国内外防腐蚀颜料发展调研报告[5篇模版]

第一篇：国内外防腐蚀颜料发展调研报告

国内外防腐蚀颜料发展调研报告

添加时间: 2010-4-26 16:15:45 点击数: 582 前言

金属的腐蚀所造成的损失随着工业的发展也日趋严重。因此，防腐蚀方法始终是人们关心的课题。目前防腐蚀措施虽然很多，但应用最广的仍然是涂料保护方法。在这种方法中防锈颜料是影响保护效果的重要因素。传统的防锈颜料如红丹、铬酸盐、金属颜料等虽然性能优异但由于环保法规而受到限制，因而人们对低毒无公害防锈颜料的开发和研究更为关注。以下将对国内外防腐蚀颜料的开发及应用情况作系统介绍。国内外防锈颜料的演变过程 1.1 金属腐蚀

腐蚀是包含阳极反应的电化学过程，腐蚀反应中，金属以离子形式进入溶液，阳极反应释放电子，阴极捕获电子发生阴极反应，以维持溶液中离子的电中性电化学腐蚀反应的必要条件是：

（1）力学不稳定金属如钢铁；

（2）离子型电解质导体，水或其它导电溶液，氢离子或溶解氧等电子接受体。

因此，需要控制可利用的电解质，最好的方法是用涂膜屏蔽，或减少电子接受体如氢离子和溶解氧的浓度。

1.2 传统防锈颜料

20世纪80年代前，防腐蚀涂料中防腐蚀颜料绝大部分采用含铅和铬的品种，包括红丹、黄丹、硅铬酸铅、铬酸锶、铬酸锌等。80年代，由于1983~1989年间长达7年之久的全球性经济大繁荣，刺激了颜料工业的发展。世界各地特别是北美和西欧环保法规和工业卫生条例日趋强化，一些有害于环境和生命的含铅、铬、镉等重金属颜料的生产，呈停滞不前和下降的趋势，表1列举了1984年美国和西欧的防锈颜料消费量。

表1 美国和西欧防锈颜料消费量及其比例

颜料名称 红丹 铬酸锌 铬酸锶 碱式硅铬酸铅 高铅酸钙 锌粉 磷酸锌 云母氧化铁

其他

美国

消费量/t 比例 1 350 3 5 400 12 1 800 4 4 050 9 000 60 1 800 4 600 8 45 000 100

西欧

消费量/t 比例 19 700 38 3 640 7 1 560 3 700 38 6 240 12 040 2 52 000 100 从表1可看出，西欧消费的防锈颜料中，有48%含有铅和铬，而美国仅有28%含有铅和铬，其中红丹用量很少仅占3%，相比之下日本防锈涂料采用红丹比例高达45%以上。

1.3 环保

铅中毒是由酸溶性铅引起的。所谓酸溶性铅是指在人体胃液的酸度条件下可以被溶解并被人体吸收的铅离子。含铅汽车尾气、各种含铅颜料、工矿区的铅尘和铅烟以及铅含量超标的食品、含铅的涂膜等是这种铅离子的主要来源。粗放式生产的铬酸铅颜料酸溶性铅含量（5%~10%）比精细加工的产品酸溶性铅含量（2%）大许多倍。

铅在人体的积累可能导致皮肤癌、皮肤过敏、神经肌肉功能障碍。铬中毒则由六价铬引起。铬在防锈颜料中也占相当大比例，所以限制含铬防锈颜料则如同铅颜料使用同样重要。

铅铬等重金属化合物对环境造成了严重污染，因此，世界各国相继推出法规逐步淘汰或全面禁止使用，尤其是铅的使用。

美国早在20世纪70年代就规定，玩具文具以及经常与人们（特别是儿童）接触的公用设施不允许使用铅化合物，甚至规定黄色路标漆中也不允许含铅。

2002年美国罗得岛州的铅涂料诉讼案牵动全球人的心。该州州政府认为包括美国最大涂料公司Sherwin-Williams公司在内的8家大涂料公司应对几十年来其生产的含铅涂料使该州3.5万名儿童遭受铅污染负责。但由于证据不足而列为“无效审判”，但充分显示政府为了限制铅涂料使用所作的不懈努力。继罗德岛之后，芝加哥也宣布起诉涂料公司，铅颜料公司危害儿童健康安全。

