀、静音风机、屏蔽水泵和超温保护功能，安全性高，工作环境舒适。
(1)烟气黑度和烟尘浓度低：燃料在燃烧中迅速释放的挥发成份没有得到充分燃烧时，未燃烬的含炭烟尘被烟气带出，就造成烟气黑度高，烟尘浓度高。老万生物质燃料的燃烧性能相当于中质烟煤，而二氧化硫和灰分等排放物却大大低于烟煤。同时，生物质能锅炉创造了先进的自动控制清洁燃烧技术和火焰导流混合燃烬技术，使燃料在炉内充分燃尽，减少烟尘的产生，消除了黑烟。2008年1月22日，北京京环科环境保护设备检测中心检验结果表明，老万锅炉的S02、烟尘排放、氮氧化物等化学排放指标远远低于欧洲环保标准，烟气黑度小于林格曼1级，二氧化碳排放减少100％!所有指标完全符合北京市《锅炉大气污染物排放标准》。
(2)燃烧后的灰渣不存在二次污染：由于燃料全部使用秸秆生物质原料，在成型燃料的加工过程中也不添加任何化学成分和添加剂，所以，燃料燃烧之后全部变成了草木灰，既可当做肥料，也可回收作为建筑材料，不带来二次污染的问题。
老万生物质能锅炉使用的燃料纯粹是颗粒燃料或压块燃料，极大地提高了燃料的燃烬率和锅炉的热利用率，其热能利用远高于燃煤的利用率。这一绿色的能源无论是用于取暖、炊事、洗浴，都非常适宜。
以采暖为例，假设一家有150平米的房间面积，如果使用颗粒燃料，一个采暖期大约需要4～6吨，按850元／吨计算，每平米采暖费是23～34元。如果使用压块燃料，一个采暖期大约需要5～7吨，按500元／吨计算，每平米采暖费17～23元。如此看来，生物质锅炉取暖费和集中供暖、燃煤取暖费用相当，远远低于使用燃油炉、燃气炉和电采暖的费用。
基于对微生物燃料电池多年的研究基础及对环境工程专业的认识，笔者总结了微生物燃料电池与以下课程的结合。
微生物燃料电池作为一种有应用前景的新技术，近年来得到广泛关注，也取得了进展。而微生物燃料电池可以作为案例，引入到水质工程学的教学中来。在讲授生物处理部分，可以引入微生物燃料电池这项新技术。首先需要向学生讲清楚微生物燃料处理废水的原理。在微生物燃料电池阳极室内，同时发生着厌氧生物处理、电化学氧化、生物氧化与生物混凝等多个过程，并逐一介绍此四个过程的原理特征。然后向学生介绍当前应用微生物燃料电池技术进行污染处理的研究状况。近年来，一系列富含生物可降解有机物的废水，在微生物燃料电池中逐渐被尝试用来产电，同时废水本身得到降解。在介绍完整体研究状况后，任课教师可以根据熟悉的特征废水，展开而深入地向学生展示。需要提及的是，氮污染控制是当下环境保护工作的重点，微生物燃料电池处理含氮废水是该技术在废水处理领域最重要的应用之一，也与中国地质大学（北京）以地下水污染防治为特色的环境工程教学特点密切相关。微生物燃料电池生物脱氮的研究最早开始于2004年，研究者发现当阴极电势控制在-500mV时，微生物能够直接以阴极作为电子供体将NO3-还原[7]，这对微生物燃料电池处理含氮废水的实际应用具有十分重要的意义。同时也需要向学生说明，当前受制于材料成本，微生物燃料电池处理废水还只停留在实验室研究，还未真正应用。这样既向学生传授了生物水处理的相关知识，又激发学生进行深入了解研究的动力，培养了学生善于思考与联想的能力。在讲授水处理系统部分时，在讲解完生活污水传统的处理工艺的基础上，可以针对当下相对难以处理的工业废水，介绍基于微生物燃料电池的新型处理工艺。如笔者所在的课题组尝试用UASB-MFC-BAF的组合工艺处理糖蜜酒精废水[8]，高效去除污染物的同时，并获得1410.2mW/m2的最大功率密度。其中，在UASB单元高效去除COD并进行硫酸盐还原，MFC单元氧化硫化物的同时产电，BAF单元去除色度并降解苯酚衍生物。与常规工艺的结合为MFC在污水处理方面的应用提供了新的思路，成为一种很有前途的处理方式。这除了向学生传递了水处理工艺的相关知识，也示范了工艺组合的特点与基本规律，培养了学生讲自己所学的水处理技术融会贯通，灵活运用的能力。
