物质系统范文（精选12篇）

物质系统 第1篇

根据设计要求, 本系统设计包括3大部分:金属检测模块、步进控制模块、主控模块。系统构成如图1所示, 下面对各部分进行方案论证。

1.1 金属检测方案的论证与选择

方案1:采用由拍频振荡电路和探头振荡电路组成, 其电路能保持拍频振荡电路的振荡频率与探头电路的频率相差在1k Hz以内, 可产生一个清晰可闻的音调。当探头接近金属物时, 使原来的音调发生变化, 由此来探测金属的存在。

方案2:采用由振荡电路组成的。基频振荡电路其振荡频率范围为130~200k Hz;其中只有振荡回路自由频率约为160k Hz.当线圈未接近金属时, 调节基准振荡频率与自由振荡频率一致。线圈附近的磁导率发生变化, 就导致了线圈磁通的变化, 其谐振率也随之变化, 其谐振频率也随之变化, 从而基准振荡频率与自由振荡频率不同, 高阻耳机发声。

方案3:采用LDC1000数字电感转换器, 通过电感感测检测实现线性/角位置、位移、运动、压缩、振动、金属成分的检测。通过一个串行外设接口 (SPI) 与微控制器 (MCU) 连接。在检测到被测物体时, LDC1000数字电感转换通过串行外设接口 (SPI) 返回数字信号给微控制器 (MCU) 处理。来判断是否检测到金属。

由于方案3是采取的数字信号返回给微控处理器, 比模拟信号更易处理选择, 故采用方案3。

1.2 自动行走控制的论证与选择

方案1:采用集成芯片L298和由分立元件构成的驱动电路模块来驱动的直流电机, 控制端连接51单片机, 由51单片机控制输出PWM脉冲控制L298和分立元件驱动电路模块的输出以及PWM脉冲输出的方向, 从而控制直流电机的转速大小和正反转。本次测试采用51最小系统板、L298驱动电路和分立元件驱动电路模块, 对单片机进行编程, 间接控制直流电机的启停、转速大小和正反转。

方案2:采用A3967SLB, PWM恒流控制微步距驱动二相步进电机专用驱动器。它的工作电压可达30V, 驱动电路达750m A, 一个A3967即可驱动一台二相步进电机, 可实现8细分驱动。芯片内部的PWM电流控制电路可通过加在PFD的电压设置为慢, 块, 混合3种电流衰减模式, 如果PFD端的电压高于0.6V, 则选择慢衰减方式。若低于0.21V, 则选择快衰减方式。另外, A3967还能提供完善的保护措施, 包括抑制瞬态电压, 过热保护, 防止电流直通, 欠压电压自锁等功能。

因要求精度比较高, 故采取方案2。

1.3主控模块的论证与选择

方案1:采用传统的51单片机, 具有使用简便、便宜价格等优点, 但是其运算能力较低, 速度较慢, 功能相对单一, 难以实现本系统较为复杂的任务要求。故不予考虑。

方案2:使用芯片LM3S811, 它将高性能的32位计算引入到对价格敏感的嵌入式微控制器应用中。这些堪称先锋的器件拥有与8位和16位器件相同的价格, 却能为用户提供32位器件的性能, 32位RISC性能64KB的内部存储器等诸多优秀性能。但是价格昂贵, 且不易操作。

方案3:采用STM32系列, 它是基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。STM32F103“增强型”系列时钟频率达到72MHz, 是同类产品中性能最高的产品;基本型时钟频率为36MHz, 以16位产品的价格得到比16位产品大幅提升的性能, 是16位产品用户的最佳选择。两个系列都内置32K到128K的闪存, 不同的是SRAM的最大容量和外设接口的组合。时钟频率72MHz时, 从闪存执行代码, STM32功耗36m A, 是32位市场上功耗最低的产品, 相当于0.5m A/MHz。

基于以上分析, 使用STM32单片机, 速度快, 操作简便快捷, 能较好的完成本系统的操作要求故系统拟采用方案3。

2系统理论分析与计算

2.1 LCD1000设计与分析

LDC1000对滤波电容的选择十分苛刻, 需要选择低温泄露, 温度稳定性好, 压电噪声低的电容。最优的电容值在20p F到100n F之间。电容值由LC的谐振时常数决定。如果使用陶瓷电容的话, class I类的陶瓷电容可以使用, 这类电容由着很好的温度特性。电容耐压值要大于10V。为了减小寄生参数, 滤波电容应该尽量靠近芯片, 走线要短。

LDC1000的电感检测原理是利用大学物理中讲到的电磁感应原理。在PCB线圈或者自制线圈中加上一个交变电流, 线圈周围就会产生交变电磁场, 这时如果有金属物体进入这个电磁场则会在金属物体表面产生涡流 (感应电流) 。涡流电流跟线圈电流方向相反, 涡流产生的感应电磁场跟线圈的电磁场方向相反。涡流是金属物体的距离、大小、成分的函数。

涡流产生的反向磁场跟线圈耦合在一起, 就像是有另一个次级线圈存在一样。这样LDC1000的线圈作为初级线圈, 涡流效应作为次级线圈, 就形成了一个变压器。由于变压器的互感作用, 在初级线圈这一侧就可以检测到次级线圈的参数。Ls是初级线圈电感值, Rs是初级线圈的寄生电阻。L (d) 是互感值, R (d) 是互感的寄生电阻, 括号中用d是因为它们是距离的函数。交变电流如果只加在电感上 (初级线圈) , 则在产生交变磁场的同时也会消耗大量的能量。这时将一个电容并联在电感上, 由于LC的并联谐振作用能量损耗大大减小, 只会损耗在Rs和R (d) 上。可以检测到R (d) 的损耗就可以间接的检测到d。通过等效并联电阻的计算公式推导出Rp (d) 和d的关系。Rp (d) = (1/ ([Rs+R (d) ]) * ([Ls+L (d) ]) /C.等效为Rp= (1/Rs) * (L/C) 。

2.2 电机驱动设计与分析

A3967SLB是一个完善的微电机驱动器内置逻辑器。它的设计操作双极步进电机全、半、季和第8步模式, 输出驱动能力30V和±750毫安性。它的特点是有固定关断时间的电流调节器, 有能力在慢、快或混合电流衰减模式。此电流衰减控制方案以减少可听到的电流噪音, 增加步进精确度, 并减少功耗。同时它可通过“步进”输入中输入一个脉冲电动机将产生一个步骤即根据输入, 产生全、半、1/4或八分脉冲。

基于A3967驱动芯片的细分断路器能为两级步进电机提供大约每相750m A (两极一共1.5A) 的驱动。它一般设置为步细分模式, 例如当电机每圈200步, 每圈1600步, 更多细分模式可以通过单片机控制步进电机转动, 如表1所示。

电机驱动设计由电机驱动和电机电源两部分组成。电机驱动部分采用A3967LSB芯片进行两级步进细分设计, 如图2所示。其供电部分采用常用的集成线性稳压电源芯片来设计, 如图3所示。

3 结语

本设计充分利用TI公司提供的高性能的专用芯片, 完成整个电路的制作, 且整个设计花费的时间也不多。

参考文献

[1]何书森.实用电子线路设计速成[M].福州:福建科学技术出版社, 2006.

[2]曹磊.MSP430单片机c程序设计与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007.

《生态系统的物质循环》教学设计 第2篇

一．情景引入

师：生老病死，人之常情。有人说，死后上天堂，也有人说死后入轮回。那么，死后去哪了呢？请看视频。

（师播放视频）

师：看完视频，狮子死后变成什么？草被谁吃？而羚羊又被谁吃？（师问学生，学生统一答。同时点PPT，显示三生物名称）师：可见构成他们的物质在狮子、草、羚羊三者间是在的。（师以手画圆，让学生答出循环）师：那在生态系统中，物质是怎样循环的呢？我们这节课就来探究这个问题。（师黑板上写出课题，并点出PPT的课题）二．自主探究：（以下小标题仅作自己心里的流程，不展示）

师：不同生物体所含的蛋白质核酸等化合物的种类各不相同，但生物以及无机环境的元素种类却具有统一性。可见生态系统中参与循环的物质应该是一些化学元素。

师：细胞中最基本的元素是什么 生：碳元素

那我们今天你就以碳循环为例，来探究生态系统的物质循环过程。（师板书：

1、碳循环）

师：我想请一位同学来回答几个小问题。（抽学生）师：生态系统由哪两部分构成？ 生：生物群落和无机环境

师：无机环境中碳的存在形式是什么？ 生：二氧化碳

（若答碳单质或碳酸盐，则追问什么能被生产者利用）师：碳在生物群落中主要存在形式是什么？ 生：有机物（师板书：（1）形式：CO2、有机物）

（师点出PPT，自主探究）

师：同学们对基础知识掌握的很好。接下来请同学们以小组为单位，探究这些含碳物质是通过怎样的途径构建起碳循环的？要求以草原生态系统中具体生物和物质为例，并用文字和箭头表示。时间3分钟，开始。

（师点出PPT，显示问题和要求）

（师下台指导，可给予提示。发现优秀小组，引导学生将微生物分解者，以及化石燃料完善出来。）

师：好，时间到。我发现同学们很有创造性和逻辑性，都完成的不错。我们请同学上来展示你们小组的成果。

（师点某一组同学。学生画好后让他讲解所画过程，然后给予认同表扬，最后让他回座位）

师：很好。刚才这位同学构建的循环是否合理完善呢？我们再请一组同学来点评一下。

（已经完善或学生补充完善后进行下一步）

三．成果优化

1、成果优化——图示简化

师：通过同学们的探究，碳循环的过程已经大致出来了。为了同学们更好的理解和应用，我们一起来把这个过程再简化一下，并明确途径。

（师点出PPT，显示问题）

师：首先，无论是草还是其他植物，他们在生态系统中的成分是什么？ 生：生产者

（师写出生产者）师：这些动物是什么成分？

生：消费者

（师写出消费者）师：微生物在生态系统中是？

生：分解者

（师写出分解者）师：剩下的就是无机环境中的CO2（师写出大气中的CO2）

（以上部分学生统一答，写大点，开阔点，便于后面画能量流动）师：接下来，我想请一位同学来告诉我这四者间进出的途径。师：好，这位同学。

师：大气中的CO2和生产者之间分别通过什么途径进出？ 生：光合作用和呼吸作用

师：生产者的含碳物质通过什么途径进入消费者？ 生：食物链

师：消费者与大气中的CO2呢？ 生：呼吸作用

师：无论生产者还是消费者，他们的尸体粪便等都会被分解者分解，因此，分解者通过什么途径进入大气中的CO2？

生：分解作用

师：谢谢这位同学，非常好，给他鼓励！（师标出箭头以及写明途径）

师：在该图中，外面生产者消费者分解者共同构成了生物群落，中间大气中CO2代表着无机环境。因此碳循环的过程是CO2从无机环境到生物群落之间通过光合作用、呼吸作用、分解作用等途径进行循环往复的。

（师以手势形象展示：外面一圈是生物群落，里面是无机环境，彼此循环）（师板书：（2）过程：生物群落

无机环境）

2、成果优化——方法提炼

师：简化了碳循环的过程之后，如何解答这类题呢？我们先试试，请看题：（师点出PPT，阅读题目，让学生作答，1分钟后，抽问一名学生）师：请给出你的答案 生：回答

师：你的思路或方法是怎样的？ 生：回答

（若答的不全或不会，则让同学补充）

师：同学们做题的思路是正确的，这很好。为了更清晰的掌握这类题的解体方法，老师将解题的思路总结成了几句话：（点出PPT）希望对同学们有所帮助。

师：第一步是发现双向箭头，所连两端必定是生产者和无机环境。生产者流向消费者分解者和无机环境，流向生产者的只有无机环境，即多出单进是生产者。分解者的来源有多个，最终流向无机环境；无机环境的CO2来源有多个，之流向生产者，因此多进单出是分无。

