第一篇：关于表面活性剂对水基纳米流体特性影响的研究进展论文
在能量传递研究及应用技术方面，纳米流体作为一种新型换热工质已获得关注。目前，关于纳米流体，主要从其制备、稳定性、热物性及传热传质等方面研究。稳定的纳米流体是进行各种研究及应用的基础。由于悬浮于流体中的纳米粒子有热力学不稳定性、动力学稳定性和聚集不稳定性的特点，因此如何保持粒子在液体中均匀、稳定地分散是非常关键的问题。常用的纳米流体分散技术里表面活性剂对纳米流体特性的影响是研究的热点之一。
表面活性剂的分子结构具有不对称性，即亲水性的极性基团和憎水性的非极性基团。根据其在水中能否电离将其分为离子型和非离子型表面活性剂，根据离子型表面活性剂生成的活性基团，又将其分为阴离子和阳离子表面活性剂。纳米流体中表面活性剂的选择主要考虑基液、表面活性剂的种类和浓度。在水基纳米流体中，常见的表面活性剂有阴离子型的十二烷基硫酸钠(SDS)和十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、阳离子型的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、非离子型的辛基苯酚聚氧乙烯醚(OPE)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。表面活性剂对纳米流体特性的影响主要从种类和浓度来考虑。针对已有的研究，总结和分析表面活性剂对纳米流体稳定性和热物性影响的实验研究，并从机理对其进行更深层次的研究。同时针对目前的研究现状，提出了未来相应的研究方向。表面活性剂对流体稳定性的影响
表面活性剂对纳米流体稳定性起着重要作用。已发表的文献中，重点研究其种类和浓度对纳米流体稳定性的影响。由于影响纳米流体稳定性的因素非常多，各因素之间的相互影响不同，实验所得的研究结果存在一些差异。
李金平等提出了水基纳米流体中选择表面活性剂的一些建议，研究了表面活性剂聚乙烯醇(PVA)和 SDBS 对 Cu、Ag 和 TiO2纳米粒子悬浮液分散稳定性的影响，得出 PVA、SDBS 及两者的混合能够使 Cu、Ag 纳米流体稳定悬浮，而不能使TiO2纳米流体保持 1h 以上的稳定悬浮。作者分析认为 TiO2纳米流体中粒子吸收光能后，在表面生成的两种化学性质很活泼的自由基抑制了表面活性剂的吸附，即表面活性剂在粒子表面没有发挥作用。PVA 和 SDBS 的混合产生的效果很好，但不清楚其混合比。
李兴等依次制备了无表面活性剂、添加SDBS、CTAB 和 PVP 三种表面活性剂的水基 TiO2纳米流体，静置 24h，进行常温下的粒径和 Zeta 电位测试来表征纳米流体的稳定性，得出纳米流体的稳定性由强到弱的排序，依次是TiO2-SDBS-H2O，TiO2-PVP-H2O，TiO2-H2O 和 TiO2-CTAB-H2O。与李金平等[10]关于SBDS对TiO2纳米流体稳定性的研究结果存在分歧，分析认为可能是纳米粒子的来源、纳米流体的制备方法、稳定性表征的方法及添加的表面活性剂的浓度等之间的差异导致的结果。
郝素菊等采用离心分散法研究 SDBS、CTAB 及乳化剂聚乙二醇辛基苯基醚(OP)对水基碳纳米管纳米流体的稳定性的影响，结果由强到弱依次是乳化剂 OP、CTAB 和 SDBS。同时研究了其浓度对流体稳定性的影响，表明存在最佳的浓度值使得流体的稳定性最佳，SDBS、CTAB 和乳化剂OP 三种表面活性剂的最佳浓度分别为 3.0g/L，1.6g/L 和 1.56g/L。朱冬生等[13]有关SDBS及其浓度变化对水基 Al2O3纳米流体悬浮稳定性的结果与此相似。通过 Zeta 电位和吸光度的表征，得出浓度对流体稳定性有重要影响，最佳的 SDBS 质量分数为 0.1%。林海斌等[14]研究表明纳米粒子 γ-Al2O3对表面活性剂 PEG600 存在一个饱和吸附值，且在该值附近纳米流体的稳定性最好。
程波等研究了表面活性剂OP-10及其浓度的变化对炭黑-氨水纳米流体悬浮稳定性的影响。结果表明，OP-10 及其浓度变化都影响流体稳定性，纳米颗粒的团聚现象随OP-10浓度的增加而改善，加入 2%、3%和 4% OP-10 的纳米流体在 7 天后出现了纳米颗粒沉积，晃动试管后颗粒会重新分散。
Yang 等制备了含表面活性剂 OP-10 的炭黑-氨水纳米流体和含表面活性剂 SDBS 的 Al2O3-氨水纳米流体，用吸光度进行表征，得出随着表面活性剂浓度的增加，纳米流体稳定性先增加后减小，OP-10 和 SDBS 的最佳质量分数依次是 0.3%、0.1%。且表面活性剂 OP-10 对炭黑纳米粒子的吸附存在一个反应时间。
宋晓岚等研究了混合表面活性剂对水基CeO2纳米流体的分散稳定性的影响，混合表面活性剂为 CTAB+Tween80(1∶1)，SDBS+Tween80(1∶1)。结果表明，含混合表面活性剂的流体均比只含一种表面活性剂的流体的 Zeta 电位值高，即混合表面活性剂对纳米流体的稳定性影响更 好，且 含 SDBS+Tween80 的 溶 液 大 于 含CTAB+Tween80 的溶液的 Zeta 电位绝对值。王赛等[18]的研究也表明混合表面活性剂对纳米流体的稳定性影响更好。
综上所述，表面活性剂的种类和浓度是影响纳米流体稳定性的重要因素，存在最佳浓度值使得所制备的纳米流体分散稳定性最佳。为了得到更加稳定的纳米流体，混合表面活性剂及其混合的比例可以作为一个研究方向。表面活性剂对流体稳定性影响的机理
在实验研究的同时，学者们还深入研究了表面活性剂使得纳米流体分散稳定的作用机理，主要包括静电稳定机理和空间位阻效应，解释如下[25]。
(1)表面活性剂吸附在纳米颗粒表面，增加了粒子之间的距离，减小了Hamaker常数，从而降低纳米粒子之间的范德瓦尔斯引力势能。
(2)表面活性剂吸附在纳米颗粒表面形成双电层，当两粒子的双电层不重叠时，粒子被反离子完全屏蔽，两粒子双电层之间处于静电平衡状态，颗粒之间无任何斥力。当两粒子的双电层发生重叠，粒子不能被反离子完全屏蔽，粒子间的双电层静电平衡状态被破坏，粒子间的双电层斥力增加。
(3)表面活性剂吸附在纳米颗粒表面形成吸附层，吸附层的重叠会产生一种新的斥力势能阻止纳米颗粒发生团聚，这种新的斥力势能称为空间斥力势能，这种稳定作用称为空间稳定作用。
李兴等测量和分析了含表面活性剂的 TiO2纳米流体中纳米粒子表面的吸附层厚度与结构。分析认为，SDBS 和 CTAB 都通过“静电稳定机制”使纳米粒子稳定悬浮于溶液中。SDBS 先在水中电离产生带负电的极性头端，吸附于带正电的 TiO2纳米颗粒表面，疏水尾端指向水基液。然后其疏水尾端相结合，极性头端指向水基液。这种结构增加了颗粒间的静电排斥力，减小了其团聚趋势，使得体系拥有良好的分散稳定性。而CTAB 则以疏水尾端与纳米颗粒表面结合，极性头端指向水基液，在颗粒表面形成不稳定的单层吸附。且体系中 CTAB 的浓度超出了其临界胶束浓度，形成了大量胶束，胶束之间的渗透压作用使得 TiO2纳米颗粒相互吸引，从而大大降低体系的分散稳定性。PVP 通过“空间位阻稳定作用”使 TiO2纳米颗粒分散悬浮于水基液中。PVP分子中疏水性的亚甲基非极性基团将会吸附在 TiO2纳米颗粒表面，而亲水性的内酰胺极性基团会伸展在水中，这种结构使得体系保持较好的分散稳定性。