堆肥处理是主要的资源化技术之一，在讲到堆肥部分时，可以介绍微生物燃料电池固体废物堆肥中的应用案例，即微生物燃料电池既可以处理废水，也可以处理固体废物，展示了该技术良好的发展前景。其在固体废物堆肥中，底物不需要频繁更换，而且有机质含量高，堆肥过程自身产热可提高温度，为堆肥过程中形成的高度复杂的微生物种群的富集和生长提供了更加稳定的外部环境，当前以厨余垃圾和园林肥料为原料的堆肥微生物燃料电池也已经有报道[9]。剩余污泥是城市污水处理厂运行中最为头疼的问题，在讲授城市污水处理厂剩余污泥处理处置部分时，可以着重介绍微生物燃料电池在剩余污泥资源化过程中的应用，微生物燃料电池可以将剩余污泥中的化学能转化为最清洁的电能，为污泥资源化提供了新的思路。具体包括直接利用剩余污泥与间接利用剩余污泥两方面，前者是直接以剩余污泥为燃料，在输出电能的同时，能达到良好的污泥减量效果；后者是分别以剩余污泥微波预处理上清液与剩余污泥发酵产生的挥发性脂肪酸作为燃料，可以有效地资源化利用剩余污泥，同时达到污泥减量的目的。将此类案例介绍给学生，既可以传授了固体废物资源化与处置的相关知识点，又可以激发学生的学习热情，提高教学质量，并且进一步培养了学生环境工程意识和环境工程研究的能力，进一步培养了学生分析和解决环境工程实际问题的能力。
环境学是环境类专业本科生的专业基础课程，旨在使学生正确理解和掌握与环境问题有关的基本概念、基本知识以及基本原理，以便为学习后续课程奠定必要的基础。而微生物燃料电池与其课程教学也有密切联系，可以成为增强教学效果的有力工具。污染物是环境工程的处理目标，而污染物指标是检验环境技术优劣的标准，在水体污染教学方面，五日生活需氧量（BOD5）的含义与测定是教学中的一项重要内容。常规BOD5测定主要采用呼吸法，该法测定较为复杂，而且耗时长，基于微生物燃料电池工作原理的BOD5传感器具有良好的应用前景，其电流或电压与污染物浓度呈现良好的线性关系，而且能够快速响应，并且测量范围较宽，结果具有良好的重复性，因此成为微生物燃料电池实际应用领域较为重要的直接应用方向。在利用微生物燃料电池类型的传感器测定BOD5时，以待测废水为阳极液，通过之前测定的电压与浓度对应关系，读取电压值，便可换算为BOD5的浓度。此测定方法发现电池转移电荷与BOD5之间呈明显的线%。而且微生物燃料电池类型的BOD5传感器响应快，恢复能力强，当污水浓度发生变化时，电流滞后1h即可达到稳定。而且微生物燃料电池型BOD5测定方法的另一突出优点是可连续运行，无需路外保养。通过介绍微生物燃料电池在测定BOD5中的应用，可以加深学生对BOD5的理解，传授了水体污染指标的概念，也培养了学生触类旁通、理论联系实际的能力。在环境学课程讲授中，会涉及全球的能源与环境问题，也会提到一些新型的清洁能源如氢能、核能等。此时可以介绍微生物燃料电池电助产氢的相关知识，这也是微生物燃料电池可能直接利用的主要形式。根据电化学理论，电解水的分解电压为1.6V，而在无氧气存在的条件下，在双室微生物燃料电池阴极施加一个远小于水的分解电压的小电压（一般小于0.8V），可以促进外电路转移至阴极的电子和阳极转移至阴极的质子结合而生成氢气，从而达到利用微生物燃料电池系统产生氢气的目的，该工艺产生的氢气纯度较高，并可以积累和储存以及运输，克服了以前微生物燃料电池输出功率低、无法直接应用的缺点，从而促进微生物燃料电池技术朝着实际应用又迈进了一步。这一方面可以吸引学生更深的了解微生物燃料电池技术，而且培养学生的研发兴趣与爱好，另一方面传授了氢能等清洁能源的相关知识，拓展了氢能的来源，启发了学生深入探究、勤于联想的能力，取得良好的教学效果。