四．成果延伸

成果延伸——特点

通过碳循环的学习，推而广之，延伸到所有物质的循环上，都有循环利用的特点.（师板书：

2、物质循环（1）特点：①循环利用

点出PPT）师：那么还有其他特点吗？有这样一句话“日日思君不见君，共饮长江水”。物质的循环将遥远的你我联系在一起。就像我们呼吸产生的CO2也许正漂洋过海，随大气环流流向异国他乡，让我们和各国人民，上到总统将军，下到黎明百姓，真正做到了同呼吸共命运。这都说明物质的循环是否在某一区域循环呢？

生：不是

师：应该是（师配以手势）生：应该是全球性的

师：我们再举一个例子：我们在农田施加DDT，但却在遥远的南极企鹅体内也发现有DDT，这也体现出了物质循环的全球性。

（师板书：②全球性，并点出PPT）

师：正是因为物质循环的全球性，我们也将之称为：生物地球化学循环（师点出PPT）成果延伸——定义：

师：通过前面的学习，生态系统的物质循环的含义就很清楚了。

（师点出PPT）师：由于循环具有全球性，因此生态系统指的是生物圈物质指的是化学元素那循环的过程是生物群落和无机环境之间

师：所以，生态系统的物质循环的定义为：（师点出PPT，显示定义

师板书：（2）定义

学生勾画教材101页黑体字）成果延伸——联系

师：学习了物质循环，结合前面所学的能量，作为生态系统主要的两大功能，他们之间有什么联系呢？

（师点出PPT：联系，板书写出：（3）、联系

物质循环

能量流动）师：能量的根本来源是太阳能（师板书上写出光能），现在请同学在物质循环的图上画出能量流动过程。（点出PPT的问题①）

请这位同学来帮忙作图（用红笔）。

（若作的有不对的地方再请一位同学修改。还是不对，则说：看来前面所学的知识还需要巩固，然后自己补上）

师：通过作图，我们发现，无论是能量流动还是物质循环，他们在生物体间的流动传递方向是一致的，即都以食物链或食物网为渠道进行。

（师板书写出：食物链（网）作为渠道）

师：我们接下来再看两个问题。（抽学生）（师点开PPT，显示问题）

师：草光合作用固定的太阳能储存在什么物质中？ 生：有机物

师：狮子从羚羊处获得什么？ 生：食物 师：食物中含有什么？或者说获取食物的目的是什么？（食物的主要去路是氧化分解提供能量）

生：能量

师：通过这两个问题我们可以很自然的得出，有机物中储存有能量，即物质是能量的载体

（师点出答案，并板书写出：载体）

师：看下一个问题：没有光能，草能将CO2转化为有机物吗？（学生统一答：不能）

师：光能在CO2转化为有机物的过程中起什么作用？（师手势）

生：推动，驱动

师：因此，能量流动是物质循环的动力（师点出答案，并板书写出：动力）成果延伸——归纳

师：我们将二者间的关系用一张表格表示出来，请看PPT。思考，请同学回答（师点出PPT，30秒左右后抽问学生）

生：回答 五．成果应用

师：很好，看来同学们对知识都掌握的不错。那么接下来我们就利用所学知识解决实际问题（师点开PPT，显示应用实践），请看问题（点开视频）。

师：视频中呈现的是什么问题？ 生：温室效应（全球变暖）（师板书：

3、温室效应）

师：那造成温室效应的原因是什么?请结合CO2的来源和去路，思考作答。（是点出PPT，显示来源去路）师：这位同学

生：化石燃料的燃烧，植被破坏，人口增多

师：人口增多虽然也是一个原因所在，但这是一个相对缓慢的过程，而花式燃料的形成是亿万年时间，而燃烧却是短时间完成，导致CO2增多。所以来源上主要考虑化石燃料，去路上主要考虑光合作用，化能合成作用的影响较少，不考虑。

（师板书：（1）原因：化石燃料，植被）师：很好（点出PPT），问题的根源知道了，那对应的措施又改怎样？ 生：回答（师板书：（2）措施）

师：物质循环的全球性把我们大家联系在了一起，所以保护环境，人人有责（点出PPT）。六．课堂小结

师：这节课的知识就是这些，现在同学们反思本堂课内容

师：好，本节课重点有两个。一是碳循环的过程，同学们要理解CO2等物质通过光合呼吸微生物分解等途径在无机环境和生物群落间循环，并能够进行应用。二是理解物质循环和能量流动的关系，他们有共同的渠道，是同时进行，相互依存的。

七．巩固练习

师：现学现练，及时巩固。咱们来练习几个题： 师：问 生：答

师：最后一个作业将留在课后，物质循环的各个途径中光合作用，呼吸作用以及营养结构都比较熟悉了。但微生物的分解作用却了解较少。因此，课后任务即是教材中的探究实验：微生物的分解作用。以小组为单位，写出实验报告。

师：今天的内容就上到这里，同学们的表现非常好。在这节课的最后，让我想再回想一下狮王的话。我们人类不也和众多的生物联系在一起吗？保护环境，保护生态，迫在眉睫。前段热映的电影《美人鱼》中主人公的一句话道出了我们共同的心声：如果这个地球连一滴干净的水，一片干净的空气都没有，我们所做的还有什么意义？

物质系统 第3篇

关键词：生物质资源；系统评价方法；气化发电；清洁发展机制

中图分类号：T69文献标志码： A

文章编号：1002-1302（201412-0374-04[HS][HT9SS]

[HJ14mm]

收稿日期：2014-06-14

基金项目：国家自然科学基金（编号：71173116；中国制造业发展研究院开放课题（编号：S20120200-4；中国气象局气象软科学研究（编号：MC-10）。

作者简介：李蓓蓓（1984—），女，山东淄博人，博士，讲师，研究方向为生物质资源利用。E-mail：libeibei@nuisteducn。[HJ]

能源短缺和环境危机是制约当今世界经济社会发展的两大主要问题。生物质资源以其可再生、资源丰富、生态环境友好而逐渐成为一种重要的替代能源[1-2]。我国是农业大国，目前，每年可利用的生物质资源量折合约7亿t标准煤，针对这一基本国情以及我国油气等化石能源资源短缺的现状，开发和利用生物质资源能够有效缓解能源危机，改善能源结构不合理状况，保护日益恶化的生态环境，对于维护我国能源安全、促进农村和农业可持续发展具有十分重要的意义。

生物质资源应用技术的系统评价是生物质科学开发利用的关键和基础。对生物质资源利用技术来说，评价内容除了要考虑储量、开采量、生产率以及成本、价格等进行一般资源利用技术评价所考虑的因素以外，更应注重生物质资源开发技术的市场分析和环境收益[4-6]。目前，对生物质资源利用技术的评价方法比较单一，缺少比较系统的评价指标，更未能形成综合的评价指标体系，因此，有必要根据生物质资源的特性对生物质资源利用技术的系统评价方法进行研究，并建立技术评价的指标体系。

山东省生物质的储量非常丰富，笔者在总结生物质资源现有评价方法的基础上，利用已有统计资料和数据，定量估算了山东省生物质资源的数量，并从能源、经济和环境（3E的角度出发，对生物质资源应用技术的系统评价方法进行了研究，最后以生物质气化发电技术为例，对以上构建的评价方法进行了实际应用。

1定量計算山东省生物质资源

生物质资源种类繁多，主要包括农作物秸秆及林木剩余物、禽畜粪便、工业有机废水、城市垃圾和污泥等几个方面。本研究计算的实物蕴藏量是山东省生物质主要资源的全部理论实物产量的总和，理论可获得量是理论条件下可以获得并转化为有用能的生物质资源数量，数据来源于2011年山东省统计年鉴。

11各种生物质资源实物蕴藏量估算

111农作物秸秆及林木剩余物资源

山东省是我国玉米、小麦和棉花的主产区之一，2010年，山东省农作物播种面积 1 08182万hm2，其中玉米播种面积29553万hm2，小麦播种面积35811万hm2，棉花播种面积7667万hm2。计算各种农作物秸秆产量的公式如下：

[J]CR=∑[DD（]ni=1[DD]Qcirci。

式中：CR为秸秆资源实物蕴藏量；Qci为第i类农作物的产量；rci为第i类农作物的谷草比系数，各种农作物谷草比系数见表1。

[F（W10][HT6H][J]表1各种农作物的谷草比系数[7-9][HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG12，W8，W62，S8，W62W]作物种类谷草比作物种类谷草比

[BHDWG12][XXSX2-SX14]小麦11[XXSX2-SX14]甘蔗01

玉米20甜菜01

水稻10向日葵20

高粱20花生15

大豆17芝麻20

薯类10胡麻20

棉花30油菜30

麻类17[HJ][BG）F][F）]

山东省2010年用材林面积为361 万hm2，经济林面积为379 万hm2，防护林面积为1299 万hm2，木材采伐量292万m3，林木剩余物资源量的估算可以用不同林种的面积、可取薪柴系数以及单位面积产柴量等指标计算得出；也可以通过分类计算薪炭林，林业生产和更新剩余物以及灌木林、竹林等其他林木生物质资源来计算，计算公式如下：

[J]FR=∑[DD（]ni=1[DD]Qfirfi。

式中：FR为林木剩余物资源实物量；Qfi为第i种林木资源量；rfi为第i种林木的折算系数（表2。根据公式计算山东省秸秆和林业生物质资源总量约为9 558万t。

[F（W7][HT6H][J]表2林木剩余物资源折算系数[10-11][HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG3，W9，W52，S9，W52W]林木种类折算系数（%林木种类折算系数（%

[BHDWG12][XXSX2-SX14]薪炭林100[XXSX2-SX14]抚育间伐量8 m3/hm2

采伐剩余物40四旁树100

木材加工剩余物344竹材加工剩余物344[HJ][BG）F][F）]

112畜禽粪便

畜禽粪便也是一种重要的生物质资源。山东省现有各类规模以上畜禽养殖场（户76万个，省级以上畜禽标准化规模养殖示范场（小区2 908个，大牲畜年末存栏50239万头（牛存栏48367万头、猪年末存栏2 74755万头、家禽年末存栏54亿只、兔年末存栏3 4721万只。畜禽粪尿排泄量与动物种类、品种、性别、生长期等因素有关，根据各类畜禽每日粪便产生量和畜禽的饲养周期可以估算畜禽粪便排放量，公式如下：

[J]D=∑[DD（]ni=1[DD]Qdi·di·mi=∑[DD（]ni=1[DD]Qdi·Mi。

式中：D为畜禽粪便量；Qdi为第i类畜禽的数目；di为第i类畜禽每天粪便的产量；mi为第i类畜禽的饲养周期；Mi为第i类畜禽在整个饲养周期内粪便排放总量。

根据公式计算山东省2010年畜禽粪便资源的实物量为9 351万t。

113工业有机废水、城市垃圾和污泥[JP2]

工业有机废水可以用于产生沼气。2010年，山东省废水排放总量约为436亿t，其中工业有机废水208亿t，主要来自酿酒、纺织、造纸、食品、抗生素、化工等生产企业，以COD计算约为295亿t。[JP2]

城市垃圾根据其组成可分为有机垃圾与无机垃圾资源，将城市垃圾直接燃烧可产生热能，或是经过热分解处理制成燃料使用等。污泥主要包括工业废水污泥和市政污泥。2010年，山东省城市垃圾和污泥总量约15亿t。

12折标能源总量

根据以上各类生物质能资源的实物量，乘以相应的折标系数，就可以得到不同种类生物质折合成标准能源的总量。对于秸秆资源能源总量，其计算公式如下：

[J]秸秆资源折标能源总量=∑[DD（]ni=1[DD]CRi·ηi。

式中：CRi为第i类秸秆资源实物量；ηi为折标系数。

林木剩余物资源能源潜力量，畜禽粪便资源能源潜力量，工业有机废水、城市垃圾和污泥资源能源潜力量的计算方法与此相同。不同生物质资源折标系数ηi值见表3。

13理论可利用量

上述计算的生物质资源量只是理论蕴藏量，在此基础上还需要计算理论可利用量，即理论上可以用来进行能源生产的生物质能资源量。例如，秸秆生物质能理论可利用量计算公式如下：