美国宾夕法尼亚司法部迈克·费歇尔宣布，美国各州与国家油漆与涂料协会（NPCA）签署协议，将出台一新规定，在涂料产品包装上贴警示标签，提醒人们注意家装过程中可能受到铅的毒害。费歇尔与来自45个州的司法部长共同参与了协议的签订，NPCA代表了400多家油漆制造商，占所有油漆制造商的95%。

美国于1995年禁止采用红丹作防锈颜料。

欧洲正停止使用具有不可逆毒性、残留时间长或在生物体内富集的化学品的使用。日本环保局颁布了“环境保护基本法”，对175种有毒有害污染物的使用和排放做出了限制，对铅的使用和排放规定见表2。

表2 日本对铅的使用和排放规定

法规

有毒有害物质控制 铅化合物的使用 防止大气污染 防止水体污染 与废物处理有关

目标

限制特种铅化合物的使用及处理

限制含铅涂料的生产、含铅涂膜的处理，防止危害工人卫生 ＜0.1 mg/m3(以铅计，废物燃烧排放的废气)＜0.1 mg/L(以铅计，废水)

埋于土壤中的可溶性铅3 mg/L，今后将降至＜0.3 mg/L 日本已出台实施绿色行动的专门指导方针，对含有重金属的有色无机颜料将被有机和混合颜料所替代。

我国铅污染状况不容乐观，红丹、黄丹生产中溶铅工序产生的含铅废渣、铅蒸气，大部分企业含铅蒸气超标3~17倍，铅尘超标8~13倍，职业病患率8%~40%。我国目前虽无针对铅污染的法规，但人们对铅污染造成的危害已有认识，许多终端用户已开始关注含铅等重金属涂料的替代产品，众多颜料及涂料制造企业也已开始进行产品转型以满足市场的需求。特别是中国加入WTO后，国外无毒型产品的涌入无疑将迫使国内企业加大技术、质保和环保方面的力度，以应对日趋激烈的国际竞争。国内外低/无毒防锈颜料的开发 2.1 云母氧化铁

天然云母氧化铁（MIO），它作为一种有效的防护颜料已使用多年，由它制得的涂料广泛用于钢结构的长期保护，所适用的环境可以是乡村的户外到城市，污染的工业区以及所有最严酷的环境（全浸在水中、污染水中或埋入土中）。法国的埃菲尔铁塔在一个世纪前就已采用这种涂料进行保护涂装。

云母氧化铁颜料的防锈机理，主要是利用它在涂料中定向排列成屏蔽层，能滞缓水汽及酸、碱、盐等腐蚀物质向底材渗透及对温度变化形变的能力，防止附着力下降起泡等缺陷。要想获得最大的保护效果必须具有良好的层状结构和适宜的粒度分布。但是，能有这种性能的天然“MIO”的资源很有限，主要有奥地利、南非、西班牙、澳大利亚以及我国的安徽铜陵叶山。近年，英国的MPLC公司在其英格兰的开发中心对合成云母氧化铁的新方法进行开发研究，合成的MIO基本上是纯α-Fe2O3，具有特有的层状云母结构，而在外观及化学纯度上可与天然矿物相比。生产合成MIO的大型工厂已在英格兰的达勒姆县建成，商标为Laminox。其中Laminox S粒度5~75 μm，有较好的分散性和防腐蚀性，所得涂膜比用最好等级的天然产品形成的涂层光滑。Laminox F粒度＜15 μm，通过使用它可抑制腐蚀促进剂离子的迁移，对湿底材附着力呈最佳状态，从而可减少气泡，使中间涂层对下一道涂层的附着力增加，并改善粘结性和漆膜完整性，使防腐蚀底漆的保护性能获得改善。