Yang 等研究了纳米流体中表面活性剂在纳米颗粒表面的吸附形式，即单层吸附和双电层吸附。对于非极性单质纳米颗粒，如 Cu、CNTs、CB，在溶液中不发生电离，其表面吸附形式是单层吸附。图 2(a)为在单层吸附形式下表面活性剂对纳米颗粒的作用。当纳米颗粒添加到无表面活性剂的溶液中时，纳米颗粒的高比表面积和比表面能，布朗运动及范德瓦耳斯力使得粒子碰撞团聚。加入少量的表面活性剂时，其分子的非极性碳氢链吸附于颗粒的表面，此时颗粒通过表面活性剂分子的空间位阻效应而分散在溶液中。然而，由于吸附层的不饱和性，此时溶液是不稳定的。当添加适量的表面活性剂时，表面活性剂分子的亲水端完全垂直地延伸到水相中，在颗粒表面形成稳定的单层吸附。
金属氧化物纳米颗粒，如 Al2O3、Fe2O3、CuO和ZnO，在水中发生电离，与在水中完全电离的离子型表面活性剂相连接，其表面吸附形式为双电层吸附。图 2(b)表示在双电层吸附形式下表面活性剂对纳米颗粒的作用。当添加少量的表面活性剂时，纳米流体的稳定性增强，纳米粒子的表面电荷因吸附表面活性剂而减少。当添加适量的表面活性剂，粒子表面的正负电荷平衡，过量的表面活性剂吸附在疏水端末尾的链表面上，其亲水端进入溶液中，纳米颗粒再一次带电，形成双电层吸附，其强烈的静电阻力使得纳米流体保持稳定分散。
宋晓岚等研究了混合表面活性剂分散纳米CeO2颗粒的协同作用，得出了一个两步吸附理论：①强吸附性离子表面活性剂的极性基团在极性纳米 CeO2颗粒表面的吸附，很大程度上增加 Zeta电位，从而产生静电稳定作用;②非离子表面活性剂吸附在纳米 CeO2颗粒表面，其碳氢链相互作用并延伸到水中产生空间位阻稳定作用。低浓度时，表面活性剂以离子交换或离子对方式在固-液界面上发生单分子吸附，其离子头吸附在固体表面上，疏水的碳氢链则深入到溶液中。添加适量的表面活性剂浓度时，粒子表面的碳氢链与溶液中表面活性剂离子碳氢链间的相互作用产生了疏水吸附，形成双分子层聚集体。随着浓度的增大，混合表面活性剂开始形成胶团，而非离子表面活性剂此时往往是通过形成氢键而吸附。
包楚才等研究了表面活性剂 CTAB、SDBS和 PEG2000 对 CdSSe-H2O 纳米流体稳定性的影响，且提出了 SDBS 在带负电荷的纳米粒子 CdSSe表面的竞争吸附理论。分析认为，阴离子表面活性剂在CdSSe表面是双电层吸附。当表面活性剂浓度较低时，SDBS 负离子会挤占颗粒表面的 Na+位置而吸附在颗粒表面，使得颗粒总体负电位更强，颗粒间的斥力增大，纳米流体实现稳定分散。当阴离子表面活性剂浓度较大时，大量的 Na+被挤进吸附层，与分散剂分子发生竞争吸附，降低悬浮液稳定性。
总的来说，无论一种表面活性剂还是混合表面活性剂，其对纳米颗粒的作用机理都离不开静电稳定机制和空间位阻效应，且已发表文献主要从纳米颗粒类型，表面活性剂种类和浓度三方面进行研究。此外，从分子的微观运动角度出发，可以采用分子动力模拟方法等更深一步的研究表面活性剂对纳米流体的稳定性影响的机理。含表面活性剂的水基纳米流体的热物性
3.1 表面活性剂对纳米流体的热导率的影响
纳米流体的热导率一直是实验研究的焦点。由于纳米粒子的特殊性，纳米流体的热导率受到粒子种类、形状、粒径、浓度、基液和稳定方式等因素的影响。已有的纳米流体热导率数学模型，均基于粒径、粒子形状、布朗运动和界面层等因素而建立。目前，关于表面活性剂对纳米流体热导率的影响的文献比较少。下面是常用纳米流体热导率数学模型的总结和含表面活性剂的纳米流体的热导率的实验研究，为后续的研究者提供参考。
Yang 等研究了不同种类的表面活性剂对纳米颗粒界面层厚度的影响，提出了包含表面活性剂影响的热导率模型，其中当颗粒表面为单分子层吸附时，界面层厚度为分子链长度;当颗粒表面为双电层吸附时，界面层厚度为分子链长度的两倍。虽然在低浓度纳米流体中，计算值与实验值比较一致，但多个变量的存在，使得表面活性剂对纳米流体热导率的影响还需深入研究。
Li Xinfang 等研究的表面活性剂 SDBS 的浓度对溶液热导率的影响，表明 SDBS 对纯水和水基铜纳米流体热导率的影响基本一致。随着SDBS 浓度的增加，溶液的热导率先增加后减小，分界点浓度为 0.03%。Zhou 等的研究结果与 Li Xinfang 一致，溶液热导率最高点对应的 SDBS 的浓度为 0.03%。
Wusiman 等研究了表面活性剂SDBS和SDS对水基多壁碳纳米管流体的热导率的影响。研究表明，在只添加表面活性剂的溶液中，溶液的热导率降低。与纯水相比，在碳纳米管和表面活性剂共存的溶液中，仅添加0.25%SDBS的0.5%CNTs纳米流明 SDS 对纳米流体热导率影响不大，且在低浓度时，溶液热导率最低。分析认为实验结果相反的原因可能是纳米流体的制备方法，稳定性及纳米粒子属性等存在差异。
影响纳米流体热导率的因素非常多，因此研究某种因素对纳米流体热导率的影响对建立模型及实际应用有重大意义。以上文献分别从表面活性剂种类和浓度方面对溶液热导率的影响进行了实验研究，但由于众多因素的存在，实验结果存在分歧。因此，需要更多的表面活性剂对纳米流体热导率影响的实验，为建立更加合适的数学模型做基础。
3.2 表面活性剂对纳米流体的黏度的影响
黏度是流体运输中的另一重要参数，研究纳米流体黏度的变化规律对其在实际的能量运输中的应用非常重要。已发表文献从纳米粒子体积分数、大小、形状及基液属性和温度等方面对流体黏度的影响进行了实验研究，建立的模型。而表面活性剂对纳米流体黏度的影响研究的较少。
Zhou 等研究了表面活性剂及浓度对溶液黏度的影响。PVP 溶液的黏度随着其浓度的增加而增加;SDS 和 SDBS 对溶液黏度的影响趋势一致，质量分数低于 0.05%时，黏度随其浓度的增加而增加，质量分数高于 0.05%时，黏度先减小再增加;溶液黏度随 CTAB 浓度的增加先降低再升高。分析认为分子链的长短及多少是影响流体黏度的因素。高浓度的表面活性剂会形成胶团影响溶液的黏度。
Yang 等研究了表面活性剂 SDBS 和 OP-10的浓度对氨水溶液动力黏度的影响。结果表明，存在最佳的浓度值，使得溶液动力黏度最低。当大于该值时，溶液的动力黏度随表面活性剂浓度的增加而增加。并建立了单层吸附和双电层吸附形式下的动力黏度模型。结果表明，表面活性剂的浓度及类别是影响纳米流体黏度的重要因素。
Li 等研究了表面活性剂 SDBS 对Cu-H2O 纳米流体黏度的影响，表明 SDBS 的浓度影响纳米流体的表观黏度，随着其浓度的增加，纳米流体的黏度轻微的增加。Ghadimi 等关于 SDS对 TiO2纳米流体的黏度的影响有相似的趋势。
以上研究表明，表面活性剂会增加溶液的黏度。随着浓度的增加，不同种类的表面活性剂对纳米流体的黏度影响不一致。关于添加表面活性剂的流体的黏度模型，还需要更多的实验研究。结 语