在中国地质大学（北京），笔者主要参与环境工程专业基础课与专业课的教学。在实际教学中，将微生物燃料电池的研究心得与实际教学相结合，对教学起到很好的促进作用。如在环境专业基础课有机化学的教学中，在讲授烯烃部分时，讲到石墨烯作为微生物燃料电池阳极的优点，更多地利用了其比表面积大、易于微生物附着的特征，促进了微生物燃料电池的产电与污染物去除，使得学生对于石墨烯的应用有了更直观的认识，对教学起到了促进与拓展的作用，符合当下理论联系实际的教学思路。在环境专业主干课环境生态学的教学中，将水生生态系统部分引入微生物燃料电池的概念，介绍了产电微生物的工作原理及特性，并介绍了沉积物微生物燃料电池的工作原理及应用，这不仅向学生传递了水生生态系统中的环境微生物的类群与功能，以及污染物在水生生态系统中的迁移转化规律等知识点，而且可以使学生明晰微生物燃料电池的在其中所起的作用，形象地展示了微生物燃料电池参与污染迁移转化的过程，对于此部分知识的教学，起到很好的促进作用。讲到这些案例时，学生的学习热情都比较高涨，教学效果明显提升。可见微生物燃料电池确实是良好的教学载体，有助于提高环境工程教学的质量，笔者在后续教学中还需进一步完善提炼。
当前，塑料、橡胶和纤维等聚合物应用十分广泛，但其易燃性给其使用和推广造成了一定的影响。阻燃材料尽管在一定程度上起到了阻滞燃烧、延缓火灾蔓延、争取逃生和救援时间等积极的作用，但也在力学性能、性价比、环境污染等方面存在不足。随着纳米材料在力学、电磁学、热学、光学等多个领域的应用，纳米技术和纳米材料显现出广阔的发展前景。纳米阻燃材料的研制和发展有利于克服和改进传统材料的缺点，蕴含着巨大的社会效应和经济效益。
纳米材料是指在结构上具有纳米尺度及其相应功能特征的材料，1纳米为十亿分之一米，纳米尺度一般是指1～100 nm。材料的结构和粒径进入纳米尺度范围时，就表现出表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等多种特殊效应，从而使材料表现出多种奇特的功能。纳米材料按照材质分类，可以分为纳米金属材料、纳米非金属材料、纳米高分子材料和纳米材料。纳米技术和多种材料的结合，大大改变了材料的综合特性，为进一步优化材料的功能提供了有力的技术支持。
阻燃材料可分为无机和有机、含卤和无卤等多种类型。无机主要指氢氧化铝、氢氧化镁、硅系、三氧化二锑等阻燃材料体系，有机主要以卤系、氮系和磷系为主，它们通过复配或者反应得到形成添加型或者反应型复合材料，进而起到阻燃作用。相比较而言，无机阻燃材料具有低成本，热学性能好，燃烧时有毒气体少等优点，但是它们也具有机械性能差、填充量大且与基材相容性差等缺陷。有机型阻燃材料具有阻燃性能好，与基材相容性好，填充量小等优点，但是具有燃烧时发烟量大且产生有毒气体等缺陷。因此发展低烟、低毒、无卤、物理机械性能优越等环保型阻燃材料成为一直以来重要的研究课题，纳米技术的出现和发展为解决上述阻燃材料的现有缺陷提供了可能。研究表明，纳米阻燃材料应满足下列要求：第一，材料应符合环保要求，燃烧时产生的毒性气体少。第二，材料应具有功能性强、阻燃效率高等特点，同时应克服传统阻燃材料机械物理性能方面的现有缺陷，拓展材料应用范围。第三，降低综合成本，增强材料的性价比。
将传统的阻燃剂颗粒细化到纳米级应用到相关材料中即可获得纳米阻燃材料。纳米技术的应用、纳米级颗粒的获得以及纳米尺度所表现出来的特有的多种效应大大增强了阻燃剂和材料间的相容性，一定程度上减少了阻燃剂的应用量，同时也提高了阻燃性能，提升了阻燃材料的性价比。目前，已研制的常用纳米阻燃复合材料大致有以下几种。