奥地利KarnterMantanindustrie股份有限公司生产Miox SF、Miox AS、Miox SG和Miox DB 4个品种，产量在0.8~1万t/a。另外，西班牙Romero Hermanos股份有限公司、南非G ε Base ε Industrial Minerals公司及澳大利亚Ausminter股份有限公司、美国胡佛颜料公司（天然）、德国Heubach生产长效防锈云母氧化铁。

我国生产云母氧化铁的企业主要有上海氧化铁颜料厂。云母氧化铁在我国防腐涂料中多用作中间层，与醇酸、富锌底漆等配套。

2.2 氧化铁红

氧化铁颜料化学成分简单，化学稳定性高、无毒，是化学惰性物质。为适应市场需求，品种由黄、橙、红、紫、棕至黑，丰富多彩，性能各异。其中氧化铁红有很好的耐热性，500 ℃也不变色，1 200 ℃也不改变化学结构，耐稀酸、耐碱、耐水、耐溶剂，具有物理防锈功能，因此也常用作防锈颜料。但由于其防锈性能很有限，将逐渐被高效防锈颜料替代或者只将其作为一种着色颜料使用。国内外生产氧化铁红的厂家如表3所示。

在中国，有近80家企业生产氧化铁红，综合势力较强的20家，集中在浙、苏、沪。主要生产厂家有浙江萧湘颜料化工有限公司、浙江德清华源颜料化工有限公司、上海氧化铁颜料厂、上海新申美颜料有限公司、宜兴市宇星颜料厂、常熟铁红厂有限公司、江苏启东鹤城氧化铁有限公司、湖南三环颜料有限公司、湖北虹宇化工有限公司、富阳金秋化工有限公司、新乡染化总厂、柳州跃进化工厂等。

2.3 磷酸锌及改性磷酸锌 2.3.1 磷酸锌

磷酸锌颜料于1959年前后由英国首先开发，日本在70年代后期开始使用。磷酸锌的制法通常有2种：直接法和间接法。直接法：ZnO与磷酸锌直接反应 3ZnO+2H3PO4+nH2O→Zn3(PO4)2·nH2O 间接法：以锌盐（大多为可溶性锌盐如ZnCl2、ZnSO4等）与磷酸盐（K、Na、NH4+的磷酸盐或磷酸氢盐）为原料制备。

3Zn2++4HPO42-+nH2O→Zn3(PO4)2·nH2O+2H2PO4-+2PO43-+nH2O→Zn3(PO4)2·nH2O 表3 世界氧化铁红主要生产厂家

国家

德国 美国

日本

公司名称 Bayer公司 Pfizer pigment Inc.Mobay chemical corp Columbian Chemicals Co.アマティ株式会社 ケミラィト工业株式会社

西海工业公司 田村弁柄制造所 钛工业公司

备注

世界最大的氧化铁生产厂家，商标Beyferrox

美国第一大合成氧化铁生产商

美国第二大合成氧化铁生产商，Bayer在美国的子公司

Amagasaki Nails., Ltd

Chemirite Ltd.SaikaiKongyo Co., Ltd.Titan Kogyo Kabushiki Kaisa

英国 西班牙

意大利 法国 加拿大 户田工业公司 东洋色素工业公司

日本弁丙（氧化铁）工业公司

三重颜料工业所公司

利根产业公司 森下氧化铁工业公司 东邦颜料工业公司 Deanshanger Oxides Ltd Cremade y Compania Oxhinsa公司 SILO公司 Chappelle公司 Northern Pigment Toda Industrial Co., Ltd.NibonBengara Co.Mie GanryoKogysho Tone Industry Co., Ltd.MorishitaBengara Kogyo K.K Toho pigment Industrial Co., Ltd.英国最大一家合成氧化铁生产商Deanox