[J]秸秆资源能源可利用量=∑[DD（]ni=1[DD]CRi·ηiλi。

式中：λi为第i种作物秸秆的收集系数。

[F（W10][HT6H][J][WTH]表3不同种类生物质能源的折标系数（ηi[12-13][WTB][HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG12，W8，W62，S8，W62W]种类折标系数种类折标系数

[BHDWG12][XXSX2-SX14]麥秆0500[XXSX2-SX14]杂粮秆0500

稻秆0429牛粪0471

玉米秆0529猪粪0429

豆秆、棉秆0543马粪0529

薯类秆0486鸡粪0643

糖料秆0441羊驴骡粪0529

油料秆0529薪柴0571

麻类秆0500生活垃圾0143[HJ][BG）F][F）]

林木资源能源潜力量、畜禽粪便资源能源潜力量、工业有机废水、城市垃圾和污泥资源能源潜力量的计算方法与此相同。

相关文献报道，秸秆、畜粪、废水和污泥资源的收集系数可近似认为100%，其中秸秆约50%用于能源利用，畜粪333%用于能源利用，城市废水中约50%可用作生产沼气，污泥约20%用于厌氧消化和焚烧[11]；林木剩余物的收集系数本研究取其为40%，其中约333%用作能源；考虑到目前垃圾收集率仅为40%左右，因此垃圾资源的收集系数为40%。

14山东省生物质资源的能源总量和理论可利用量

根据以上的计算方法和数据，计算理论可利用量见表4。

[F（W9][HT6H][J]表42010年山东省主要生物质能资源[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG3，W9，W52。2，W6，W3W]类型实物总蕴藏量（108t折标能源总量（108tce理论可利用量（108 tce比例（%

[BHDG12，W9Q0，W52。2DW，W6DW，W3DWW]秸秆和林木剩余物0955 8048002405031

[BHDW]畜禽粪便0935 1045001503145

工业有机废水29500 000060003063

城市垃圾和污泥总量1500 0021000841761

合计11500477100[HJ][BG）F][F）]

2山东省生物质应用技术评价方法

21评价方法

211能源影响分析

本研究以生物质应用技术对一次能源消费比重和对终端能源消费比重来描述其对山东省能源消费结构的影响。

212经济影响

从经济性来看，无论采用何种生物质应用技术，经济收益都是不可或缺的因素。本研究从财务评价的角度出发，通过分析技术的财务内部收益率、投资回收期以及财务净现值等指标来评价生物质能技术的经济性[14]。

213环境影响

生物质应用技术可以减少CO2等气体的排放，对于保护生态环境，减少温室气体排放具有重要的意义。本研究重点考察了生物质技术的温室气体减排量以及在清洁发展机制（CDM下通过温室气体减排所取得的经济效益来评价生物质应用技术的环境效益。

22评价指标

221能源影响指标

在能源消费的影响上，工厂规模的生物质应用技术会改变能源消费结构，本研究以其对一次能源消费比重和对终端能源消费比重来描述这种结构改变。

222经济性指标

2221财务内部收益率（FIRR

财务内部收益率是指项目财务净现值为零时的收益率，它反映项目所占用资金的盈利率，是考察项目盈利能力的主要动态指标。表达式为：

[HS2][J]∑[DD（]nt=0[DD]（CI-COt（1+FIRR-t=0。

式中：CI为现金流入量；CO为现金流出量；（CI-COt表示第t年的净现金流量；n为计算期。在经济评价中，把将求出的财务内部收益率与行业的基准收益率比较，当FIRR大于基准收益率时，在财务上是可以考虑接受的。

2222投资回收期（Pt

投资回收期是指以项目的净收益抵偿全部投资（固定资产投资、投资方向调节税和流动资金所需要的时间。它是考察项目在财务上的投资回收能力的主要静态评价指标。表达式为：

[HS2][J]∑[DD（]Pit=0[DD]（CI-COt=0。

在经济评价中，求出的投资回收期（Pt与行业的基准投资回收期比较，当Pt小于基准投资回收期时，表明项目投资能在规定的时间内收回。

2223财务净现值（FNPV

财务净现值是将项目整个计算期内各年的净现金流量，按照某个给定的折现率，折算到计算期期初（第零年的现值之和，它是考察项目在计算期内盈利能力的动态评价指标。表达式为：

[HS2][J]FNPV=∑[DD（]nt=0[DD]（CI-COt（1+ic-t。

式中：ic为部门行业的基准收益率。财务净现值≥0的项目是可以考虑接受的。

223环境收益指标

2231温室气体减排量

生物质利用技术的鲜明特色就是减少环境污染和温室气体排放。环境特性的优劣是衡量生物质利用技术的重要因素，计算公式如下[15]：

[J]ER=ERcoal+BE生物质-PE-L生物质，（tCO2。

式中：ER为生物质利用技术的CO2减排量；ERcoal为替代发电量所产生的CO2排放量；BE生物质为生物质由于自然腐化或者人工焚烧的排放量；PE为技术本身的排放量；L生物质为技术本身泄露的排放量。

2232CDM项目减排效益

清洁发展机制（clean development mechanism，CDM是联合国为了保护全球气候和减少温室气体排放，1997年通过谈判制定的《京都议定书》中确定的履约机制之一。CDM允许联合国气候变化框架公约附件1所列的发达国家在非附件1缔约方（发展国投资实施温室气体（greenhouse gas，GHG减排项目并据此获得所产生的经核证的减排量，以便帮助其履行他们在《京都议定书》中所承诺的约束性GHG 减排义务。当存在CDM的情况下，根据国家发改委规定的温室气体减排量不得低于95美元/t，按照价格10美元/t、1美元兑换632元人民币计算，生物质利用技术的CDM项目减排效益如下：

[J]CDM减排收益=温室气体减排量×632（元。

3实例分析

选择生物质气化发电技术作为研究对象，利用上述评价方法对该技术在山东省的应用进行系统评价。目前，我国生物质气化发电规模以中小型为主，MW级的循环流化床气化发电系统已在我国南方的许多省市得到推广应用。本研究选取2 MW和6 MW气化发电系统作为具体分析案例，2 MW采用简单气化-内燃机发电系统，6 MW采用高效的内燃机-蒸汽轮机联合循环发电系统，对其进行系统评价。

31能源影响评价

从一次能源消费比重和对终端能源消费比重来说，生物质气化发电技术是清洁能源技术，社会消费生物质表明该技术提升了清洁能源消费的比重，相对于国民经济中能源消费的总量，目前，来源于生物质气化的发电量影响是存在的，但是非常小。

32经济性评价

首先对生物质气化发电技术进行成本分析，结合相关文献，生物质气化发电成本核算见表5。

根据表5数据，并设定技术运行时间为15年，上网电价为075 元/（kW·h，企业所得税率为15%，基准收益率为6%（火力发电行业基准收益率，计算时假定每年的净现金流量不变，根据公式，计算经济性指标见表6。[FL]

[F（W+68mm][HT6H][J]表5生物质气化发电成本核算[16][HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG3，W24，W5。2，W26W]项目2 MW6 MW[B（][BHDWG12，W26W]计算依据

项目2 MW6 MW[BW]

[BHDG12，W8Q，W16Q，W5。2，W16Q3，W5。2W]1投资总额（万元1 0003 900 单位投资（元/kW5 0006 500

[BHDW]2生产能力生產量（万kW·h/年 1 2003 900发电时间（h/年6 0006 500

损耗率（%1010

销售量（万kW·h/年1 0803 510

3折旧年折旧费用（万元/年566722100折旧年限（年1515

年折旧率（%667667

4修理费年修理费用（万元/年170663

[BHDWG12，W24Q，W5。2，W16Q3，W5。2W]5运行费用合计（万元/年1459634320

[BHDWG12，W8Q，W16Q，W5。2，W16Q3，W5。2W]6燃料费用生物质用量（万t/年162429干原料耗量[kg/（kW·h]135110

生物质单价（元/t250250

[BHDWG12，W24Q，W5。2，W16Q3，W5。2W]7成本费用合计（万元/年624631 70300[HJ][BG）F][F）]

[FL（22]

从表6可以看出，6 MW生物质气化发电项目的经济性明显高于2 MW生物质气化发电项目，适当扩大发电规模可以有效提高技术的经济性。在计算过程中发现生物质单价和企业所得税率以及上网电价对于经济性评价影响显著，从经济性角度分析，山东省上网电价相对较低，但生物质气化发电属于可再生能源发电技术，鉴于国家对可再生能源发电技术的鼓励，正在酝酿对上网电价的补贴政策，可考虑提高上网电价以增加经济效益。

[F（W7][HT6H][J]表6生物质气化发电经济性评价[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG3，W5，W8。3W]项目财务内部收益率（%投资回收期（年财务净现值（万元

2 MW—1566-40952

6 MW13757291 04261[HJ][BG）F][F）]

33环境收益评价

根据公式首先计算生物质气化发电技术的温室气体减排量，以2 MW为例，6 MW的计算与此相同。

第一步：计算ERcoal

ERcoal用以下公式计算：ERcoal=EG·EFCO2。式中：EG为生物质发电的净增发电量，根据表5的数值为10 800 MW·h，EFCO2为替代电的CO2排放因子，本项目活动采用中国指定国家管理机构DNA公布的采用ACM0002计算出来的官方排放因子0864 0 t CO2/（MW·h，计算ERcoal为93312 t CO2。

第二步：计算BE生物质

BE生物质用以下公式计算：BE生物质=GWPCH4·BF·EF燃烧，CH4。式中：GWPCH4为在承诺期中甲烷对全球变暖的影响值21 t CO2/t CH4，BF为生物质用量162万t，EF燃烧，CH4表示生物质在无控制燃烧下CH4排放因子，建议值为0002 7 t CH4/t，最后计算BE生物质为91854 t CO2。

第三步：计算PE和L生物质

由于采用生物质气化发电技术，整个过程不需要化石燃料，技术每年消耗生物质为162万t，用1辆15 t卡车在 50 km 的范围内，平均来回运输里程为60 km，全年的里程为64 800 km。根据IPCC推荐的运输过程中CO2的排放系数为1 097 g/km，计算运输过程中每年CO2排放量（PE为 7109 t。生物质气化的过程中产生的CH4气体被用作发电，所以不存在CH4的排放，即L生物质为零。

最后计算2 MW生物质气化发电技术1年的温室气体减排量为102万t，CDM项目减排效益为64464万元，6 MW的环境收益见表7。

[F（W8][HT6H][J]表7 生物质气化发电环境收益[HTSS][STB]

[HJ5][BG（！][BHDFG5，W4，W5。5W][HT6，7]项目温室气体减排量（万tCDM项目减排收益（万元财务内部收益率（%（含CDM收益投资回收期（年（含CDM收益财务净现值（万元（含CDM收益[HT6]

2 MW10206446492507790186450

6 MW32802072961752052602 959060[HJ][BG）F][F）]

从表7可以看出，生物质气化发电技术是环境友好型技术，但由于投资成本高，缺乏经济竞争力，难以普及开展，通过CDM机制带来的经济竞争力，有利该技术在山东省广大农村地区普遍推广。

4结论

山东省生物质能蕴藏丰富，可开发潜力巨大。2010年，山东省生物质总蕴藏量和可利用量分别达115×108 tce和0477×108 tce，其中，秸秆和林业生物质所占比例50%以上，折合024×108 t标准煤以上。

在总结生物质资源现有评价方法的基础上，从能源、经济和环境（3E的角度出发，对生物质资源应用技术的系统评价方法进行了研究。以2 MW和6 MW生物质气化发电技术为例，从经济角度分析，在山东省可考虑适当增加发电规模和提高上网电价以增加技术的经济效益。从环境收益角度分析，2 MW 生物质气化发电技术1年的温室气体减排量为102万t，CDM项目减排效益为64464万元，6 MW温室气体减排量为328万t，CDM项目减排效益为207296万元。由于CDM机制带来的经济竞争力，使该类技术面临前所未有的发展机遇，为其加速推广创造了条件。