纳米流体作为一种新型的换热工质，已经成为关注的焦点。本文主要总结和分析了表面活性剂对纳米流体稳定性影响的相关实验研究，及其对纳米颗粒的作用机制。然后总结了纳米流体中热导率和黏度计算的相关模型，及表面活性剂对流体热物性影响的实验。研究结果表明，表面活性剂的种类和浓度对纳米流体的稳定性存在着重要影响。存在最佳的表面活性剂浓度使得纳米流体的稳定性最佳。众多不确定因素，如制备方法，流体稳定性，颗粒属性等，使得有关表面活性剂对纳米流体的稳定性和热物性的实验结果存在分歧，热导率和黏度的理论模型难以确定。因此，对于表面活性剂对水基纳米流体特性的影响，提出以下的建议。
(1)混合表面活性剂对纳米流体的稳定性影响较好，但关于混合的表面活性剂对纳米流体的热导率和黏度的影响没有相关实验研究。因此，可以从混合的表面活性剂的组合及其比例两方面进一步研究含表面活性剂的纳米流体的稳定性和热物性。
(2)运用分子动力模拟等方法，进一步研究表面活性剂对纳米流体稳定性影响的微观机制。
(3)表面活性剂影响纳米流体的稳定性、热导率及黏度。但流体的稳定性和热导率及黏度之间的是否存在一定的关系，是需要解决的问题。
(4)纳米流体中存在着众多不确定因素，实现这些因素的量化分析对表面活性剂对纳米流体的稳定性、热导率和黏度的研究有重大影响。
第二篇：论文纳米材料对生活的影响
化学与化工学院纳米科学与技术导论期末论文
纳米材料对生活的影响
姓名： 年级：
专业：化学工程与工艺 学号：
内容摘要： 纳米科学与技术将是构成21世纪科学技术新时代的基础。纳米科技在电子学、计算机技术、医学和生物学等学科上的应用，制造特定功能的产品和装置实现生产方式的飞跃，将影响人类生活方式，也将影响人类的思维方式。
关键词：纳米技术；纳米材料；涂料；生活；
引言：纳米科学与技术将是构成21世纪科学技术新时代的基础。纳米科技是在纳米尺度对物质特性进行研究的基础上，最终利用这种特性来制造具有特定功能的产品，实现生产方式的飞跃。就基础研究而言，纳米科学有着诱人的前景，因为在纳米尺度上的物质将表现出新颖的现象、奇特的效应和性质。而作为一门技术纳米技术将为人类提供新颖并具有特定功能的产品和装置。因此，纳米科学技术充满着机会与挑战。
纳米科学与技术，有时简称为纳米技术，是研究结构尺寸在0.1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米技术将是21世纪科学技术新时代的基础。纳米技术是一门交叉性很强的综合学科，研究的内容涉及现代科技的广阔领域。纳米科学与技术主要包括：纳米
化学与化工学院纳米科学与技术导论期末论文
体系物理学、纳米化学、纳米材料学、纳米生物学、纳米电子学、纳米加工学、纳米力学等。这七个相对独立又相互渗透的学科和纳米材料、纳米器件、纳米尺度的检测与表征这三个研究领域。纳米材料的制备和研究是整个纳米科技的基础。其中，纳米物理学和纳米化学是纳米技术的理论基础，而纳米电子学是纳米技术最重要的内容。
纳米技术中纳米材料领域对我们生活影响最直接、最密切。纳米材料是纳米科技发展的重要基础。纳米材料是指材料的几何尺寸达到纳米级尺度水平，并具有特殊性能的材料。纳米材料由于其结构的特殊性，加大的比表面以及一系列新的效应决定了纳米材料出现许多不同于传统材料的独特性能，优化了材料的各种性能。
纳米材料的表面效应使材料粒子表面原子极其活跃，容易与周围的气体反应，也容易吸收气体。此效应的应用使人们提高催化剂效率、吸波材料的吸波率、涂料的遮盖率、杀菌剂的效率等。
纳米涂料对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能，使室内空气更加清新。对各种霉菌的杀抑率达99％以上，有长期的防霉防藻效果。纳米改性内墙涂料，实际上是高级的卫生型涂料，适合于家庭、医院、宾馆和学校的涂装。纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。纳米材料的应用使现在的涂料能够有静电屏蔽的作用，还可以通过复合控制静电屏蔽涂料的颜色，克服炭黑静电屏蔽涂料只有单一颜色的单调性。纳米材料在涂料上的应用，使得它利用独特的光催化技术对空气中有毒气体有强烈的分解，消除作用。对甲醛、氨气等有害气体有吸收和消除的功能，使室内空气更加清新。纳米改性外墙涂料，利用纳米材料二元协同的荷叶双疏机理，较低的表面张力，具有高强的附着力，漆膜硬度高且有韧性，优良的自洁功能，强劲的抗粉尘和抗脏物的粘附能力，疏水性极佳，容易清洗污物的性能。
由于目前应用纳米材料对涂料进行改性尚处在初级阶段，技术、工艺还不太成熟，需要探索和改进。但涂料的各种性能得到某些改进的试验结果足以证明，纳米改性涂料的市场前景是非常好的。
纳米技术对生活的影响。不仅在涂料上，纳米技术在其他方面的应用也使很多领域发生了变革。如在织物中的应用，在防腐中的应用，在航天电子领域中的应用，在生物医学工程中的应用等，使这些领域的技术向前迈进了很大的一步，解决了很多难题，但很多技术都还不成熟，还需要去探索，去改进，相信，纳米材料会在以后的将来得到更加广泛的应用的。但无疑的是，纳米科技将影响人类生活方式。如纳米电子学将是电子计算机的体
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积越来越小，功能越来越强大；超高密度海量信息存储能将图书馆里的全部资料装入上衣口袋里，提供随时阅读；加上全球网络通信，学习不受时间、空间的限制。全息电视使人有身临其境的感觉，随时可以虚拟旅游、看电影，不想现在那样被动，而且可以改变剧情版本；打电话可以变成可视商谈。
纳米技术使生活变得更加便利，更加丰富多彩，更加环保健康。
参考文献:
1、刘焕彬、陈小泉，纳米科学与技术导论，化学工业出版社，2006年
第三篇：林木修枝对林地环境的影响研究进展论文
摘要：修枝作为一种传统的森林经营措施, 在调节林分结构、调控林木生长、提高木材质量、维持林分稳定性等方面具有重要作用。探索科学合理的修枝技术是国内外林业科技工作者的研究热点。文中综合国内外的研究进展, 从林内小气候、林下植被以及林地土壤3个方面阐述了林木的修枝效应, 以期揭示林木修枝对环境的作用规律, 为人工林修枝技术的研究与应用提供依据;同时还初步指出当前我国林木修枝工作中存在的问题, 并提出展望, 为今后的研究和生产实践提供参考。
关键词：林木修枝;小气候;土壤性状;林下植被;间作物;
枝条是组成树冠的主要构件, 其发育和分布状况影响着树冠的结构与动态[1]。自然状态下, 由于林内光照条件限制, 林木会调整自身的枝叶量以维持体内光合产物均衡, 提高林分稳定性。林木的自然整枝实际上是对环境适应的结果[2]。随着社会发展和生活水平的提高, 人们对木材产品质量的要求也越来越高, 依靠林木自然整枝来调控木材质量和林分结构已不能满足人们迫不及待的需求。当前工业用材林培育的目标已从追求单一的速生丰产向追求定向、速生、丰产、优质、稳定与高效等多功能方向转变。人工整枝作为一项基础性营林措施, 可以有效改善木材品质[3-8], 同时也可以改变林内环境和林下生物组成与数量, 进而影响森林生态系统的结构与演替。
人工修枝是一个复杂的人为干扰过程, 相关研究已有很多, 但研究内容多集中在修枝技术及其对林木生长和材质的影响等方面[9], 往往忽略了修枝对林地环境的影响;此外, 在林农复合经营系统中, 间作物与林木之间存在光照、温度、养分、水分等多方面的竞争关系, 确定合理的林木修枝技术是提高林农复合经营综合效益的重要课题。本文将以国内外相关研究为依据, 综合阐述林木修枝对林内小气候、林地土壤性状以及林下植被(间作物)的影响, 初步指出当前林木修枝研究中存在的不足, 以期为今后林木修枝技术的研究和应用提供参考。修枝对林内小气候的影响