生产高档合成氧化铁红、黄、橙

商标Spanfei 商标Duploxide Cappoxyt

磷酸锌颜料可将亚铁材料的腐蚀产物（它们在腐蚀性含水介质的作用下，在有机涂层的损伤中首先生成的产物）转化成实际上不溶的固体化合物，例如碱性的磷酸铁（III）锌，它们又使损伤堵塞。

磷酸锌的防腐蚀效果是树脂和颜料相互作用的结果，如与含羧基的苯丙分散体的作用，但也用于不含羧基的基料如聚丁二烯中。

磷酸锌颜料的防腐蚀能力也与pH有关。在水性条件下，磷酸锌溶解度低，水解性差，防腐能力不高。一些公司的工业化产品是Zn3(PO4)2·xH2O与ZnO或硅灰石的混合物。磷酸锌的防腐蚀作用通常远低于铬酸锌或铅丹的作用，全面替代传统的有毒防锈颜料困难，特别在水性底漆中，即使超量加入也难以达到替代的目的，还不能克服“闪锈”问题。

磷酸锌颜料通常是四水合型，但也有二水合以及2种的混合体。为此，世界各在在此方面作了许多改性工作并取得了进展。2.3.2 改性磷酸锌

标准磷酸锌的防锈性能不理想主要是因为防锈活性相对不足，因此必须进行改性，改性的方法有4种：调整颗粒尺寸达到微细化，改变晶体颗粒形状；盐基化；化学改性；磷酸锌基组合颜料。

（1）调整颗粒尺寸达到微细化，改变晶体颗粒形状。

小粒径球形磷到锌已被证明是有效的替代产品，与传统的磷酸锌相比化学组成相同，但粒径和结构都存在重要差别。

球形磷酸锌为粒径1~5 μm的均匀球形颗粒，而普通磷酸锌是粒径为12~20 μm相对较粗的砖状粒子。粒径小分布窄的球形磷酸锌能产生较大的表面积，因而能产生更大量的抑制性离子用于钝化底材，因而防腐性能优于铬酸锌，接近于铬酸锶。

生产这类产品的公司如表4所示。

我国微细化磷酸锌产品还未见有工业化产品。（2）盐基化

为改进水合磷酸锌的活性，也可采有盐基化方法，如碱式水合磷酸锌Zn2(OH)PO4·2H2O，其性能达到了标准磷酸锌与铬酸盐拼用的水平。

表4 微细化磷酸锌生产公司

国别 美国 德国

英国

法国 挪威 公司名

Mineral Pigment Heubach BASF JMB Trident Alloy SNCZ Waardals

备注

J-0806粒径1~5μm主要用于薄膜防腐涂料 ZP-10平均粒径3 μm

Sicor ZNP/M(CD)(80%＜3 μm）Diraval-459(90%＜11.3μm）商标Delaphos

WO-20(97%＜20μm）WO-40(78%＜20 μm）ZP-BS(99%＜10 μm）Heubach公司有四种改性磷酸锌，现已应用数十年之久。与普通磷酸锌相比，它们在颜料粒度、粒度分布和化学组成方面都有所改进，性能远优于标准磷酸锌，可与铬酸锌相比（表5）。

表5 Heubach改性磷酸锌

牌号 Heucophos ZPA Heucophos ZPO Heucophos ZMP Heucophos ZPZ

成分

磷酸铝锌水合物(Al改性)碱式磷酸锌水合物(有机物改性)碱式磷酸锌钼水合物(钼酸盐改性)碱式磷酸锌水合物(有机/无机改性)