[HS2][HT85H]参考文献：[HT8SS]

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[15]刘尚余 可再生能源领域CDM项目开发的关键问题研究[D] 合肥：中国科学技术大学，2007

生物质气化发电系统探究 第4篇

1 生物质气化

1.1 生物质气化发展介绍

生物质气化的发展要追溯到上个世纪70年代, 国外首先对生物质采取气化技术, 这一技术的采用使得其广泛的传播开来。而根据生物质的特性所知, 生物质原料非常容易挥发, 尤其是在受热情况下, 其挥发的程度相当之大, 所以, 利用气化技术可以很好的将生物质转化为可利用的能源。

在中国, 生物质原料非常多, 而生物质气化技术的利用, 这正好可以解决国内相对短缺的能源资源问题。尤其是在农村地区, 生物质多但是又经常得不到很好的利用, 农民常常直接将将麦秆、稻秸秆等物质进行燃烧, 而在运用沼气供热供电上, 其作为一个相对比较封闭的系统, 所需要的生物质相对较少。因此, 当生物质大量存在而又不断的出现时, 我们正好可以采用生物质气化技术来实现生物质含有的固态能量向气态能量的转化。

在生物质气化发电来说, 有以下几种方式:首先, 生物质的气化产生可燃性气体, 我们可以把这些气体直接运送入燃气炉来产生蒸汽, 再利用蒸汽轮机实现发电;其次可以利用净化系统得到的燃气直接送入内燃机, 这种内燃机规模都相对比较小, 像汽车、摩托车内采用的汽油机一样, 它可以直接将燃气用于发电;当然, 与内燃机相似, 我们可以讲燃气送入燃气轮机来发电, 这个发电系统规模相对内燃机系统来说要大一些。但无论采用何种方式, 其基本原理都是采用能量的转换。

而在生物质气化发电之外, 国外还能将生物质气化技术运用到合成有用有机物上, 像甲醇、氨气等, 他们现阶段的研究工作已经取得了很大的成功, 而且他们已经将其用到了实际的工业生产中, 可见, 生物质气化技术在未来仍然有着巨大的发展前景, 尤其是像在我们中国这样的发展中国家。

1.2 生物质气化发电技术

在生物质发电技术的分类上, 由于其燃气产生的机理不同而将其分为反应性气化与热解气化。在反应性气化上, 大多又分为水蒸气气化、等离子气化等方式。在实际的运用当中, 我们又通常根据发电需求的不同而分为大型的流化床气化和相对较小的固定床气化两种。下面将分别对流化床气化和固定床气化以及水蒸气气化和等离子气化作出说明。

1.2.1 流化床气化发电

大型的发电装置一般采用流化床气化系统, 因为流化床气化在使用的过程中气化的能力大, 而且其转化效率非常高, 在需求电量比较大的情况下, 采取并联方式将发电机连接起来, 其实际工作将能很好的满足。同时, 在发电过程中, 我们也需建立相对应的净化系统和安全系统等。

1.2.2 固定床气化发电

作为传统的气化方式, 固定床气化通常有两种模式:上吸式固定床气化和下吸式固定床气化。它们两种方式的运行流程基本相同, 只是在气化介质的流动方向以及加料的位置上有所不同。

1.2.3 水蒸气气化

水蒸汽气化就是首先将生物质粉碎后投入到气化室, 然后将蒸汽也注入其中, 在高温的条件下, 多种混合物进行化学反应, 最后产生可燃性的混合气体, 再送入内燃机等发电设备中。这中气化方式在反应容器上有着特别的要求, 尤其是在气化炉中, 其控制的温度、压力等因素都非常重要。

1.2.4 等离子气化

等离子气化即采用等离子技术, 把生物质原料加入到等离子气化室中, 使得他们在超高的温度下气化, 在这种环境下, 碳的转化率非常之高, 气化得到的气体经过一定的净化设备和过滤设备, 就能通入到相应的发电设备之中, 从而得到我们需要的电能。

1.3 存在的相关问题

生物质的气化发电技术虽然已经步入了一定的轨道, 但在国内的综合情况来看, 其存在问题还是不叫突出的。先就是原料方面, 虽然中国地区的生物质资源相对较多, 但是具体而言, 像麦秆、稻秆这些原料都呈现季节性, 而在有些地区, 如内蒙古、西藏等就几乎没有, 所以, 生物质原料又存在区域性。当在特定的地区建立生物质气化应用时, 其原料的搜集与运输将会给规模化的生产带来严重的影响。其次, 在环境的污染方面, 虽然生物质气化发电是一种相对环保性的技术, 但是仍然不可避免的出现了焦油等问题, 尤其在发电系统上同时采用的净化系统, 其很容易带来二次污染。最后在客观上, 国家的政策与扶住也会起到重要的影响, 而资金的投入在工程建设的初期将会很大, 而其产生的经济效益比较缓慢, 因此这些也将制约着生物质气化发电技术的顺利进行。

1.4 气化技术的改革创新

就现今比较先进的气化技术有等离子体气化技术、低温新型固定床气化技术、空气气化技术等等, 这些技术虽然还未达到非常成熟的运用阶段, 但是相信在不久的未来, 随着科技的进一步发展, 其应用价值将完美的呈现出来, 克服相关的困难指日可待。

2 生物质气化发电系统

2.1 气化发电系统

在进行上述的简单介绍过后, 现在对气化发电系统作一个分开化的描述。为了方便起见, 我们主要就固定化床气化和流化床气化装置来说明, 其包括气化发电的工艺、净化系统与安全系统。

2.1.1 固定化床气化发电工艺

固定化床气化方面, 我们采用下图装置:

从图中可以得到, 生物质从高位料仓进去, 然后进入气化炉, 转化为气体后, 分别流入净化系统, 最后进入内燃机, 将气体燃烧并转化为电能。

2.1.2 流化床气化发电工艺

在流化床气化发电方面, 采用的装置要较固定化床气化技术复杂, 其工艺图如下。

首先生物质进入到流化床气化炉, 然后经过冷却器、净化设备的处理, 最后同样进入内燃机。

在净化系统方面, 我们应该对燃料系统、燃气轮机和燃料的出口 (即燃气喷嘴) 等进行合理化的设计改造, 使得生物质的利用能够最大化, 而且能尽量产生焦油等污染物质。在安全系统方面, 由于燃气轮机或者内燃机都是用的天然气燃料, 所以在转化过程中, 尤其要注意它们的泄漏情况, 所以在检测方面应当加强, 做到防患于未然, 这时我们可以考虑多安装气体探头等。

2.3分析与讨论

就原料方面, 固定化床气化技术要求比较高, 而流化床气化则无特别要求, 但在能量的利用率方面, 流化床气化较固定化床气化要低, 虽然固定化床气化炉中温度不均匀, 但是固体颗粒能在炉中存在的时间长, 所以对碳的转化率较高;在环境影响方面, 流化床气化炉没有固定床气化炉好, 这是由于二者的床内温度不同导致;在设计方面, 由于流化床气化采取的设备较复杂, 所以设计的成本较高, 而且其规模也比固定化床气化要大, 因此, 其投资要大得多。虽然二者在性能、使用原料、能量利用率及环境、经济效益方面都有不同之处, 总体来说, 流化床气化技术现今阶段运用的难度比较大, 但是其较高的稳定性和带来的经济效益来说, 其将成为未来的主流发展方向。

3结论

总之, 我们在生物质气化技术方面仍然有巨大的发展空间, 而且在未来的道路上, 我们更加应该多与发达国家进行技术上的交流研究, 并结合国内的实际情况, 因地制宜, 从而制定出适合于自身的生物质发电技术。

摘要：随着经济的增长, 地球能源资源的日益减少, 人们便将目标转为新的能源资源的开发与利用上。而生物质的气化发电技术也随着科技的高速发展而不断的走向成熟, 本文先介绍生物质气化技术相关内容, 然后具体对生物质气化发电系统的构建进行了论述。

关键词：生物质,气化发电技术,气化发电系统

参考文献

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[4]葛新峰, 张元敏, 黄浩.生物质气化发电技术[J].发电设备, 2007, 1.

物质系统 第5篇

知识目标：

描述生态系统中的能量流动； 描述生态系统中的物质循环； 说出生态系统中能量的最终来源。能力目标：培养学生分析问题的能力 情感目标：培养学生珍爱生命的情感 重点：

概述生态系统中的能量流动； 描述生态系统中的物质循环。难点：生态系统中的物质循环和能量流动 导入：

问：我们每天为什么要吃各种食物？（获得营养物质和能量）思考 述：今天我们一起来了解生态系统中的特质如何循环，能量怎样流动。

生态系统中的能量流动

问：每天克们不论工作、学习还是生活都需要许多能量，其他生物也一样，这些能量最根本的来源是什么？ 太阳（能）

问：太阳能首先进入哪种物体内？ 植物

问：通过什么方式进入？ 光合作用

（通过光合作用固定在有机物中）

阅读64，讨论能量被固定在绿色植物体内后如何继续流动？ 思考：

1、能量伴随什么流动？（食物链）思考

2、能量由哪种生物流向哪种生物？（被取食者—取食者）

3、在流动过程中能量是否有流失？（呼吸）逐级递减

述：通过上述分析可以知道，能量从一种生物的流向另一种生物时，是不是100%传递？（图片）答：不是，有一部分散失了 单向流动

述：刚才我们还了解到，能量由被取食者流向取食者，能不能倒过来，由取食者流向被取食者呢？ 不能，能量流动具有单向性 物质循环

述：在能量流动的过程中也必然伴随着物质循环

述：自然界中许多物质如N、P、S、C等元素都可循环，我们要详细了解C循环。

物质循环：构成生物体的基本元素不断从无机环境到生物群落，又从生物群落回到无机环境。述：我们重点了解碳循环

问：生态系统中的碳主要以什么形式存了？（CO2，有机物）回答（图片：碳循环）

根据图片完成课本讨论题 讨论 动植物—CO2（呼吸）动物—有机物（摄取）动植物遗体—煤、石油、泥炭cte（有机物）煤等—CO2（燃烧）

述：通过这样一系列反应实现了碳元素的不断循环，反复利用。选择题

1.生态系统中，绿色植物固定的太阳能沿着食物链的传递叫做

（）A．能量输出

B．能量交换C．能量输入 D．能量流动 2.生态系

统

中的能

量

流

动

开

始

于

（）A．绿色植物 B．真菌C．动物

D．人 3.下列能

够

完

整

表

示

食

物

链的是

（）

A． 猫头鹰捕食田鼠，蛇捕食田鼠 B． C． 大鱼吃小鱼，小鱼吃是米 螳螂捕蝉，黄雀在后

D． 狐狸吃兔子，兔子吃草 判断题

1.生态系统中的物质循环实质上就是碳循环。

（）

2.生态系统中的能量流动严格遵守着生产者流向消费者，再流向分解（）

者

这

一

顺

物质系统 第6篇

关键词：物质运动状态;物质内部状态;物理学

下面我就从两个假设开始讨论物质运动状态与物质内部状态之间的关系。

现代研究表明，能量是一份一份传递的，物理学中将能量的最最基本单元称为能量子。物质具有粒子性，正负电子相遇会湮灭，生成两对以上的光子，而在某种状态下光子会聚合成电子，这说明任何物质粒子，都是由最基本的粒子组成的。事实证明物质是能量的载体，没有物质能量是无法传递的，如光合作用时，植物通过吸收光子来吸收能量。基于以上信息，我们可以做出这样一个假设：能量子是组成物质粒子的最基本单元，即能量子是物质，物质是由能量子组成的，能量和质量是能量子的基本属性。如此，我们可以得出这样一个信息，物质即表现质量特性又表现能量特性，能量的传递也是物质的传递，物质质量变化，必然引起能量的变化，能量的变化必然引起质量的变化，即物质的能量和质量同时变化。