粘土纳米阻燃材料涉及阳离子粘土矿物蒙脱石、阴离子粘土矿物层状双金属氢氧化物、非离子型粘土矿物高岭石等原料，借助插层方法修饰，获得对聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚丙烯（PP）等有效的复合阻燃材料。粘土类阻燃剂的层状硅酸盐中含有炭化层，在高温下能够俘获一些自由基，在改变了材料力学性能的同时，也提高了材料的阻燃性能，还避免了添加卤系阻燃剂后燃烧时发烟量大、产生腐蚀性和毒性气体等缺陷。火灾时，硅酸盐碳化层减缓了材料燃烧时挥发物逸出的速度从而使得粘土类纳米材料在凝聚相分解过程中挥发物的溢出率低。
纳米级氢氧化镁阻燃材料的阻燃性、发烟量与基材的相容性等性能要优于微米级的氢氧化镁阻燃材料的相应性能。在一定剂量下，纳米级氢氧化镁阻燃体可以达到UL94标准的V-0级。金属氢氧化物本身优势明显，关键是添加量要比较大，通常在60%以上，而高填充量对阻燃材料的物理机械性能影响较大，而纳米技术正好能很好地解决阻燃剂和基体间的分散性和相容性的问题，两种技术的结合大大提升了氢氧化镁阻燃剂的应用和阻燃后材料的阻燃性能。纳米氢氧化镁阻燃材料具有无卤、低烟、无毒、无滴落、耐酸、稳定性好、分解温度高、不腐蚀设备等多种优异性能，具有广阔的应用前景。
用锡酸锌包覆纳米碳酸钙粉体并应用到聚氯乙烯（PVC）中，得到40～60 nm的产品粒径，减少了增塑剂在PVC中的用量，提高了产品的加工性能，再加上硬质PVC本身的高含氯量和高阻燃性，极限氧指数（LOI）可以达到45%，获得了优良的阻燃复合材料。经过甲基丙烯酸处理的纳米碳酸钙/聚苯乙烯（PS）原位复合材料粒径也在
100 nm以内，也具有较好的阻燃性能。此外也可以应用脂肪酸、钛酸酯偶联剂以及纳米碳酸钙经过表面处理得到聚丙烯/纳米碳酸钙复合材料，经过实验和应用，都在保持较好阻燃性能的基础上，材料的力学性能方面得到了很大的改善，材料的抗冲击强度也有所提高。
纳米级氧化锑阻燃PVC材料的阻燃性能高，发烟量低，其性能优于传统的PVC材料的相应性能，而且适合用于纺织品中。纳米级氧化锑颗用量少， 而且不会阻塞机器的喷丝孔， 使得纺织品能够阻燃。另外，纳米级的氧化锑材料的比表面积很大，对一些纺织品的渗透性能好，具有很强的粘附力，由此形成的纺织材料还具有很好的耐洗牢度，不易褪色。纳米氧化锑具有成本低，平均粒度小，在聚酯材料中分散均匀，相容性好等优点。
纳米二氧化硅改性的聚合物已经获得了广泛的应用，原因是经过纳米化和改性，所获得的纳米复合材料具有质轻、高强度、高韧性等多种优点。EVA类纳米复合材料中纳米填充层在内层聚合物外面形成一层隔离层，从而强化了炭化过程，材料降解过程延长，用锥形量热计测量出的热释放速率峰值极低，阻燃性能较传统阻燃材料有大幅提高。在力学性能方面，研究表明，EVA/二氧化硅复合材料中的体积填充分数为4%时，复合材料的拉伸强度最高，约为基体的两倍，这也充分显现出了纳米技术在提升复合材料的物理机械性能方面的重要作用。
①溶胶―凝胶法。溶胶―凝胶法是制备纳米材料比较普遍的制备方法。其流程是：将金属氧化物或金属盐溶于水中，通过水解反应后，形成溶胶状纳米级微粒，再将溶剂蒸发，之后形成凝胶物体。这样就形成了有机聚合物与无机分子相互渗透，具有多层有序结构的阻燃材料。该方法化学反应温和，无机成分和有机成分相互掺混，结构紧密，但也存在凝胶干燥时易出现材料收缩脆裂等缺点。
②共沉淀法。共沉淀法是指先期形成的无机纳米粒子与有机聚合物混合沉淀形成阻燃材料的方法。这种方法中，纳米粒子与材料合成分开制作，纳米粒子的尺寸与结构可以很好的控制，同时纳米粒子在聚合物中均匀分布，综合性能好。但该方法中纳米粒子易团聚，均匀分散纳米微粒是最大难题。共沉淀法可分为溶液共沉淀法、乳液共沉淀法与熔融共沉淀法等多种方式。