1.1 林下光照
修枝可以减少下层枝叶数量, 有效缓解因相互遮阴而导致的光照不足, 同时有利于培育无节良材。一般认为修枝可提高林分透光率, 并且随着修枝强度的增大而增强。研究表明, 猴樟(Cinnamomum bodinieri)经1/3和2/3强度(修枝后枝下高占树高的比例)的修枝后, 林分透光率比对照分别提高30%和80%[10];30%、40%及50%修枝强度的杉木(Cunninghamia lanceolata)林分透光率分别比对照提高0.30、1.04和2.11倍[11]。修枝会引起林分叶面积指数降低, 但降低幅度远远小于林分透光率增大的幅度。段爱国等[11]研究发现, 40%的修枝强度约降低20%的林木叶面积, 对材积生长影响不大, 但能提高1倍左右的透光率。
修枝能改变林下光照强度, 徐立军等[12]对毛白杨(Populus tomentosa)进行修枝试验发现, 随着修枝强度的增大, 林地相应位置的光照强度会成倍增强。陈作州等[13]研究认为, 与对照相比, 在修枝林木不同距离和不同方位的林下光照强度明显不同, 总体而言, 修枝后林下光照强度可提高10%左右。高峻等[14]认为, 林木株行距不同, 则行内的光照强度日变化以及行间光照强度日变化差异明显。
修枝能增加林下光合有效辐射, 提高幅度约为对照林地的39.7%~98.9%[15], 并随着修枝强度的增加而增加。另外, 在不同生长阶段修枝对林分透光率的影响存在差异, 段爱国等[11]研究表明, 从年生长初期到年生长末期依次进行修枝, 林分透光率的增加幅度逐渐减小。受树冠投影位置与遮蔽范围的影响, 修枝后往往表现出上午和下午林内光照强度增加的幅度大, 而中午因树冠投影处于树冠正下方, 遮阴范围小, 此时修枝林分的林下光合有效辐射增加幅度较小[15-16]。
1.2 林下气温与湿度
修枝在增加林下光照强度和光合有效辐射的同时, 也会改变林下气温和相对湿度。一般认为修枝强度越大, 增温和减湿的作用越明显。Sharma和Singh[17]对芒果树(Mangifera indica)进行研究后认为, 修枝能明显提高林内气温, 降低空气相对湿度;孙尚伟等[15]研究了不同修枝强度对杨农复合经营生态系统内小气候的影响, 结果表明, 随着修枝强度的增加, 林内光照强度增强, 林下气温和植物叶表温度显著升高, 而空气相对湿度逐渐降低, 且越接近正午, 这种趋势越明显;李厚芳等[18]对杨-麦复合经营模式的修枝试验也得到了相似的结果。修枝后林木不同冠层处的气温和相对湿度的差异会有所减小[17]。修枝会加大林内昼夜的温差和空气相对湿度差异, 因为在太阳辐射较强的白天, 修枝林分的林下光照强度和气温往往高于不修枝林分, 空气相对湿度则低于不修枝林分, 而早晚时分, 修枝与不修枝林分之间的差异较小[16,19]。修枝对林地土壤性质的影响
2.1 物理性质
通过修枝能在一定程度上改善林地土壤物理结构。高云昌等[20]对白榆(Ulmus pumila)人工固沙林的研究表明, 修枝后林地土壤容重降低了1.24%, 总孔隙度、毛管孔隙度与非毛管孔隙度分别增加了3.46%、3.37%和3.86%, 但可能由于修枝时间较短, 与对照相比没有显著性差异;梁元瑞[21]对杉木人工林的试验也表明, 修枝3年后, 林地土壤的容重会有所降低。修枝后如果枝叶保留在林地中, 则可较好地保护表层土壤免受雨滴击溅, 减少地表水分蒸发, 减缓地表径流流速, 在改善林地土壤物理结构的同时增加土壤对水的涵养能力[22]。
不同土层含水量对修枝的响应存在差异。孙尚伟等[15]发现, 修枝会减少杨农复合经营林分表层土壤的含水量, 但会增加深层土壤的含水量。Jones等[23]对牧豆树(Prosopis juliflora)、阿拉伯金合欢树(Acacia nilotica)2种林农复合经营的林分进行修枝试验也发现, 修枝会显著降低浅层土壤的含水量, 而深层土壤的含水量却高于未修枝林分。土壤含水量分布出现差异的原因:一方面是由于修枝使林下光照增强, 土壤温度提高, 导致土壤水分蒸发加剧;另一方面是由于气温增高, 林下间作物蒸腾速率提高, 作物耗水量增多, 而作物的根系主要分布在浅层土壤中, 所以修枝后浅层土壤的水分消耗量增多。深层土壤中林木的根系占绝对优势, 修枝处理后减少了树木叶面的水分蒸腾, 导致树木根系吸水减少, 因而深层土壤含水量高于对照林分。
2.2 化学性质
修枝在改变林分结构的同时, 也改变了土壤物理性状, 致使土壤化学性质发生变化。高云昌等[20]研究发现, 修枝后土壤有机质和碱解氮含量有所增加, 而速效磷和速效钾含量有所降低。Chesney[24]对刺桐(Erythrina poeppigiana)进行为期1年的试验后认为, 修枝在短期内对土壤净矿化作用和净硝化作用无显著影响, 但能明显抑制林木细根的分布, 因此可以调控林木与间作物对土壤养分的竞争。Duguma等[25]和Kadiata等[26]对银合欢(Leucaena leucocephala)和墨西哥丁香(Gliricidia sepium)等豆科植物研究表明, 修枝能显著提高土壤全氮含量, 但会降低土壤20%的固氮速率。
Peter等[27]在肯尼亚对阿拉伯胶树(Acacia saligna)进行研究后认为, 修枝会增加土壤无机氮和钾流失的风险。Teklay[28]、佘宇晨等[29]认为, 修枝产生的大量残落物可增加林地土壤全碳和全氮含量, 经过分解能显著增加土壤氮磷钾等养分含量。但也有研究者认为虽然修枝能在短期内增加凋落物数量, 但是从长远看会减少林地土壤凋落物的输入量, 从而对土壤肥力和林下植被产生负面影响[30-31];刘西军等[32]对河滩地杨树林修枝前后的土壤养分进行对比研究发现, 修枝会降低林地土壤全氮含量, 但对全磷、有效磷和速效钾含量影响不显著。由此可见, 修枝对林地土壤化学性质的影响比较复杂, 修枝强度和频率、修枝凋落物的管理方式、树种种类和林下植被状况等因素都会对林地土壤化学性质以及养分状况产生影响[33]。
2.3 生化性质
土壤物理和化学性质共同制约着土壤微生物活动和土壤酶活性, 而土壤微生物和酶的状况能反映土壤肥力和林地环境质量[34-35]。土壤微生物量和土壤酶活性与修枝存在一定的关系。一般认为, 林木修枝后自然凋落物数量减少, 土壤中积累的有机碳减少, 土壤微生物活性减弱。刘兰兰等[36]和Yang等[37]研究发现, 修枝后土壤CO2释放量降低了12%~18%, 同时显著降低了土壤蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶的活性。修枝对土壤细菌和真菌数量也有显著影响, 丁思一等[34]和佘宇晨等[29]研究表明, 修枝会降低杉木林土壤中的细菌、真菌和放线菌数量。也有研究认为, 修枝会增加土壤呼吸, 但持续时间短, 容易被根系-土壤调节系统恢复至正常水平[38]。修枝对林下植被和林下间作物的影响