物理研究表明，光在真空中恒以光速传播，而光子又携带着能量子，由此可知，能量子在真空中也恒以光速传播，由此我们可做出另一个假设：能量子在真空中恒以光速传播。

由第一个假设可知，任何物质粒子均是由能量子组成的。由第二个假设我们可以知道虽然能量子组成物质后，被能量子之间的相互作用束缚在一定的体积内，但在物质所在体积内，能量子依然是以光速运动。也就是说从微观角度看所有能量子在一定体积内恒以光速运动，但在宏观层面看便形成了一定体积的物质粒子。

我们先假设一物质粒子处于能量最低状态，当组成物质粒子的能量子的运动方向在同一方向时，粒子不可能稳定存在，此时物质是一束光。所以粒子要稳定存在，组成该粒子的运动方向在各个方向的能量子数目相等，即该粒子的组成结构具有非常好的对称性。将粒子在能量在最低状态下，组成粒子最基本结构的能量子称为：基本能量子。

任何粒子总是会不停的从外界吸收能量，或者不停的向外界辐射能量，所以组成粒子所在体积内，不仅有组成粒子基本结构的能量子，还有游离的以能量存在的能量子。将物质所在体积内除基本能量子之外的能量子称为：游离能量子。将物质所在体积内的所有能量子称为：全部能量子。

由此可得 全部能量子=基本能量子+游离能量子

假设有一粒子，其所含能量子数目为a，以该粒子的质心为原点建立空间直角坐标系，将该粒子所在体积内在各方向运动的能量子按矢量法则分解到坐标轴方向，运动方向在ox方向的能量子数目为x1，运动方向在ox'方向的能量子数目为x2，运动方向在oy方向的能量子数目为y1，运动方向在oy'方向的能量子数目为y2，运动方向在oz方向的能量子数目为z1，运动方向在oz'方向的能量子数目为z2。则有：

X1+x2+y1+y2+z1+z2=a

则在各方向的能量子数目与给该粒子所在体积内的全部能量子数目a之比分别为：;则有：                                                               则在任何一瞬间，在xx'直线上，运动方向在ox方向的能量子数目与全部能量子的比值与运动方向在ox'方向的能量子数目与全部能量子的比值之差为： ，在yy'直线上，运动方向在oy方向的能量子数目与全部能量子的比值与运动方向在oy'方向的能量子数目与全部能量子的比值之差为：;在zz'直线上，运动方向在oz方向的能量子数目与全部能量子的比值与运动方向在oz'方向的能量子数目与全部能量子的比值之差为：。

若该粒子不受外力作用，则该粒子的状态不会发生改变，即任意时刻x1，x2，y1，y2，z1，z2，不会发生改变。

当该粒子受外力作用时，x1，x2，y1，y2，z1，z2，必然发生改变。

关于粒子速度与粒子内部状态的讨论

现有一粒子，其不受外力作用，则它的运动状态不会发生改变，此时该粒子做匀速直线运动，设该粒子的速度为v，其运动方向为ox方向，同时又因为不受外力作用，所以在xx'直线上 不变。当该粒子受到外力作用时，力的方向在ox方向上，其运动速度将会发生改变，其内部状态必然发生改变，即xx'直线上 必然发生改变。由于在yy'直线上，以及zz'直线上不受力的作用，所以在这两条直线上的状态不发生改变。所以粒子的运动速度与该粒子内部的状态有必然的联系。粒子内部的状态与粒子的速度是一一对应的关系，则有：v=k      k为一定值;

当该粒子是一能量子时，则有α=1，△x=1其速度为光速

c，则有;                                            得：  k=c ，则有：  v=k

因为0≤≤1，所以有：0≤v≤c， 当=1即△x=α，且α>1时有v=c=1×c，此时不可能组成质量大于光子的粒子，而是所有能量子形成一束光。而要组成具有稳定结构的粒子，则必须有0<<1，即α>△x>0，此时v=c

因为                                                                 ，且在yy'直线上以及zz'直线上速度为0，

即在yy'直线上：

在zz'直线上：

由此可得，y1=y2，z1=z2，c，称为方向速度，

则有

c）=c-c=v。  由以上讨论可以知道这样两个结论：（1）粒子的速度等于粒子的方向速度的矢量和，也等于粒子速度方向 所在直线上的相反两方向的方向速度矢量和; （2）在粒子所在体积内，与粒子速度方向垂直的直线上的相反两方向的方向速度的矢量和为零，令单个能量子的质量记为m0，则该粒子的总质量为m=a×m0，我们将，mx1=x1×m0，mx2=x2×m0，my1=y1×

m0，my2=y2×m0，mz1=z1×m0，mz2=z2×m0称为该粒子的方向质量。则有：mx1 +mx2+my1+my2+mz1+mz2=m

粒子的总质量等于粒子的方向质量之和。

粒子的加速度与粒子内部状态变化的关系

在空间直角坐标系中，有一粒子其速度方向在ox方向，根据公式                                                        可知，要改变该粒子的速度只需要改变或或两者同时改变。

给该粒子施加一力的作用F，力的方向与速度的方向相同，力F将改变粒子内部的状态，即改变粒子内部的在力的方向所在直线上的或 或两者都改变。在这里我只讨论弹性力对物质对物质内部状态的改变以及对加速度的影响。 假设有两物体A，B，他们之间有弹性力的作用，即两物体相互碰撞或一物体受到另一物体的拉力。当两物体相互碰撞时，根据力的作用是相互的性质可知，两物体相互碰撞的作用是改变两物体各自受力方向所在直线上的相反两方向的。其被改变的过程有两种可能性，取A为研究对象，设A的初速度为                              ，

力的作用时间为;

（1） 将物体中，运动方向与受到的力的方向相反的一部分能量子的运动方向改变为与物体受到的力的方向相同，也就是说物体受到的力改变物体本身的状态。则A物体的末速度为

（2） 物体将其内部，运动方向与其施加给另一物体的力的方向相同的一部分能量子传递给另一物体，传递后运动方向不变，也就是说物体受到的力改变施力物体的状态，则A物体的末速度为：

当两物体之间的作用力是拉力，改变只有第一种情况，第二种情况不可能出现。

对于第一种情况，物体受到的力改变物体本身的状态，与力是改变物体状态的原因相符，对于第二种情况，物体受到的力改变施力物体的状态，与力是改变物体状态的原因不符，所以两物体之间的力是弹性力时，物体状态的改变过程是第一种情况。则A物体的加速度为：

牛顿第二定律的证明

根据经典力学及生活中的事实有：（1）力是改变物体状态的原因，即力是改变物体速度的原因;（2）物体受到的力越大，物体的速度在单位时间里的变化量越大;则有

F=

因为是与单个能量子的基本属性相关的常数，因为质量也是能量子的基本属性，可令=m0，则有k=α×m0=m

m0为单个能量子的质量，m为物质的总质量;

则有

mf为同一直线上相反两方向的方向质量的差值。

由此可知，（1）力的大小是单位时间内被改变运动方向的能量子数目;（2）力的大小是在力的方向所在直线上的方向质量在单位时间内的改变量。

因为

假设物体的总质量不变即α不变，在一定时间t内，F越大，则n越大，α加越大，反之α加越小;假设F一定，在一定时间t内，n也是定值，当物体的总质量越大即α越大时，α加越小，当α越小时，α加越大。

综上所述，当物体受到外力作用时，物体质量越大，其加速度也就越小，即速度变化不明显，物体的速度越难被改变。

因为                 则有

mf为同一直线两相反方向的方向质量的差值。

将mfc称为方向动量，由此可知，力的冲量等于方向动量的矢量和。

粒子的速度与粒子的质量及粒子的能量的讨论

有一粒子，其处于能量最低状态，即v1=c=0，现从某个方向向该粒子不停地发射电磁波，假设电磁波能被该粒子全部吸收，被吸收后电磁波所含能量子的运动方向不变，则该粒子的运动速度为： v2=c     n≥0因为恒小于1，所以v2恒小于c，该粒子的初始质量为m1=αm0，该粒子吸收辐射之后的质量为m2=（α+n）m0，则△m=m2-m1=（a+n）m0-am0=nm0≥0

由此可知物质吸收外界辐射，质量变大，越多，反之物质向外辐射能量，其质量变小。

当该粒子受到弹性力时，其初速度为v1=c，一定时间t后的末速度为v3=c，根据上文的讨论粒子受到弹性力时，粒子的总质量不发生变化，粒子受力的方向所在直线上相反两方向的方向质量发生改变，即△xm0发生改变。

综上所述，粒子的速度越大，其速度方向的净质量增大，其速度方向的净能量也增大。

关于粒子极限速度的讨论

当一粒子受到弹性力时，力的方向在粒子的速度方向上，设其初速度为v1=c，经过一定时间t后的末速度为v2=c，则该粒子的加速度为，

由上式可知， x2-n是该粒子速度的临界条件，当 x2-n>0时，该粒子还能够被加速，当  x2-n<0时，该粒子的稳定结构被破坏，此时粒子将分解为更小的粒子，并释放出大量的能量。

当  x2-n=0所对应的速度是物体的最大速度则有当该粒子达到最大速度时有Ft=2nm0c=2×x2×m0c

可得t=，即将该粒子加速到该粒子的极限速度所用的时t=， 事实上，该粒子在不可能达到这样的速度，当游离能量子全部被改变方向后，粒子就已经达到了极限速度。

综上所述，当粒子不吸收外界辐射的情况下，任何粒子都具有极限速度，当粒子的速度超过极限速度，粒子的稳定结构就会发生破坏，粒子将会分解为更小的粒子，并且释放出大量的能量。

若将分裂后的粒子继续加速，当到达其极限速度后，粒子又会分解，如此往复，直至所有的粒子分解成光子，变成一束光。

质量越大的粒子，其极限速度越小，所以大质量天体其极限速度很小。

航天飞机不可能永远加速下去，当其速度超过一定限度后，机体就会被破坏，四分五裂。

引力与物质体积的关系

在引力场中，引力场可以对处在其中物质有力的作用。引力可以作用在组成物质的每个基本粒子上。引力场的作用是将物质所在体积内，运动方向不引力方向的能量子的运动方向改变为引力方向。设处在引力场中的物质所含能量子数目为α，其体积为ν，则该物质的能量子的密度为ρα，设引力场的密度为ρb，当ρα>ρb时，引力场只能对一部分能量子有力的作用，则在任何一瞬间物质所在体积内被引力场改变运动方向的能量子数目为>ρbv，则引力加速度为：

又上式可知，引力加速度与物质的密度有很大的关系，当物质的密度越大时，引力加速度越小，当物质的密度越小时，引力加速度越大。

这也是在绝对真空环境下，密度小的羽毛比密度大的铁块下降得快的根本原因。

根据牛顿第二定律有，

因为

则有 F=mg=m0v ρbc

由上可知，引力的大小与物质的体积有很大的关系，物质的体积越大，其受引力越大，反之越小。

当ρa<ρb时，引力场可以作用在组成物质的每个能量子上，则引力加速度为

由此可知，当ρa<ρb时，处在引力场中的物质将会瞬间被分解成一个个能量子，化成一束光。

在引力场中，物质不能被看做是一个质点，引力也不作用在质心上，要准确描述引力场即引力，就必须考虑物质的密度和体积。

参考文献：

[1] 张操.  关于狭义相对论的修正以及新引力理论的方案[J]. 北京石油化工学院学报. 2006（04）

[2] 黄志洵.  论动体的质量与运动速度的关系[J]. 中国传媒大学学报（自然科学版）. 2006（01）

物质系统 第7篇

1 演播室灯光系统工程设计原则

演播室灯光系统工程设计最基本的原则是, 选用性价比高的设备满足演播室的要求。其详细内容如下:

先进性原则。一般情况下, 演播室灯光等设备一旦建造完成就不会随便的进行大规模更换的工程。因此, 演播室在一开始选用灯光设备时要紧跟形势的发展潮流, 选用那些先进、成熟的灯光设备进行合理搭配, 以确保灯光设备在短期内不会被淘汰。

安全性原则。演播室的灯光系统工程的设计应以安全为首位。在演播室中, 需要采用大量的灯光设备, 功率消耗很大, 这就对电缆和接插件的质量有着很高的要求。因此, 演播室在进行灯光系统工程设计时, 一定要本着安全的原则来选用那些可靠且标准的设备。

可靠性原则。演播室灯光系统工程设计的安全性原则, 决定了在灯光系统工程设计选用设备和技术时, 应遵循可靠性原则, 级演播室应选用那些可靠的灯光产品和技术, 选用质量、性能、价格、服务、优异的品牌, 充分考虑灯光系统在程序运行时能够确保整个系统的安全与可靠。

扩展性原则。现代电子技术和信息技术发展迅速, 演播室的灯光系统设计应具有良好的扩展性和升级能力, 这就要求演播室在进行灯光系统工程设计时, 一方面, 应选用那些具有良好升级能力和扩展性的设备, 为以后设备更新打好基础, 在以后对该演播室灯光系统工程进行升级和扩展时, 还能够利用现有的设备。另一方面, 还应该事先预留出应用端, 所选用的软硬件也能够升级换代, 以便为今后的扩展提供开放性的解决方案。

标准化原则。演播室灯光系统工程设计的安全性与扩展性原则决定了演播室的灯光设计应遵循标准性原则, 即设计时应遵循国家标准, 选用的所有设备一定要符合国家有关强制性规范, 同时还要按照国际化标准建造, 并采用最新的布线方法, 根据现有的设备进行合理配套, 使得新老设备均能够正常使用。

经济性原则。演播室灯光系统工程设计的经济型原则指的是, 灯光设计要有较高的性价比, 既保证演播室的先进性, 又能合理利用有限的资源, 花少钱办大事。这就要求演播室着眼于近期目标和长远发展, 根据实际情况来选用那些高性价比的灯光、灯具、调光等产品, 并能够从实用性和经济性出发, 选用先进的设备, 进行最佳性能组合。

2 演播室的灯光系统物质设备的优选

灯光系统的物质构成主要包括:光源与灯具、机械悬吊装置、调光布光控制系统、供电设备等。灯光的布置、应用、以及灯光布局效果直接关系到节目效果的好坏, 优选光环境的物质设备也是进行灯光系统工程设计时必须考虑的问题。

2.1 光源与灯具的优选

灯具则是光源的载体, 不同灯具功能定位不同, 在演播室中主要有以下3类专业的光源。

2.1.1 三基色柔光灯

目前, 三基色柔光灯在国内各级电视台新闻演播室中都在普遍应用。三基色柔光灯管。这种灯管属于泛光型灯具和冷光源, 其灯管是荧光灯的一种。三基色柔光灯拥有许多优点:首先, 三基色柔光灯克服了一般的荧光灯并不能够连续光, 显色性较差的缺点, 它的发光效率可达100 Lm/W, 光效高、显色性好, 显色指数达95, 这就可以满足影视照明的技术要求;其次, 灯管表面温度低, 被照物体几乎没有升温, 且几乎不辐射红外线和紫外线, 只发出可见光, 对人身体无害, 安全性较高;再次, 三基色柔光灯照射在人物面部上非常细腻, 没有明显的阴影, 只要布光合理就能实现理想的灯光效果。

但是此三基色柔光灯也存在着不足, 如此类灯具比较笨重, 灯体较大, 占用空间大;投射的有效距离短, 一般只有2～4 m远。若是照明方法不当, 可能会出现灯位太高, 易使播音员产生眼袋而显得苍老;灯位多, 眼神效果不佳;灯管色温一致性差, 影响图像质量等问题

2.1.2 高色温气体放电泡

高色温气体放电泡是利用正负电刺激氮气 (XENON) 与稀有金属化学反应来发光的, 目前专业电脑灯绝大多数采用气体放电泡光源。一般情况下, 稀有气体放电泡的启动时电压要求非常高, 需要采用启动器件、半共振电路、或者变压器来提高瞬间的启动电压。

高色温气体放电泡的优点是其发光强度度和寿命均高于普通的那些金属卤化物灯泡, 其缺点则是由于气体放电泡工作时产生高温, 容易使泡内饱和气体形成蒸气压阻力, 光源的再启动时想要要立即再触发很难实现, 需要一定时间等灯内气体压强降低到一定的冷态数值后, 才会触发并重新启动。

2.1.3 金属卤化物灯

金属卤化物灯的发光原理是稀有金属的卤化物和汞的混合蒸气中产生电弧放电发光。它属于聚光型灯具, 属热光源, 它是白色光源中发光效率最高的光源, 发光体积小, 光源亮度强, 能形成物体表面明显的阴影。因此, 常作人物或场景的轮廓光使用, 常用于电视和电视剧拍摄, 在演播室中被广泛使用。

常用的灯具有:三基色柔光灯, 双反射柔光灯, 聚光灯, 泛光灯, 回光灯, 天幕灯, 地幕灯, 筒子灯, 舞台特效灯。

2.2 机械悬吊装置的优选

机械悬吊装置是用来悬挂灯具或其他灯光设备的装置, 它一般安装在演播室内的设备层以及一些特殊支撑面上, 是各种专业灯具的固定和运动平台。机械悬吊装置一般包括支撑式挂架、固定式组合吊杆、及临时性功能吊架等。

支撑式挂架一般根据演播室的建筑结构设置在表演区需要安装一些临时性灯具的一侧, 其主要目的是为了充分扩大演播室的有效使用面积, 机械悬吊装置减少在节目录制过程中的重复劳动。

固定式组合吊杆, 通常情况下均匀分布在演播厅的整个使用平面内, 是现代电视演播厅灯光系统的重要组成部分, 由提升电机控制它的升降, 体现在固定式和组合吊杆两个方面, 一方面固定式是相对于以前灯光吊挂系统中的行车和滑轨式而言的;另一方面组合吊杆的布局、控制方式、功能特性直接反映了演播室吊挂系统的先进性。

临时性功能吊架主要是指在制作节目的过程中, 根据实际需求的不同, 使用电葫芦临时吊挂起来的具有不同使用功能的吊架, 其作用就是为了表达某种特定的舞台艺术效果或是悬挂较重的灯光设备。

2.3 灯光控制系统的优选

灯光控制系统主要包括调光器、调光台和换色器3类。调光器主要是硅箱或硅柜, 主要作用是对各灯光回路的接入和功率调节, 是通过弱电信号来控制电信号的设备。调光器接收调光控制台所发送来的控制信号, 并根据其中的控制节拍, 来控制演播室或舞台上的灯具光源两端上的电压变化, 进而达到调整灯具的发光亮度和实现演出空音中光强的有序分布的目的。调光台的作用就是通过对灯具进行编组, 改变各个灯具的发光强度, 达到控制器的目的。另外, 调光台还能够对所控制灯具的变色片 (变色膜) 进行变换, 改变灯的发光颜色。换色器, 能接收换色控制台送来的数字信号, 驱动机械执行机构, 自动更换变色片 (变色膜) , 改变灯光发出的颜色。

对于那些大型的演播室, 调光台和调光器不能放在一个房间内, 应分室安装。调光台应安装在距离演播室最近、能方便地观察演播室或舞台的控制室中。调光器应安装在距离控制室不远, 距灯具较近, 不影响演播室或舞台正常工作的调光器室中。

参考文献

[1]邓云桂.小型演播厅灯光系统设计探讨[J].山西广播电视大学学报, 2005.

[2]庆祖辽.以冷光源照明为主中小型演播室的灯光设计与实施[J].有线电视技术, 2001.

物质系统 第8篇

随着煤炭资源开发的限制和节能减排的要求,新能源的开发利用越来越受到重视,其中,生物质发电工程就是一例。生物质发电采用植物秸秆作为燃料,既替代了部分煤炭资源,缓解能源危机,又利用经济杠杆,防止秸秆的胡乱堆放及燃烧,符合国家节约能源、利用可再生能源发电的产业政策。笔者以正在设计及施工的光大新能源(砀山)有限公司生物质能发电项目及国能彭泽生物质电厂为例,对生物质电厂燃料输送系统的配置进行分析并提出建议。

1 设计实例

1.1 光大新能源(砀山)有限公司生物质能发电项目

该生物能发电建设项目建在安徽省砀山县经济开发区,主要燃料为硬质秸秆,包括果树碎片、杨树碎片、棉秆等,约占90%;另外,有少量的软质秸秆,包括玉米秆和豆秆,约占10%。

该项目的燃料输送系统配置设计包括:卸料子系统,储料子系统,上料系子统,辅助设施及控制子系统。

1.1.1 卸料子系统

由物流公司或者业主负责在厂外设收购站,燃料经收购站内破碎后存入收购站或直接用汽车运至电厂料场。收购站均位于电厂30 km范围之内。燃料散装,由汽车运输进电厂,运输车辆利用社会运力。按运输车辆载重量5 t～8 t计算,考虑运输不均衡性,系数取1.2,该工程进车量约117辆/d～187辆/d。装载燃料的车进厂后,先经过电子汽车衡称重,再采取自卸将燃料卸入露天料场或干料棚内。

1.1.2 储料子系统

由于秸秆的生产具有季节性,所以秸秆的储存需要相对较多的空间。该项目根据厂区规划共设置8处料场,堆高均为4 m,料场储量见表1。

其中,仅在1号料场设有1座干料棚,长126 m,每跨9 m;宽66 m,每跨33 m。干料棚内容量为5 700 t,内设2台跨距31.5 m、最大抓料出力40 t/h、抓斗容量8 m3、起吊高度7.8 m的桥式抓斗起重机,用于干料棚内燃料的堆料、取料等操作。此外,设1个地下料斗作为事故料斗,用秸秆专用装载机上料。

为充分利用空地,在干料棚北侧设置了1座露天料场。遇到雨雪天气时,露天料场用雨布遮盖。

1.1.3 上料子系统

采用带宽为1 400 mm,变频调速,出力为60 t的带式输送机,单路布置。皮带上设2个料斗,1号料场干料棚内设2台桥式抓斗起重机,给干料棚内2个料斗上料。

1.1.4 辅助设施

燃料运输系统中设有电磁除铁器、电子汽车衡、电子皮带秤和检修起吊设备等辅助设施。

1.1.5 控制子系统

运输系统的控制采用DCS程序控制和就地手动2种方式,同时设有工业电视监测系统,并设有带式输送机跑偏、拉绳、速度、料流等传感保护元件。

1.2 彭泽生物质发电工程

该生物质发电项目位于江西省彭泽县定山镇箬垄陶村的西南侧,地处彭泽县工业园红光工业集聚区定山片区内。项目规划130 MW,不留扩建,规划用地200104km2。为该项目提供的燃料为彭泽县的小山竹、棉花秸秆、菜籽杆及林业加工剩余物,按照82.28∶11.33∶4.37∶2.02的比例混合,耗秸秆量约为24.41104t/a。

同样,该项目的燃料输送系统配置设计也包括:卸料子系统,储料子系统,上料系子统,辅助设施及控制子系统。

1.2.1 卸料子系统

其设计与光大新能源(砀山)有限公司生物质能发电项目的卸料子系统完全一样。

1.2.2 储料子系统

该工程规划共设置7处料场,堆高均为5 m,料场储量见表2。其中,仅在1号料场设有1座干料棚,长162 m,每跨9 m;宽66 m,每跨33 m。干料棚内容量为5 700 t。干料棚内所设的2台功能桥式抓斗起重机,参数与光大新能源(砀山)有限公司生物质能发电项目的完全相同的,也用于干料棚内燃料的堆料、取料等操作。