应用与性能

在大多数漆料(醇酸、2K环氧、pH等)中有较好防腐蚀性，呈中性

有很好防腐性能，特别是醇酸、2K环氧 在水性漆(苯丙乳液)中有极好性能

对未处理铝材和电镀锌附着力好，在2K环氧、水性醇酸、水性苯丙乳液中使用

（3）化学改性

化学改性是经表面包膜处理和进行本体掺杂处理，以增加新的阳离子或增加新的阴离子或同时增加新的阳和阴离子。

欧洲专利EP 0 634 460（1995）及中国专利1 103 651披露了有机取代的膦酸（磷酸）或一种膦酸基羧酸的多价金属盐组成，它通过将膦酸基羧酸的5%饱和溶液或其水溶性盐与无机强酸的钙或锌盐一起加热，再从反应混合物中分离出膦酸基羧酸的钙/或锌盐。

EP 0 760 387A1（1997）采用有机膦化合物的多价金属盐如2-羧基-2-膦酸羧基乙酸与一种共反应酸如磷酸、硼酸、片状硅酸盐形成中性或碱性化合物。

日本专利公开平5-345991介绍了在不需干燥程序过程制得的防锈颜料。将一种金属的（氢）氧化物或碳酸盐与磷酸在非水溶剂中进行接触使之产生一种该金属的磷酸盐外壳。金属氧化物质最好是CaO、MgO、ZnO、Fe2O3。

化学改性的其它例子如表6所示。表6 国外化学改性磷酸锌品种举例

国别 德国

法国

英国 美国

公司名 Heubach Heubach Heubach Heubach Heubach SNCZ SNCZ Waardals Mineral颜料 Sherwin-williams Sherwin-williams Halox颜料 产品牌号 Heucophos ZPO Heucophos ZPA Heucophos ZPZ Heucophos ZMP Heucophos ZCP Phosphinox PZ-06 Phosphinox PZ-04，PZ-02 Wacor ZBP-M/263

F-0806 Moly-white ZNP Moly-white MZAP

SEP-391

改性情况

有机物表面化学改性碱式水合正磷酸锌

增加铝离子，另有增加Ca、K离子，改性物可以是邻苯二甲酸或其

钼盐 增加SiO32-

增加钼酸根离子(水性体系)90年代开发正磷硅酸锶钙

性能优于铬酸锌

2-3-增加BO3补偿PO4的初期活性不足，可以取代铬酸锶 微细化磷酸锌薄膜化防腐优于铬酸锌接近铬酸锶 磷钼酸锌，用于高体分粉末涂料，吸油量低 20世纪90年代开发，可用于水性丙烯酸乳液

在水性底漆中活性很高

（4）磷酸锌基组合颜料

磷酸锌基组合颜料是颜料-颜料复合而成的。如Mineral颜料公司，采用微细化磷酸锌与磷酸铁组合。Waardals则用磷酸锌（ZP-BS）与硼酸锌（412M）组合，性能与铬酸锌相当，日本帝国化学公司用三聚磷酸铝（K-white系利）与磷酸锌组合可代替铬酸锌。Cooksolaminox公司用液相沉积法将四水磷酸锌沉积在片状的合成云母铁Laminox F上。

后一种技术，无需二种或二种以上不同类型防腐颜料结合使用就具有高防腐性，如EP 0 760 387A1（1997年）公开的有机膦化合物的多价金属盐如2-羧基-2-膦酸羧基乙酸与一种共反应酸如磷酸、硼酸或片状硅酯盐形成中性或碱性化合物，综合性能（盐雾锈蚀、附着力损失、起泡）优于Heucophos ZNP/M和Heucophos ZMP、三聚磷酸铝（K-white 84、K-white 105、K-white 140w）及钙交换的硅（Shieldex AC5）。中国专利CN 1 147 001A（Merk专利股份有限公司）公开了可用于溶剂型和水性涂料的防锈颜料，它由10%~80%（质量）有高电阻和显著耐化学品性的类片晶载体材料覆盖有金属氧化物及20%~90%优选40%~80%（质量）活性颜料如磷酸锌、硼酸锌和偏硼酸钙。