3.1 林下植被
林木修枝对林下植被影响的研究主要集中在林下植被多样性及生态系统稳定性等方面, 林下植被多样性主要体现在物种数量、生物量、覆盖度、多样性指数等方面, 此外还包括林下动物多样性、病虫害情况等[22]。
多数研究认为, 随着修枝强度的加大, 林内透光率提高, 有利于林下植被的生长, 从而会提高林下植被的数量。Schmidt和Wardle[39]研究表明, 修枝能促进北美圆柏(Juniperus virginiana)林下草本植物的生长, 有利于维持物种多样性;陈孝丑[40]对4年生杉木幼林进行连续2年不同强度修枝处理得出, 修枝林分的林下灌木层、草本层和总体植物总数、盖度、生物量、重要值和Shannon-Wiener多样性指数以及林下植被均匀度均高于未修枝林分, 且林下植被的覆盖度、生物量随着修枝强度的增加而增加。
修枝能促进林下幼苗更新, 高云昌等[20]研究发现, 经过修枝的白榆林下更新幼苗数量显著增加, 比对照提高了17.94%;Torras和Saura[41]研究了不同更新方式和抚育措施对6种森林生物多样性指标的影响表明, 修枝能够增加灌木物种丰富度。Moya等[42]对火灾后5年和10年的地中海松(Pinus halepensis)林分进行修枝得出, 对幼龄林进行强度修枝能够改善林分结构和植被多样性。Corley等[43]在Patagonia地区的研究认为, 松树人工林早期修枝(即树冠郁闭前)可显著减少害虫数量。
3.2 林下间作物
建立多种群、多功能、多效益、高产出的林农复合系统, 需要克服作物与林木之间光照、土壤养分、水分等多方面的相互竞争。林农复合系统中, 间作物的产量与林下环境条件密切相关, 一般认为林冠遮荫是林下作物减产的主要原因[44-46]。修枝可大大改善林下作物的光照条件, 弱化林农间的光竞争, 提高林下作物产量[33,47-49]。陈作州等[13]研究发现, 在修枝增加10%左右的林地光照强度的情况下, 林内小麦(Triticum aestivum)产量可提高3%~7%。
不同树种与林下间作物的竞争能力不同, 因此修枝产生的影响也有所差异。Jones等[23]在半干旱地区的研究结果表明, 修去牧豆树(Prosopis juliflora)一半左右的树冠会显著改善林下作物高粱(Sorghum bicolor)的光照条件, 有利于增加产量, 而采取相同修枝处理的阿拉伯金合欢(Acacia nilotica)对林下间作物的影响却不显著。修枝不仅减少了林木地上部分对光、热等资源的竞争, 还会减少牧豆树地下的根系密度, 降低对地下资源的竞争, 有利于满足间作物的需求。修枝能有效维持林农复合生态系统内水分的平衡, 增加林下作物的气孔导度, 提高作物光合速率和蒸腾速率[15,50]。当然, 林木修枝对林下植被气孔导度的影响因时而异, 一般在上午和中午影响比较明显;修枝强度越大林下植被的光合速率、蒸腾速率越大, 且上午和中午的促进作用大于下午[5,51]。
修枝能提高林下间作物的产量, 且随着修枝强度的增加增产效果增大。徐立军等[12]在对杨粮复合经营系统中的杨树进行修枝后发现, 随着林木修枝强度的增大, 间作物花生(Arachis hypogaea)的产量和生物量也随之增加;秦柱南等[52]对L35杨林分进行修枝试验表明, 修枝能显著增加林下冬小麦的穗数、单穗籽粒数、千粒重和产量, 且随着修枝强度增大提升幅度也增大, 与对照相比产量最高能提高6倍。
对不同间作物而言修枝产生的增产途径和增产效果有所不同, 例如林木修枝后林下间作物玉米(Zea mays)主要通过增加穗数而增产, 小麦则主要通过增加千粒重和单穗籽粒数增产[53]。Siriri等[54]研究发现, 林下间作大豆的产量比间作玉米更接近于纯农经营样地。在相同修枝条件下, 林下间作小麦和玉米分别增产10%~171%和46%~399%, 可见修枝对玉米的增产效果大于小麦[51]。
Chandrashekara[55]研究认为, 要使林下间作物产量达到最高, 理论上需要修剪50%~90%的树冠, 这在实际生产中往往难以实现, 因为修枝强度的确定除了要考虑林下植被生长对环境的需求, 更重要的是要考虑树木材积生长、劳动力投入成本、经济效益、甚至林地土壤肥力供给能力等问题。Bertomeu等[56]对云南石梓(Gmelina arborea)与玉米的林农复合经营系统进行修枝试验发现, 修枝强度越大, 林下间作物产量越高, 但修枝强度过大会导致林木直径生长明显受抑, 材积生长量明显减小。所以研究林木修枝效应要综合考虑多方面因素, 在确保目的树种较快生长的前提下充分发挥林地资源的综合效益和长期效益。研究展望
近年来, 我国开展人工修枝的树种主要有杨树、红松(Pinus koraiensis)、马尾松(Pinus massoniana)、泡桐(Paulownia tomentosa)、油松(Pinus tabuliformis)、杉木等[40,47,57-61]。对修枝技术方面的研究主要包括修枝时间、修枝强度、修枝方式等;对林木修枝效应的研究多数集中在林木生长、材质等方面;而对林地环境影响的研究仅集中在少数林农复合经营系统中, 缺乏对天然林、工业用材林等多功能林分的研究, 与发达国家相比尚存在较大差距, 面临着较多问题[9]。今后有必要对以下问题开展系统、深入的研究。
1)对修枝的基础理论问题研究不足。修枝对象主要是枝条, 而枝条是叶片的载体, 是光合产物、水分和养分的传输者, 枝条的生长发育状况和着生部位影响着树冠结构和林分结构。树木枝条和叶片的生长发育规律及其与环境的关系是确定修枝时间和修枝强度的重要因素, 今后有必要开展相关研究。此外, 有必要进行长期的定位试验, 掌握林木修枝对林内小气候、土壤理化性质和林下植被的影响机理和影响状况, 为科学调控林分的物种结构和空间结构, 促进林分可持续经营和高效经营提供理论依据。
2)研究涉及的树种种类偏少, 林分类型比较单一, 且多数研究只是简单比较不同修枝处理之间的差异, 产生差异的原因尚不明确。如量化林木修枝强度对林地光照的影响, 需根据树种、林木生长发育状况、林分结构、季节、林下植被的需求(如光饱和点、光补偿点)等指标, 科学合理地确定适宜的修枝强度、修枝时间和修枝频率。
3)缺乏林地效益的综合评价。在考虑林分生长效果和生态效益的同时, 应考虑经济效益和社会效益, 综合分析经济成本与产出, 以确定合理的修枝技术, 确保其具有实用性和可行性。
参考文献
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第四篇：表面活性剂在石油工程中的应用研究进展论文
摘要：表面活性剂在石油工程的油气钻井、开采及储运中均有很广泛的应用。综述了表面活性剂在石油工程中的研究及应用现状，由于国内一些大型油气藏已到开采后期，油田采收率较低，利用表面活性剂可以提高采收率。高分子类型的表面活性剂既能提高波及系数，又能提高洗油效率，是很好的驱油助剂。目前不少油田在开采低渗透油藏以及页岩油气藏，压裂液助剂的开发研究是现在及将来的一个研究热点。
关键词：表面活性剂；石油工程；应用；研究