1.2.3 上料子系统辅助设施及控制子系统

其设计与光大新能源(砀山)有限公司生物质能发电项目的上料子系统、辅助设备及控制子系统完全一样。

2 建议

对于生物质发电项目,将场外燃料收购站与电厂分设,可以利用不同地区小范围土地进行建设,能够节约土地资源,减小运输距离。采用单皮带运输系统可节约投资与厂用电。设置干料棚能够防止雨水集中季节燃料过于潮湿的问题。

考虑到生物质发电项目需要较大的储存燃料的料场,不仅需要有足够的燃料来源,还必须保证适当的储存量。通过经济杠杆作用,能够促进生物质燃料的收购,同时,厂址应选在生物质燃料充足的地区,并且根据当地情况,再确定是否需要在场内设置生物质破碎装置。

3 结语

生物质固化燃料锅炉控制系统的研究 第9篇

当今世界发展对能源的需求越来越高,要实现可持续发展,就必须节省能源,减少对不可再生能源的利用,转向对可再生能源的持续利用。生物质固化燃料锅炉的出现可以有效推动能源利用的转型,是促进经济可持续发展的有效方式。生物质固化燃料与同密度、同质量的煤燃料热值基本相当,是煤的优质替代燃料,并且比煤的性能更优越。但是生物质固化燃料与煤具有不同的燃烧特性,因此,控制生物质固化燃料锅炉不能全部照搬煤燃料锅炉的控制方式,需要做进一步的实验研究。把PLC控制系统应用到这种新型锅炉控制中有利于生物质固化燃料锅炉的推广,充分利用可再生资源,保证经济的可持续发展。

1 生物质固化燃料锅炉

生物质固化燃料是指生物质秸秆经干燥、粉碎等处理后,在某些特定的设备中加工成具有一定形状、一定密度的固体颗粒、棒状或块状燃料[1]。其直径一般为6～8cm,长度为其直径的4～5倍,破碎率小于1.5%～2.0%,干基含水率小于10%～15%,灰分含量小于1.5%,硫含量和氯含量均小于0.07%,氮含量小于0.5%。

生物质固化燃料锅炉采用生物质固化燃料作为传统锅炉燃料的替代品,可以有效降低煤等不可再生资源的使用,扩大可再生生物质能源的利用范围。这种锅炉有着高效率、低二氧化硫、低氮氧物排放的环保节能作用。锅炉设计热效率在75%以上,排烟黑度小于林格曼1级,排尘浓度小于80mg/m3,SO2排出浓度小于80mg/m3;实测锅炉热效率为80%,排烟黑度小于林格曼1级,排尘浓度小于41mg/m3,SO2排放浓度小于75mg/m3,各项指标均优于国家环保标准。

生物质固化燃料锅炉设备由锅炉本体和锅炉辅助设备两部分构成。锅炉本体包括汽水系统、燃烧系统、炉墙和构架。锅炉辅助设备包括水泵、燃料输送设备、供料设备、烟风系统以及净化设备等[2]。它与传统锅炉在结构上差别不大,主要由于燃料的不同,燃烧后产生的热值不同,达到的供热效果也有差异,因此要对其采取特定的控制方式以保证锅炉的优越性能。不同燃料的能量密度比较见表1,生物质固化燃料与煤炭在结构上的主要区别见表2。

注:1.表中的数值为近似数值,用作相互比较;2.生物质固化燃料主要指秸秆等固化燃料;3.生活垃圾为堆积或压实后的密度。

2 控制任务

无论是传统锅炉还是这种新型的生物质固化燃料锅炉,其主要控制任务都要保证以下几点:

a. 工作水位稳定在安全范围内;

b. 在规定的允许范围内,保证锅炉的炉膛负压值;

c. 保证稳定锅炉蒸汽温度、压力和蒸发量;

d. 使锅炉安全运行,且实现节约能源的目的。

要完成上述任务,需要实现对被调节量和调节量的监测,锅炉主要监测参量如图1所示。

这些调节量与被调节量之间是相互关联的,在实际的锅炉运行生产中,通常要设置几个相对独立的调节系统来简化控制过程。由于生物质固化燃料锅炉其燃料的特殊性、燃烧后产生的热值温度和燃料的燃烧特点,在对其控制系统研究时要抓住某些重点过程进行特殊控制分析,因此,笔者主要对给水过程和燃烧过程这两个相对比较独立的被控对象进行控制。

3 控制方式

3.1 仪表控制

生物质固化燃料锅炉如果采用仪表控制则主要通过电动单元组合仪表来最终实现控制任务。电动仪表系统设计经验成熟、价格便宜,但对系统冗余和数据远传难于实现,并且由于电动仪表更换频率较快对其维修也比较困难,同时在锅炉中体现高级控制方法也难于实现。虽然现在发展的智能仪在表功能上大大增强,也具备一定的通信功能,但仍摆脱不了仪表控制固有的缺陷。同时,随着仪表功能的增多、增强,其价格也越来越贵,逐渐失去价格优势[3]。

3.2 集散控制系统(DCS)

集散控制系统(Distribution Control System,DCS)是由回路仪表控制系统发展起来的分布式控制系统,它成功解决了系统拓扑结构的复杂问题,分配了上位机与下位机之间的配置功能和组态功能,通过冗余结构和增加设备的方式提高系统的可靠性[4]。

DCS控制系统的主要优势在于对模拟量的处理及回路的调节等方面,但在锅炉控制方面一般应用于大型锅炉或者锅炉群控,伴随着科技的发展近几年也出现了适用于中型锅炉的小型DCS。对于生物质固化燃料锅炉DCS有一定的控制优势,可以实现规模性群控,但是随着人们对锅炉控制系统要求的提高,其自身的弊端也慢慢显露,如:市场价格过高、系统开放性差、控制过于相对集中以及控制精度不够准确等。

3.3 现场总线控制系统(FCS)

FCS是在DCS基础上发展起来的从控制室连接到现场设备的双向串行数字通信总线的控制技术。现场总线的现场更多的是指现场设备,开放的现场总线控制系统具有高度的互操作性。FCS既是一个开放的通信网络,又是一个全分布式的控制系统[5]。

FCS控制系统既继承了DCS控制模式下的优点又摒弃了DCS传统的多机冗余,更加完美的实现了DCS的集中管理和FCS的分散控制。它有着更高的可靠性、稳定性、抗干扰性和更快的通信传输速率。然而,FCS最适用于大型锅炉控制系统中,并且有着较高的价格,因此在生物质固化燃料锅炉的控制中其优势得不到充分发挥,甚至还有一些缺点,所以FCS不适用于此锅炉控制系统中。

3.4 PLC控制

可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)在工业控制领域有着高可靠性特点[6]。它是以继电器控制为基础,融合微机技术、自动化技术和通信技术,伴随现代社会生产的发展、技术的进步、工业生产自动化及微电子技术的飞速发展而产生的。

PLC在完成顺序逻辑控制的目标下还兼备运动、定时、计数、步进等控制功能及数据处理、A/D转化、D/A转换及通信等功能。在生物质固化燃料锅炉控制系统中,PLC不但能发挥仪表控制的功能还能实现DCS与FCS的集中与分散控制,并具有一定的价格优势。

通常可编程逻辑控制器与工业控制计算机(IPC)搭配使用完成较完整的控制功能,来克服单独使用PLC无法对锅炉控制的大批量数据的存贮与转化的缺陷,完成有友好的人机交互界面的控制。在以IPC、PLC为基础构成的锅炉控制系统中,PLC的主要任务是完成对锅炉工作现场的数据进行采集、运算、处理以及输出,而工控机主要完成控制系统中的数据归档、趋势记录、报警提醒以及参数设定等功能[7]。

总结本节所述,PLC无论是在性能上还是在价格上都有明显的优势,因此PLC控制可以满足生物质固化燃料锅炉对控制系统的控制要求。

4 锅炉控制的实现

锅炉相关参数通过现场仪表采集,经由PLC处理,实现整个锅炉的控制功能。与此同时在工控机监控界面中进行相关的参数设定,控制动作的相关指令由PLC输出完成,进而相应的被控电动开关阀等完成动作。整个控制系统完整统一,能很好的实现锅炉控制的要求,控制系统如图2所示,系统整体控制梯形图程序如图3所示。

综合分析第二节的控制任务,对锅炉的给水控制采取三冲量(汽包水位、蒸汽流量和给水流量)串级调节,主要通过控制连续PID控制器实现控制任务。燃烧过程的炉膛负压则是要对鼓、引风机的控制信号和炉膛测量值进行采集输出指令,提高控制质量。给水控制和蒸汽压力梯形图如图4所示,炉膛负压控制如图5所示。

5 结束语

通过对控制方式的分析和控制策略的实现,

可以看到PLC在生物质固化燃料锅炉控制系统中有着明显的优势,在相同控制条件下可控性强、反应迅速并且价格适中。伴随着生物质固化燃料锅炉的推广,其控制要求在不断提高、控制效果不断改进、控制系统也会更加完善。把PLC应用在此锅炉控制系统中可以提高生产效益,有利于生物质固化燃料锅炉的推广,具有很高的经济价值。

摘要：根据生物质固化燃料锅炉的燃料特点,对其控制系统做了进一步的研究,把PLC应用在该锅炉控制系统中可以提高生产效益,有利于生物质固化燃料锅炉的推广,经济价值很高。

关键词：控制系统,生物质固化燃料,锅炉,PLC

参考文献

[1]张百良.生物质成型燃料技术与工程化[M].北京:科学出版社,2012:1～4.

[2]吴占松,赵满成.生物质能利用技术[M].北京:化学工业出版社,2010:90～92.

[3]唐永耀.锅炉控制及PLC应用[D].合肥:合肥工业大学,2006.

[4]邹丹丹.基于PLC锅炉监控系统研究[D].大庆:黑龙江八一农垦大学,2010.

[5]高敏,夏安邦.对PLC、DCS、FCS三大控制系统特点和差异的探讨[J].应用能源技术,2008,(11):42～45.

[6]郝青.基于PLC与MCGS的煤粉电除尘器控制系统设计[D].石家庄:河北大学,2011.

物质系统 第10篇

生物质发电是一种利用农业、林业和工业废弃物为原料,采取直接燃烧或气化的发电方式。中国是一个农业大国,生物质资源十分丰富,各种农作物每年产生秸秆6亿多吨,其中可以作为能源使用的约4亿吨;全国林木总生物量约190亿吨,可作为能源利用的总量约为3亿吨。这些能源如果能得到有效开发与利用,市场潜力将十分巨大。近年来,国家电网公司、五大发电集团等大型国有、民营以及外资企业纷纷投资参与中国生物质发电产业的建设运营。截至2007年底,国家和各省(自治区、直辖市)发改委已核准项目87个,总装机规模220万kw。全国已建成投产的生物质直燃发电项目超过15个,在建项目30多个。可以看出,中国生物质发电产业的发展正在渐入佳境。

2 项目概况

本项目是国内单机容量最大的生物质发电工程。一期工程三大主机按国产高温高压参数机组考虑。锅炉选用220 t/h生物质燃料循环流化床锅炉或鼓泡床锅炉,汽机选用50 MW凝汽式汽轮发电机组。电厂采用该地区农林业砍伐和林业加工剩余物和废弃物为燃料,主要有桉树皮、桉树枝叶、树根、木材加工后废弃树干、木块和木屑等边角料和甘蔗叶。燃料采用汽车运输。锅炉补给水水源以某地表河流作为电厂主要水源,附近某水库水作为补充水源。原水在净水站进行澄清过滤后供给锅炉补给水处理系统。从水质分析的结果来看,两处水源一年四季水质较好,水质变化范围不大,含盐量、悬浮物、COD等浓度较低。

3 锅炉补给水处理系统

3.1 锅炉补给水处理系统出力

本期工程锅炉补给水处理系统按250 MW凝汽式发电机组设计,2台机组各项水汽损失约为13.7 m3/h,加上水处理系统再生自用水量(自用水率按8%考虑),水处理系统正常出力按15m3/h设计。