③插层法。插层法的流程是将纳米微粒制成层状，再将其插入有机聚合物层之间，导致二者达到纳米级复合。这类方法有聚合插层法、熔融插层法及溶液插层法等类型。
④原位共聚法。原位共聚法是指将纳米粒子均匀分散在溶液中，再借助加热、辐射等手段，使聚合物与纳米粒子之间发生聚合等一系列反应，最后得到纳米级分散的阻燃材料。该方法得到的阻燃材料具有粒子纳米特性好，层间焓熵势垒低等优点。
⑤原位自组装法。原位自组装法是指利用聚合物分子与纳米粒子间的分子间力、层间静电力等作用，在原位进行自组装，生成无机主晶核，最后聚合物再将生成的晶体包围在内。这种方法合成双羟基纳米复合物比较有利，纳米相能有序分布。
在阻燃剂领域中，无机添加型阻燃剂应用最早，用量最大。如锑系、铝系、磷系、硼系阻燃剂等等。但目前主要存在阻燃剂和基材相容性差和对物理机械性能影响较大等问题。研究表明纳米技术的利用可以提高塑料制品的阻燃性以及机械性能，加强纤维制品的阻燃性以及抗静电能力，加强橡胶制品的阻燃性以及减少其燃烧时的有毒气体的释放和发烟量。纳米阻燃材料可以在发挥无机类阻燃材料低卤或无卤、低烟、低腐蚀等优势的基础上，借助纳米技术大大提高无机类阻燃材料的综合性能。
此外纳米阻燃材料也将在提高材料的热稳定性、减少材料在使用中的团聚、增强阻燃剂和材料间的用量、粒径、层状结构的优化和复配、优化材料的储运和添加过程、提升材料的阻燃效果、促进材料的多功能化等方面得到进一步发展。在纳米阻燃复合材料的微结构及形成机理、材料的阻燃机理细节等基础理论方面加强研究，不断加速发展朝阳的纳米阻燃材料事业，有利于相关产品产业化的顺利实现和拓展。
综上所述，纳米阻燃材料具有阻燃性能好，环保效果好，并且燃烧时放出的有毒气体少，填充用量少，产品趋于多功能化发展的特点，可广泛应用于汽车、航空、电子家电等多个行业，具有很大的发展空间。但是纳米阻燃材料的发展，仍有很多亟待解决的实际问题，如纳米粒子形态的控制、纳米粒子分布工艺以及多功能化的统一等。相信随着高分子材料科学与工程技术的不断进步，随着纳米技术的出现、应用和快速发展，纳米阻燃材料研究必将会取得长足的进步，为更好地保护人民生命财产安全提供坚实的物质技术保障。
[1] 欧育湘，陈宇，王筱梅.阻燃高分子材料[M].北京：国防工业出版社，2001.
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。
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。
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。
长期以来，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。
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：
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。
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。
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。
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 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。