表面活性劑是一类分子由极性的亲水部分和非极性的亲油部分组成的，少量存在即能显著降低溶剂表面张力的物质。它们广泛用于日常生活[1，2]，以及石油工程。例如，在油气钻井工作中可以用作钻井液的杀菌剂、缓蚀剂、起泡剂、消泡剂、解卡剂、乳化剂等；在油气开采作业中可以用作黏土稳定剂、驱油剂、清防蜡、酸压助剂（可用于乳化酸、泡沫酸，成胶和破胶、助排剂等）；在油气田地面工程中可以用作减阻剂、破乳剂、杀菌剂、絮凝剂等，于浩洋等[3-6]对其在油田中的主要应用及其作用机理进行过归纳。
目前国内一些大型油藏已到开发后期，原油采收率较低，可以采用化学驱进行驱油。例如，大庆油田的碱-表面活性剂-聚合物（ASP）三元复合驱为大庆油田的增产和稳产作出了巨大贡献[7]。对低孔低渗的油气藏如目前国内外热门的页岩油/气藏的开采则多用压裂工艺，其中关键的化学剂常用到表面活性剂[8-11]。
根据表面活性剂在水中起活性作用的亲水基团来进行分类，可以将其分为阴离子型、阳离子型、两性离子型、非离子型及特种类型（包括含氟和含硅、Gemini、Bola及生物表面活性剂等）表面活性剂。现根据其类型对其在石油工程尤其是在低孔低渗油气藏中的研究及应用现状进行综述，以供我国页岩油/气藏开采技术的研究人员作参考。
1普通表面活性剂的研究及应用
1.1阴离子型
在水中起活性作用的部分为离子的表面活性剂。常见的阴离子表面活性剂有羧酸盐型（可用作肥皂）、磺酸盐型（可用作洗衣粉）、硫酸酯盐型（可用于牙膏）及磷酸酯盐型（可用于织物的去静电）等[12，13]。
在油田应用中，硫酸酯盐型如十二烷基硫酸钠可用于泡沫及微泡沫钻井液的起泡剂；石油磺酸盐[14]可以将油水界面张力降至超低界面张力（10-3mN/m），用于碱-表面活性剂-聚合物（ASP）三元复合驱，可以极大地提高原油的采收率。
1.2阳离子型
季铵盐型、吡啶盐型及咪唑啉型等阳离子表面活性剂可用农药、杀菌、缓蚀剂、防静电等；在石油工程中多用作杀菌剂、润湿剂和缓蚀剂，不过使用量不太大。例如，将季铵盐型表面活性剂用于地层的降压增注，效果明显[15]。
1.3两性离子型
甜菜碱等氨基酸类的两性表面活性剂分子中既有阴离子又有阳离子，在水中由于pH值的不同可以表现出两种类型的电性，可用作驱油剂。
栗原君[16]研究了十六烷基羟丙基磺基甜菜碱在低渗多孔介质中的流动特征及驱油特征，发现低矿化度地层水与甜菜碱溶液与岩石表面作用更强、流动阻力更小，高矿化度水驱、低矿化度水驱的采收率可分别达到32.5%和33.8%，而低矿化度水驱加后续低矿化度表面活性剂驱的组合方式可使采收率达最高。
1.4非离子型
非离子型表面活性剂分子在水中不带电性，故而受水中矿化度的影响非常小，物理化学性质较稳定，例如聚氧乙烯烷基醇醚可用于驱油及原油的破乳等[17，18]。
章杨等[19]研究了壬基酚聚氧乙烯醚系列非离子表面活性剂，利用高温高压可视化泡沫仪对不同温度、压力和矿化度条件下CO2泡沫的性能进行了测试，分析了各因素及聚氧乙烯基的聚合度对CO2泡沫性能的影响。结果表明：EO聚合度越大，表面活性剂的亲水性越强，泡沫性能及稳定性均有所提高；相反，矿化度、压力和温度的升高使泡沫性能下降。
2特种表面活性剂的研究及应用
2.1含氟/硅型
主要是含氟表面活性剂及含硅类型的表面活性剂。很特殊的既憎水又憎的含氟表面活性剂，可以在冻胶压裂液中作为热稳定性较好的助排剂；含硅表面活性剂如有机硅则是很好的消泡剂，还可以用作驱油剂及冻胶压力液破胶后的返排剂等[20-25]。
例如李凡等[26]以烯丙基聚乙二醇、环氧氯丙烷、含氢硅油和有机胺等作为原料，制备出多种有机硅，其水溶液与胜利油田某区块原油的界面张力可低至0.025mN/m，将其进行CO2驱油实验，可进一步提高11.44%的原油采收率。
2.2Gemini（双子、孪生或双生）型
Gemini型表面活性剂是一类双亲水基双亲油基的两亲物质。有较高的界面活性、很低的临界胶束浓度以及较低的Krafft点，具有较好的增溶、润湿、起泡和钙皂分散作用。在低浓度时其增粘效果显著，有较好的黏弹性和胶凝作用。目前已报道的的Gemini型有磺酸盐型、季铵盐型、二壬基苯酚综合型、甘氨酸衍生物等，除了用于个人护理和其它一些化工用途外，在石油工程中可用于三采及清洁压裂液的增稠[27-30]。阳离子的双子表面活性剂有较好的协同效应[31]。Oliviero等[32，33]研究了双子水溶液的物理化学性质，而朱森[34]研究用计算机模拟双子表面活性剂的性能表征。
唐善法等[35]合成了表征系列羧酸盐双子表面活性剂，可以配制新型低伤害耐温性清洁压裂液，将其与纳米粒子复配成清洁压裂液，黏度测试结果表明疏水链碳数越多，该双子型表面活性剂的增稠能力越强，溶液黏度突变升高对应活性剂浓度越小；疏水链碳数相同时，联结基碳数越多，其增稠能力越强，热稳定性越好；0.04%纳米ZnO可提高高温下的溶液黏度（100℃下由10mPa·s升至30mPa·s）。优化配方有良好的抗高温性能和剪切稳定性，携砂稳定性好且能快速破胶。该清洁压裂液在塔里木盆地致密砂岩气藏的应用效果良好。
3表面活性剂在致密油气藏的研究及应用
单一的表面活性剂固然能降低溶剂的表面张力，但其形成洗油能力较强的胶束、乳液及微乳液的能力较弱，因此在提高原油采收率时多需和多种化学剂复配使用。例如，加入适量的无机盐可以調整乳状液及微乳液的亲水亲油平衡值（HLB值），利于胶束的形成；加入适当的表面活性物质可以减少价格昂贵的表面活性剂的使用。配乳状液及微乳液时，由于油品的来源不同，故而乳化时所需乳化剂的HLB值也不同，若不能研制出合适的表面活性剂，则需要用两种或多种表面活性剂进行复配，调整到油-水乳化所需的HLB值，如此才能配制出稳定的水/油型乳状液或油/水型乳状液，可用于提高原油采收率。
例如，利用阴离子/非离子表面活性剂进行驱油，模拟效果表明，可以显著降低界面张力能力，浓度范围在0.05%～0.30%；热稳定性较好，乳化性能较好，可以使水驱的采收率提高12%左右[36]。
针对致密油气藏，将表面活性剂复配至压裂液中，对比研究发现阳离子表面活性剂改变润湿性的效果较好，若是延长焖井时间，则开井后的产量会有所提高[37]。利用纳米乳液针对超低渗透油藏利用纳米乳液进行降压增注，不仅可以降低油水界面张力，还可以提高原油采收率[38]。
邱正松等[39]针对页岩储层的水敏等储层伤害问题，采用两步稀释法，研备出极小粒径且分散性好的水包油型纳米乳液。选取Gemini季铵盐型表面活性剂与Tween80等复配。
罗明良[40，41]等以氨基聚硅氧烷和绿色表面活性剂脂肪酸甲酯磺酸钠合成，得到致密气井压裂控水性良好的纳米乳液。纳米乳液的液滴中值粒径平均为28.5nm。其中的氨基、硅氧烷与硅氢键等极性基团通过物理化学吸附作用可以牢固吸附到岩石表面，分子链中的疏水基团硅甲基可以改变岩石表面的润湿性。
4结论