3.2 锅炉补给水处理系统工艺选择

根据水源水质及机组参数,锅炉补给水处理拟采用处理工艺如下:

经混凝、澄清、过滤后的清水(浊度1 FTU)活性炭过滤器阳离子交换器除CO2器中间水箱阴离子交换器混合离子交换器除盐水箱主厂房。

主要设备配置:1500活性炭过滤器2台,1000阴、阳床各2台,800混床2台,除盐系统再生采用体内再生的方式。

(4)加强人口教育,提高公民计划生育、可持续利用资源和保护环境的意识,在全社会树立人口、资源、环境一体化控制观念,建立绿色生产、适度消费、环境保护和资源永续利用的社会公共道德准则。

4.2 推动环北部湾城市群人口、资源、环境一体化控制的具体措施

(1)确定和调整适合城市群内各城市的人口规模和人口结构。以广西首府南宁为例,目前南宁城市人口总量与结构之间存在着矛盾。一方面,南宁的人口规模已经过大,从城市的环保、生态、交通等方面考虑,应该大力压缩人口规模。另一方面,从城市产业结构的发展、调整和老龄化趋势等方面来看,又需要补充各类青年人才。要解决好这一矛盾,南宁必须合理地调控人口规模和结构。一是要合理控制中心城区的人口总量。如,通过各种政策手段减缓中心城区人口总量的增长;鼓励中心城区的多余人口到郊县和周边地区就业;加快城郊的社会性养老设施建设,鼓励郊县养老。二是在城市的郊区适度放开人口流动,鼓励吸引各类外地青年人才和劳动力,以优化城市人口的年龄结构。

(2)城市群内各城市应联手开展区域内的综合开发整治工作。在区域内的资源环境工作中,实行综合考察、综合评价、综合开发、综合利用、综合治理和综合管理。如,制定环北部湾经济开发区域环保统一规划,建立和完善重大环境质量预警、监测和信息反馈系统,处理好突发性重大环境污染和生态破坏问题,加大环境治理和环保执法力度。

(3)在城市群内建立可持续的利用资源保障体系、自然和谐、舒适优美的城乡生态环境体系,以利于集约利用有限资源和保护生态环境。具体地说,就是要在城市群内建立以节地和节水为中心的资源节约型农业生产体系,建立以重效益、节能、节材、产业生态化为中心的工业生产体系,建立节约资本与资源的技术经济体系等。

(4)与上游城市携手共同治理水资源污染问题。为了有效保护和利用水资源,除了要控制好环北部湾经济开发区内的沿江钢铁、电力、石化、建材等重污染企业的规模和布局,实现废水废气达标排放,还要与上游城市携手共同治理水资源污染,这样才能从源头上彻底解决问题。

参考文献

[1]DL/T 5068—2006，火力发电厂化学设计技术规程[S]．

[2]李志军．我国生物质直燃发电的现状、问题及政策建议[J]．技术经济，2008(9)．

物质魔术师 第11篇

“我叫小物理。”高的那个说。

“我叫小化学。”圆的那个说。

介绍完了。现在，该演节目啦！

铁帽子戏法

小物理先动手，开始变啦：他摘下头顶上的铁皮帽子，用两只手揉啊揉，捏啊捏，不一会儿，铁帽子就变成了一团铁疙瘩；小物理再把这个铁疙瘩放在掌心里，搓啊搓，转啊转，嘿，这回，铁疙瘩又变成了一个大铁球！

“嗯，把铁帽子变成了铁球，是小物理最拿手的啦！”小化学笑着说，把铁球从小物理手中拿过来，在手上掂了掂。“可是，这只是改变了物体的形状、模样，铁还是铁啊。要让铁变成别的东西，就要看我小化学的了。”

说着，小化学一拽自己的长袍子，舞台上立刻出现了一只圆圆的玻璃缸，里面装着一些透明的液体。小化学把铁球往玻璃缸里一放，铁球马上就沉到了底。小化学用自己的长袍子把玻璃缸遮起来，过了一会儿，再把袍子掀开：呀，缸里银亮银亮的铁球不见啦，只有一团暗红色的东西躺在缸底。小物理绕着缸子，左看右看：“你把我的铁帽子变成什么东西了？”

小化学用一只钩子把缸里的东西捞上来，原来啊，这还是那只铁球，只是外面多出了一层红色的“锈”。“奇怪，铁生锈需要很长的时间，小化学你是怎么变的，这么快就让铁生出锈来了？”“呵呵，这可不是一般的铁锈，这是——铜。”小物理更吃惊了：“铁怎么会变成铜呢？”“这个呀，秘密就在这液体里。”小化学敲了敲玻璃缸的沿儿，得意地说，“这可不是一般的液体，它是硫酸铜。铁一放到这里面，就会发生反应，把硫酸铜里的铜提炼出来，‘吸’到自己身上。看起来，就好像把铁‘变成’铜啦。”

妙手除茶垢

“下面再变个实用点儿的吧。”小化学说着，从袍子里拿出了一只白色的茶杯，给大家看：噢，这只杯子里面沾满了一层褐色的东西，看上去脏兮兮的。“这个就是茶垢。家里有人经常喝茶的话，就会在茶杯里发现它。它是茶叶里面的一种成分，叫做茶多酚（fēn)，和空气发生反应之后生成的。时间长了，就不好去掉了。怎么样，小物理，你能用你的魔术把它‘变’没吗？”

“嘿，这个可不难。”小物理说着，拿出一张白色的纸巾，用它伸到杯子里面，用力地擦啊擦。过了一会儿，小物理把杯子向外一亮——咦，别说，杯子里的茶垢还真的消失了！

“嗯，我知道你是怎么变的。不过，我先不告诉大家。”小化学说着，又拿出了一只不锈钢的杯子，里面也有一层茶垢，“你再试试看，能不能去掉这只杯子里的茶垢？”

小物理接过不锈钢杯子，又变出了一张纸巾，拿着去擦杯里的茶垢。可是，无论他怎么擦，杯子里面的铁壁还是暗暗的，怎么也没法变得明亮。小物理只好把杯子还给小化学：“看来，只好让你来显显神通了。”

“哈哈，好吧。”小化学笑着说。只见他袖子一抖，手里就多了一瓶白色透明的液体。他把这种液体倒进不锈钢杯子，用袖子盖住，晃啊晃，过了几分钟，再用水一冲——哎，杯子里又变得白白亮亮的了！

小物理拿过杯子，吸了吸鼻子：“哼哼，好酸啊。这回，我可知道你的‘法宝’啦，就是——醋！”“没错。因为这个茶垢里的成分和我们烧水烧出来的水垢差不多，也是碱性的。对付碱，当然还是酸最好使啦！”小化学说着，也拿起刚才那只白茶杯，放在鼻子下面闻了闻，“哈，一股水果香味，还很清凉呢！我早就知道啦，你用的是——牙膏！”

“猜对了。牙膏里除了药物之外，主要是放了很多可以产生摩擦的粉末状成分，像碳酸钙、二氧化硅、白云石等等。虽然它们的颗粒很小，但却能产生摩擦和吸附的作用。当你刷牙的时候，这些摩擦剂在牙刷来回抽动下，就会把牙齿上面沾的食物残渣、牙菌斑和牙垢都‘磨’掉了。”小物理说着，拿出了刚才擦过茶杯的那块纸巾，茶垢已经都被沾到上面了，“也正因为这样，所以平时也可以用牙膏来擦镜子、玻璃、瓷杯等东西上的污垢。不但能擦干净，还能让它们变得更光亮呢！”

“但是，金属杯里的茶垢有一部分，已经和金属发生了反应。要想彻底去除，光靠擦就很难擦得干净了。”小化学接着说，“清除这种污垢，还得用我——化学的法宝才行呀。”

吃东西的秘密

“看过‘大变活人’的魔术吧？呵呵，我们也来变一个！”小物理和小化学并排站在舞台正中，突然向两边一让：哇，舞台上出现了一个黑色的箱子。这个箱子又高、又窄，正好能装进去一个人。而且，它从上到下都是一个个小抽屉，好像药店里装中药的柜子一样。

小物理打开最上面的那个抽屉，开始往里面放东西：一个苹果、一块蛋糕、一条巧克力……放完了，就把抽屉关上。用手在抽屉上轻轻地敲了敲，顿时，抽屉里传出了一阵“喀擦、喀擦”的声音，仿佛里面有架机器，正在把放进去的东西切断、磨碎。而小化学呢，则打开了箱子中间的一个抽屉，往里面倒了一小瓶无色的液体，又往里面倒了一小瓶黄色的液体，再往里面倒了一点儿绿色的液体……倒完之后，小化学也把抽屉关上了，在抽屉上敲了敲。这回，抽屉里传出的是“咕噜、咕噜”的声音，像是有一台水泥搅拌机，正在里面搅来搅去呢。再过一会儿，整个箱子震动了两下，所有的声音都停止啦。小物理和小化学在箱子上拍了拍，箱子就“噼里啪啦”地散了架。站在舞台上的是——《百科探秘》的小雪花！

“来来来，小雪花，你来告诉大家，你刚才吃的都是什么呢？”两个魔术师一起问。小雪花想了想：“嗯，有苹果、蛋糕、巧克力……可是，这和你们的节目有什么关系呢？”“哈哈，这就是我们的魔术啊。人吃东西的时候，先要用牙齿磨碎、嚼烂，然后经过消化道的蠕动，才能来到肚子里，这就是小物理的魔术。而到了胃里之后，胃、胰腺、胆囊等器官会分泌出胃酸、胰液、胆汁等消化液，把食物溶解、消化，经过各种成分之间的反应，变成有营养的物质，才能被人体所吸收。这就是小化学的本领啦。”

物质系统 第12篇

1 系统结构

生物质固化成型机数据采集系统结构如图1所示。本系统主要由采集部分、传输部分和上位机3部分组成。采集部分主要采集温度和电流信号,电流互感器对动力电机的电流数据进行采集,温度传感器分别采集模具温度和传动轴温度[1]。采集部分采集到的模拟信号由采集卡进行放大,经A/D转换器转换为数字信号,通过COM口传送给上位机进行实时显示并将数据存入数据库。

2 硬件设计

采用海尔PC机作为上位机,并安装WindowsXP系统、Microsoft Office Access 2003软件和Visual Basic 6.0软件[2]。成型机成型温度在300℃以下,温度传感器的热电阻采用Pt100,精度等级为A级[3]。热电阻无法直接固定在模具上,因此采用封装的方式将热电阻封装到螺母内部,将螺母固定在模具套筒上接触到模具,实现对模具温度的采集。

3 上位机软件编程

上位机数据采集系统软件采用Visual Basic6.0软件编写,由实时数据连接界面、实时曲线界面和历史数据查询界面组成。打开软件首先弹出实时数据连接界面,选择合适的COM口确定连接,即可进行实时数据采集,同时按照设定的记录周期时间将数据保存到Access表中[4]。温度及功耗数据换算部分的程序为:

4 结束语

该数据采集系统可以对成型机工作过程中的实时温度和功耗数据进行采集并存入数据库,通过对数据库进行分析可以得出成型过程中温度和功耗的变化情况,为成型机智能控制系统的建立提供可靠的参考和依据。

摘要：对生物质固化成型机的模具温度、传动轴温度和功耗数据进行采集并建立相关数据库,为生物质固化成型过程能耗最优控制提供数据支持,达到降低能耗和优化成型燃料质量的目的,为固化成型机的发展提供理论依据,加快其产业化进程。

关键词：生物质,成型机,数据采集

参考文献

[1]连卫东.基于CAN总线的智能温压数据采集及实时监测系统设计[J].化工自动化及仪表,2012,39 (1):68-70.

[2]王慧.工业测控系统VB编程[M].北京:化学工业出版社,2009.

[3]郁有文,常健.传感器原理及工程应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.