2.4 三聚磷酸铝

三聚磷酸铝是日本帝国化工公司开发的一种新型防锈颜料，其商品名称为K-white，它的主要成分是三聚磷酸二氢铝（AlH2P3O10·2H2O）是一种固体酸，三聚磷酸铝可被渗进涂膜中的水溶解，按以述形式解离：

AlH2P3O4→Al3++2H++P3O105-

这种三聚磷酸盐离子（P3O105-）与腐蚀期间形成的三价铁反应，形成一种主要由三聚磷酸高铁组成的保护膜，这种保护膜不溶于水，硬度高，结合牢因而附着力好。

另外由于三聚磷酸铝是缩合型的，在水溶液中可以解聚，形成从焦磷酸盐到正磷酸盐这些低分子化合物，这样形成的新活性基可再与涂层表面形成极好的保护膜。所以三聚磷酸铝具有双重防锈机理，而正磷酸锌则只有一步防腐蚀作用。

日本帝国化工公司已开发有三个品种性能及应用如表7所示。表7 K-white系列三聚磷酸铝的性能与应用

牌号 K-white 82 K-white 84 K-white 105 规格 标准级

锌离子改性

性能及应用

用于溶剂型底漆，在醇酸或环氧体系中有良好的抑制腐蚀作用 用于水性底漆

微粉化程度高，可用于水性和溶剂型（高固体分/低固体分）

该公司通过对此发现，在溶剂型醇酸底漆中，三聚磷酸铝在防腐蚀性能和附着力方面与铬酸锌相当，比磷酸锌好；在氯化橡胶底漆中，性能优于铬酸锌和铬酸钙。

三聚磷酸铝虽具有良好的防锈作用，但在水性漆中贮存稳定性差，而磷酸锌虽具有良好的贮存稳定性，但防锈能力又很差，如果将三聚磷酸二氢铝的活性氢与NH3反应即可解决贮存稳定性（日本专利公开昭55-160059）。

日本专利公开平7-138775（1995）通过将三聚磷酸二氢铝与按特定配比加入ZnO、CaO混合就可以制得对抑制气泡产生能发挥优异作用的防锈颜料。

德国Heubach公司也推出了改性聚磷酸铝系列Heucophos系列，如表8所示。表8 改性聚磷酸铝系列的改性方法

牌号 CAPP SAPP SRPP ZAPP ZCPP

改性方法 SrO、CaO SrO SrO ZnO ZnO、CaO 国内生产三聚磷酸铝的生产厂家有广西化工研究院、河北新乐市新东化工厂、石家庄市鑫盛化工有限公司、陕西宝嘉应用化工有限责任公司、河南利诺生化有限责任公司等，其中的广西化工研究院推广力度较大，其品种有APW-I（溶剂型涂料）、APW-II（水性涂料）、ATP（纯品用于防火阻燃而耐热防腐涂料）以及APZ-99（使用性能略优于APW-I、APW-II，但细度更细从原来控制0.5%到0.1%~0.25%）。

2.5 磷钼酸锌系列

钼酸盐具有优异的防锈性能，但成本高和配方中稳定性不佳，为此，美国Sherwin-Williams公司开发了第二代钼酸盐颜料磷钼酸锌和磷钼酸钙，新一代磷钼酸盐颜料比早期钼酸盐颜料在某些方面更优越：（1）具有更大的成本效果；（2）改进了在配方中的稳定性；（3）更优异的分散性能。钼酸盐的防锈机理为：活性钼配化合物（如钼酸锌或钼酸锌钙）沉积在相对较惰性的颜料载体（如ZnO、CaCO3）上，以更好地利用现有的钼从而降低原料成本。

防护作用是由于钼酸锌和钙化合物具有微溶性而钼酸盐离子在水性溶剂中具有抗腐蚀性，当含有钼酸盐的涂膜浸于水中或接触水时，少量的钼酸盐离子便游离于涂膜中，这些离子与金属底材表面反应促使附着氧化层的形成，该氧化层能防止底材底涂层的腐蚀，进一步计算为钝化。