石油工程中钻遇的储层有时会很复杂，现有的表面活性剂不太适用，目前主要的研究热点是环保型表面活性剂的研制及作用机理的研究，用于驱油及压裂的新型表面活性剂及其作用机理的研究。例如，任立伟[42]提出钻井液用表面活性剂今后的研究工作应充分利用表面活性剂之间的协同效应，提高表面活性剂的抗温、抗盐及抗钙的能力，尽量开发出环保产品如烷基糖苷类，以及双子型表面活性剂及含硅或氟等的新型表面活性剂，还要注重各种类型表面活性剂的作用机理的研究。对于开发后期的油气藏，采用化学驱进行驱油时的驱油机理由于采用的化学剂的不同，尤其是新型化学剂（如有机碱、生物表面活性剂等）的应用，其作用机理还有待进一步研究[7]。辽河、新疆油田等一些稠油油藏可以利用乳状液驱油，但是采出液及采出水的破乳是个难题，有必要针对复配表面活性剂及用有机碱稳定的稠油O/W型乳状液的破乳脱水进行研究[43]。对于国内外较热门的页岩油/气的开采，即特低渗油气藏的开发，表面活性剂的作用机理还需加大研究。例如，对胜利油田某区块的特低渗岩心进行的驱替研究表明[44]，表面活性剂可以显著降低最小（拟）启动压力梯度，且其浓度对含水饱和度的影响较大。
第五篇：混煤的特性及对燃烧的影响
混煤的煤质特性及对燃烧的影响
这里写上自己的名字，单位名称，然后另起一行，写上名字的拼音，单位的英文
Abstract: According to the current supply of coal fuel coal-fired power plants and operation process of the common characteristics of coal are analyzed, the evaluation indexes of mixed coal plant characteristics and main characteristics of mixed coal combustion influence of indicators.Key Words: Mixing coal, Characteristics of coal 摘要：根据目前我国燃煤电厂燃料煤的供应状况及电厂运行过程中常用的煤质特性评价指标，分析了电厂混煤的相关特性及混煤主要特性指标变化对燃烧的影响。关键词：混煤；煤质特性；
随着国家经济的发展及电力体制改革，我国的电力行业已经逐步摆脱粗放型管理，运行机制也已经逐步由计划经济向市场经济发展。厂网分开、竞价上网已经开始实施。如何降低发电成本，提高机组效率，直接关系到发电企业的生存与发展。根据目前国内的煤炭市场和电力需求情况，我国火电厂出现一些问题：①电装机容量增大，煤的耗量增加，一台300MW机组的锅炉的日耗煤量约达3000吨左右，因而很难保证燃烧单一煤种。②煤炭资源集中在经济欠发达的中、西部地区，在经济发达、对电力需求大的东、南部地区煤炭资源则非常贫乏，北煤南运，煤的运输能力不足。③近年的电慌、煤慌，造成很多电厂“饥不择食”，被迫烧一些劣质煤。④许多电厂锅炉的实际燃煤与设计煤种不符，安全经济得不到保障，因而采用混煤燃烧，以便满足锅炉燃烧的要求。
1．1混煤燃烧特性
从燃料特性来考虑，燃煤的主要性质根据锅炉需求大体可分为三个层次：第一层次是最基本的煤质指标，如碳含量C、氢含量H、挥发分V、灰分A、全水分M、发热量Q、硫分S；第二层次指标是对燃料特性的重要补充，如可磨性HGI、着火温度ti、粒度组成或煤粉细度、有害元素含量、煤灰熔融特性温度、煤灰粘度与结渣性；第三层次指标是对燃用煤质的专门了解，如密度、硬度、比热、导热系数和膨胀系数、热分析、燃烧特性、煤灰表面张力及沾污能力、灰渣强度及烧结温度等。
不同煤种混配以后，其煤质特性要发生较大变化，特别是第二，第三层次指标，几乎都不符合线性可加规律。
1．1．1混煤的热分解及挥发分析出特性
煤中挥发分含量及析出特性对着火过程有着决定性的影响。为了全面了解配煤煤质的挥发分析出特性，可用热重分析方法进行了慢速热解条件下的挥发分析出特性试验和沉降炉进行的快速热解试验，对多种单一煤及混煤的挥发分析出特性进行评价和比较，对混煤的挥发分析出规律及其影响因素进行探讨。研究结果表明：混煤的挥发分析出性能受到掺混煤质特性、混合比、挥发分含量、煤粉细度、温度、加热速率等因素的影响。组成配煤的两组份煤种的挥发分析出并不是同时进行的。配煤的挥发分释放时间普遍比单一煤长，造成这一现象的主要原因是不同煤种混合后，除其有机成份的析出顺序发生变化从而相互影响外，还由于其无机成份如煤中各岩相组份在燃烧时的相互影响、相互制约，使得煤的挥发分中各化学成份的比例发生了变化。配煤的挥发分释放性能比单一煤种稍差，组成配煤的煤种性质相差越大，其挥发分释放性能也越差。配煤的配合比对挥发分析出特性有较大影响，组成配煤的各煤种性质相差越大，则配煤挥发分析出特性受配合比的影响越大。煤粉细度对配煤挥发分析出的影响比对单一煤种大。1．1．2混煤燃尽特性
对于混煤来说，由于其中低挥发分、低反应活性的煤与高挥发分、高反应活性的煤其燃烧速度不同，因此在燃烧时出现“抢风”现象，使得低反应活性、低挥发分煤在缺氧的气氛中燃烧，从而造成了低挥发分煤的燃尽更为困难。以往的研究表明，在通常的燃烧情况下，混煤的综合燃尽效果低于掺混煤种分别单烧时获得的燃尽率加权平均值。掺混比例也对混煤燃烧产生重要影响。如在低品位煤中掺入的高品位煤比例太小，则可能达不到应有的效果，甚至可能引起燃烧不稳定现象。因此，不同煤种掺烧时，为了保证锅炉的经济性和安全性，高品位煤的掺烧量应达到一定程度，具体的掺烧率可通过实验室试验初步确定后再进行现场调整试验验证。除此之外，煤粉粒度也影响混煤的燃尽性能，应尽可能降低煤粉粒度，特别是降低其中的低反应活性煤的粒度。
1．1．3 混煤燃烧时SOx、NOx的生成与排放特性
在混煤燃烧过程中，SOx、NOx的生成与排放不同于单一煤种。研究结果表明，混煤燃烧对NOx生成的大小主要取决于掺混煤种相对含氮量和混合比例以及氧浓度，其NOx峰值出现的时间主要取决于掺混煤种的相对挥发分及混合比。混煤NOx的释放时间比单一煤种长，当氧气充足时，后期NOx的释放量将增加。因此，要降低混煤燃烧时的NOx排放，不仅要考虑其前期燃烧阶段，同时也要考虑其中后期燃烧阶段。提高配煤的燃尽率与降低NOx排放存在一定矛盾，对于由性能差异较大的煤组成的混煤来说，要达到高效低污染燃烧将比单一煤更为困难。
对SOx生成与排放，通常可采用高硫煤与低硫煤相混合燃烧以降低SOx生成与排放。不同煤种掺烧时，在考虑控制混煤SOx生成与排放的同时，应同时考虑其经济性、结渣、积灰及腐蚀性能等。对于已配置有脱硫系统的锅炉，则其对SOx生成与排放不需太多的考虑。
1．2混煤的结渣特性
电厂对燃煤的结渣性分析大多只停留在一些常规分析上，如测定煤灰的变形温度t1、软化温度t2、融化温度t3。
一般认为，只要在易结渣的煤中混入一定量不易结渣的煤时，便可以起到减缓结渣速度、降低结渣程度的作用。由于这种观点在现场具有较强的可操作性，已被很多人所接受，并正在电厂配煤燃烧工作中被广泛应用。这对于两种性质相差不大的燃煤进行混烧时是可取的，但在煤种性质相差很大时有时会出现一些偏差。在人们普遍重视优化运行的今天，更应该重视各煤种的优化配比，以利于优化燃烧。两种煤按不同比例进行混合，其结渣的倾向性是不同的。
对于混煤燃烧结渣规律，国内外学者已进行过详细的研究，结果表明混煤的结渣特性较为复杂，尤其是燃烧性能相差较大的煤种表现得更加明显。
影响混煤的结渣性能的主要因素有：(1)混煤灰熔点的变化
不同煤种混合后，其灰熔点变化趋势很复杂，与算术平均值相差甚远，也不表现出线性关系。有时混煤的灰熔点比两种单一煤都低，有时则比两种单一煤都高。这种变化与所混的两种单一煤的特性及混合比的关系较大，煤种差别越大，混合后变化越大，这主要是因为不同煤种混合后，由于矿物质的组成、含量发生变化以及它们之间的相互影响、相互制约，使得不同煤之间的不同矿物质发生化学反应，从而改变了混煤的灰熔融特性。同时，不同煤种混合后煤灰还可能生成共熔体，也使混煤的灰熔融温度发生变化。混煤灰熔点的改变是导致结渣状况改变的主要原因。
(2)混煤灰渣粘度的变化
灰渣粘度对结渣的影响主要体现在受热面结渣强度方面，灰渣粘度越大，受热面结渣越强烈。西安热工院对混煤灰渣的粘温特性研究表明，我国煤渣型相差大的煤掺烧，会改变混煤灰渣的粘温特性，从而使结渣性能改变。
(3)煤中矿物质的离析
煤中矿物质一些成分在煤粉颗粒中的含量多少，也会对混煤的结渣倾向产生影响，如黄铁矿偏析严重的煤质结渣较严重。
(4)混煤在炉内燃烧状况对结渣的影响
不同煤种混合后，尤其是性能差异较大的煤混合时，两种分煤种的燃烧并不是同步进行的，由于高挥发分煤的大量消耗氧量，造成低挥发分煤的燃烧时间延长，此时容易出现低挥发分燃料的燃尽发生在炉膛出口附近和炉墙附近，甚至粘附到受热面上继续迸行，这样将提高炉膛上部和炉墙附近温度水平，因而有可能使灰分在未固态化以前就接触到受热面而粘结在其表面上造成结渣。
此外，性能差异较大的煤种混合燃烧时，高挥发分煤的先期燃烧，导致低挥发分煤缺氧造成局部弱还原性气氛，从而使灰熔点大大降低，使结渣加剧。
(5)燃烧工况参数及锅炉运行参数的影响
炉膛温度、炉内空气动力场、炉内气氛条件、过量空气系数、一二次风量分配、混合状况、风煤比、煤粉细度等等都会对混煤的结渣状况产生影响。
由上述分析可以看到，混煤的结渣性能不仅受混合煤种、混合比的影响，而且受多种因素的影响，其结渣情况相当复杂，同一煤质结渣指标的混煤和单一煤，在同一炉膛和同一燃烧工况下，两者的结渣特性可能存在较大的差异，这主要是由于混煤在炉内的燃烧状况与单一煤不同。因此，要采用混烧方法减轻或消除锅炉的结渣，必须对混煤的结渣性能和机理进行大量而深入的研究。
研究结果表明，不同煤种混合后，其结渣趋势变化很复杂，与算术平均值相差甚远，也不表现出线性关系。由此可知，当电厂采用混烧方法减轻结渣时，必须合理选择掺烧率．影响配煤结渣性能的因素有许多，但一般来说：配煤的结渣性能不仅受混合煤种、混合比的影响，而且受锅炉运行条件的影响。焦渣特性指数相同的混煤和单一煤，在同一炉膛和同一燃烧工况下，两者的结渣特性可能存在较大差异。1．3混煤的可磨特性及对燃烧的影响 3．3．1混煤的可磨性特点
煤的可磨性是一种与煤的硬度、强度、韧度和脆度有关的综合物理特性，它可作为决定电站磨煤机容量的一个重要指标。哈氏可磨性指数HGI是一个无量纲的物理量，可用来衡量煤的可磨性，其值的大小反映了不同煤样破碎成粉的相对难易程度，HGI值越大，说明在消耗一定能量的条件下，相同量规定粒度的煤样磨制成粉的细度越细。
研究结果表明，按质量比1：1组成的混煤的可磨性并不具有“加和性”，而是趋向于难磨的原煤的可磨性，特别是当一种易磨煤和一种难磨煤混合时。将两种可磨性不同的煤在同一制粉系统中混合磨制时，这两种组成煤种在混煤中所表现出的粒径分布特性不同，即难磨煤的细度较大，而易磨煤的细度较小。因此，两种混煤的HGI值不能由单一组成煤种的HGI值按混合比加权平均计算得出，而是趋向于较难磨的原煤。
3．3．2可磨性对混煤粒径及挥发分的影响
混煤的这种可磨性特点，必然会对混煤的粒径有一定影响。当将两种可磨性不同的煤在同一制粉系统下磨制成混煤时，会导致各单一煤在混煤中表现出的粒径分布特性不同和各煤种细度的不同。这就可能使混煤的粒径分布范围较大，同时也出现煤粉的偏析，即单一组成煤在各粒径范围不是均匀分布，而是在混煤煤粉的大粒径范围内难磨煤占较大部分，易磨煤则在小粒径范围内占大部分。特别是当组成煤种的可磨性相差越大时，这种现象会越明显。
挥发分对煤粉的着火起着重要作用，还影响到煤粉后期的燃尽性能。煤的挥发分是涉及到物理化学变化的煤质指标，从研究结果看，混煤的挥发分并不能简单地按加权平均计算。混煤燃烧时，两种煤粒子离散的分布于气流中，由于两种煤的密度、颗粒直径相差较大，两种煤粒子在气流中的分布将很不均匀。这说明不能把混煤看成一新的单一煤种的燃烧，不能以试验测得的混煤中挥发分含量的多少来判断混煤的某些燃烧特性。试验表明，混煤一般比挥发分含量相近的单一煤难于着火和燃烧。
从实际应用的观点来看，混煤表现出这样的粒径分布特性和挥发分含量特性很可能会影响混煤的燃烧效果。
3．3．3可磨性对混煤燃烧特性的影响(1)对着火特性的影响
研究表明，混煤的着火温度与混煤中易着火煤的着火温度非常接近。即混煤的着火点只取决于易着火的煤，而另一种与之混配的煤对混煤的着火点影响不大。这表明，由于煤种的可磨性不同，而挥发分较高的煤可磨指数大，易于磨碎，造成混煤细颗粒部分挥发分含量高，易着火煤所占比例较大。当外界加热条件达到易着火煤的着火条件时，这部分混煤着火燃烧，使整个混煤开始着火燃烧。因此可以认为，两种煤的煤质特性相差较大时，混煤的着火特性主要受可磨性和着火特性较好的原煤的影响。
(2)对混煤燃尽特性的影响
在混煤燃烧时，易磨的煤颗粒较细，且一般燃烧性能较好，所以先着火燃烧。而难磨的煤颗粒较粗，结构致密，存在难燃尽问题。再加上易磨的煤颗粒先消耗了部分氧气，降低了难磨的煤颗粒周围氧气的浓度，从而减慢了氧气分子向该煤颗粒表面的扩散速度，这就更不利于难磨的煤颗粒的燃尽，并最终会影响混煤的燃尽。当两种组成煤的可磨性和燃烧特性相差越大时，两种煤颗粒的粒径相差越大，很可能出现易磨易燃烧的煤已燃尽，而难磨难燃烧的煤的着火接不上，从而造成着火和燃烧的不稳定。
由此可见，当由于可磨性的不同，造成的各组成煤种混合磨制时的粒径分布不同，细度不同，影响了混煤的着火、燃烧和燃尽。易磨的煤在混煤中的颗粒较细，先着火燃烧，影响着混煤的着火；难磨的煤在混煤中的颗粒较粗，难于燃尽，影响着混煤的燃尽。3．4结论
(1)混煤的挥发分析出性能受到掺混煤质特性、混合比、煤粉细度、温度、加热速率等因素的影响。混煤的挥发分释放时间一般较单一煤种长。混煤燃尽特性通常低于分别单烧时获得的燃尽率。掺混比例也对混煤燃烧产生重要影响。
(2)混煤燃烧过程中，NOx生成的大小主要取决于掺混煤种相对含氮量和混合比例以及氧浓度。对SOx生成与排放，采用高硫煤与低硫煤相混合燃烧以降低SOx生成与排放。
(3)混煤的结渣特性比较复杂，与其单一煤种算术平均值相差甚远，也不表现出线性关系。当电厂采用混烧方法减轻结渣时，应对混煤的结渣特性进行试验分析，以合理选择混煤的掺烧比率。
(4)混煤的可磨性并不具有“加和性”，而是趋向于难磨的原煤的可磨性。将两种可磨性不同的煤在同一制粉系统中混合磨制时，会造成这两种组成煤种在煤粉中的粒径分布不均，难磨煤的细度较大，易磨煤的细度较小。
(5)由于可磨性的不同，造成混合磨制煤粉时出现粒径的偏析，会影响混煤的燃烧特性．易磨且燃烧性能较好的原煤影响混煤的着火，而难磨且燃烧性能较差的原煤影响混煤的燃尽。特别是当两种组成煤种的可磨性和燃烧特性相差越大时，这种影响越大。参考文献：
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