磷钼酸盐颜料是磷酸盐和钼酸盐之间的协同反应而抑制腐蚀的机理。

磷钼酸锌盐（ZNP）适合于溶剂型涂料，但用于水性漆存在稳定性问题，因而开发了磷钼酸锌钙（MZAP）。这2种颜料的物化性能如表9所示。

表9 钼酸盐防锈颜料的物化性能

产品牌号 Moly-white 212 Moly-white MZAP Moly-white 501 Moly-white 101 Moly-white 331 Moly-white 92 Moly-white ZNP 用于水性及溶剂型配方的防锈颜料

pH 化学成分 密度

3.0 8.5 钼酸锌钙

3.0 8.0 磷酸锌钙

2.9 7.8 钼酸钙

溶剂型配方用防锈颜料

5.1 6.5 钼酸锌

5.3 6.5 钼酸锌

2.8 6.5 钼酸锌

4.0 7.0 磷钼酸锌

吸油量

18.0 18.0 15.0 11.0 11.0 41.0 13.5

包核颜料 CaCO3 CaCO3 CaCO3 ZnO ZnO 滑石粉 ZnO 为了优化在薄膜体系（如卷材涂料）中的性能，开发了微细化钼酸盐防锈颜料，干膜厚15 μm，磷化板（防锈颜料用量80.3 g/L），聚酯底漆经1 000 h盐雾试验性能与铬酸锶相当，比钼酸锌钙、三聚磷酸铝好。

该技术实际上采用了防锈颜料的复合技术，使总的防锈颜料含量降低到相当低的水平。这就使制造有优异的防腐性能的高光泽涂料成为可能，开发出的磷钼酸锌和磷钼酸锌钙防锈颜料具有优异性能而且无需使用多种防锈颜料。

Datacolours公司也有类似的磷钼酸锌Actirox 102、106，Habich公司有Habicor ZM。在国内尚无类似的技术产品。2.6 离子交换颜料

离子交换颜料是英国BP公司在其研究中心开发的一种独特的、有价值的低毒阻蚀颜料，这种颜料靠离子交换抑制腐蚀。目前已由W.R.Gracce公司生产和销售，其商品名为Shieldex，它是钙交换的SiO2，其制备方法是将有防腐蚀作用的阳离子钙，通过离子交换进入到无机二氧化硅的多孔表面上。

防腐机理是来自周围环境的腐蚀性离子，透过含有Shieldex的底漆，优先与颜料表面上的钙离子进行交换，释放出来的钙移至薄膜和金属的界面，在那里形成一薄层钙和二氧化硅组成的无机层，其厚度大约25 Å。这种保护层具有不渗透性，亦可使腐蚀环境与金属表面隔离，从而使腐蚀过程中止。

这种颜料与传统防腐蚀颜料相比有二大优点：第一只有在腐蚀性离子存在时，才释放出阻蚀剂离子，因此不需要采用过量颜料，以补偿因溶解而消耗掉的颜料；第二因交联反应是按该颜料表面上被交换的分子的多少而发生的，而且释放出的阻蚀剂不溶于油漆中，因此漆膜的孔隙不会增多，这样可以保持一种恒定的渗透性。

所以钙交换的二氧化硅颜料的用量比传统的铅颜料和铬颜料要少，比其它低毒性的颜料如磷酸锌也少。例如用含10%左右离子交换颜料的醇酸底漆，用云母氧化铁作中间涂层，最后用醇酸有光漆罩面，在沿海和化工区曝晒3年后，与用传统阻蚀颜料（用量高得多）取代离子交换颜料的情况相比，其性能高一倍。此外，在氯化橡胶和水性漆中，同样可获得很好的性能。该公司生产3个品种Shieldex AC5、AC3、C303。其性能如表10所示。英国均采用Shieldex而不用磷酸锌作为防腐底漆的防锈颜料。

在国内，上海硅酸盐研究所也开发了钙离子型SiO2颜料，但市场上未见大量销售。表10 Shieldex离子交换颜料的物理性能

牌号 Shieldex AC5 Shieldex AC3 Shieldex C303 粒径 /μm 5 3 3

Ca含量 /% 6 6 3

吸油量 60

应用

溶剂型和水性体系膜重~20 μm 耐洗底漆或双组分涂料膜重≤10μm 卷材、粉末、酸固化体系的高性能级

2.7 其它防锈颜料

2.7.1 耐热性防锈颜料——铬酸钙

用作颜料的铬酸钙通常是无水物，在所有类型（α,β二水合物、一水合物、半水合物、无水合物）中，它对水的溶解度最低，将CaCrO4、SrCrO4加入到有机硅、环氧、丙烯酸中作成底漆，然后涂膜在镁合金上进行盐雾试验，表明CaCrO4均优于铬酸锶。该颜料由于毒性问题未见推广应用。

2.7.2 铁酸镁

铁酸镁是MgO与Fe2O3按一定比例复合而成，一般MgO∶Fe2O3=1∶1、2∶1和4∶1。在中性基料如环氧体系中以2∶1的耐盐雾性、阴极剥落、户外曝露、湿热好，而在酸性基料如丙烯酸、醇酸体系、2K PU体系中以1∶1为好，并与聚磷酸铝相当。

2.7.3 铁酸锌

铁酸锌是氧化铁与氧化锌按摩尔比配料，高温煅烧形成ZnFe2O4尖晶石结构的铁酸锌黄色颜料，热稳定性优异，可耐高达538 ℃的温度，对金属底材有一定的缓蚀作用。

2.7.4 亚磷酸盐

亚磷酸盐的研究由来已久，目的是为了替代含铅及铬的防锈颜料。表11列出了亚磷酸盐的研究概况。

亚磷酸盐等颜料防锈能力良好，但颜料中存在粗颗粒，制漆时可产生颜料特性变差、防锈能力发生波动的缺点，生产成本高，实用有困难。而有机膦到化合物螯合亚磷酸锌钾颜料特性不稳定，涂料可发生凝胶化。

表11 亚磷酸盐的技术进展概况

专利

特开昭50-50 297 特开昭55-185 027 特开昭56-180 316 特开昭56-232 676 特开昭57-109 862 特开昭58-84 109 特开昭58-194 725 特开昭58-232 676 特开昭59-20 466 特开平2-111 457 特开平3-285 808 特开平5-115 808 特开昭5-339 004 特开平6-080 409

品种及成分 碱式亚磷酸锌

亚磷酸锌和锌的反应生成物

亚磷酸钾系 亚磷酸钾系

亚磷酸锌和锌的反应生成物

亚磷酸钾系 羟基亚磷酸锌 亚磷酸锌钾 亚磷酸锌钾 亚磷酸钙系 板状磷酸钙系

亚磷酸钙锌，改性亚磷到钙与一种锌化合物

在膦酸螯合剂存在下存在下一起反应

亚磷酸锌

特开平6-122 986（1994）对氧化锌用具有螯合能的有机膦酸盐处理，可制得不比以往的白色防锈颜料差，能发挥优异防锈能力并且颜料特性稳定的产品。以上技术仍未投入实用化阶段，且在水性涂料中难以应用，因而要求开发出防锈性能更有效的不污染型防锈涂料。EP 0 930 347A1（1999）公开了一种含0.5%~20%的无机阴离子交换剂（I）：

(3~4)[M1]O·Al2O3[M2]X2/m ·nH2O（I）

式（I）中M1和M2为由Ca2+或Zn2+选取至少1个；X表示由NO2-、NO3-或MoO42-选取至少1个阴离子；m表示阴离子的化学价，n≤20。

如需要时，组分可进一步用提高胶脂肪酸或其衍生物，表面活性剂或硅烷偶联剂进行表面处理以改进分散性。

在国内成都华翎磷制品有限公司技术开发中心理事长陈嘉甫提出利用其开发的专用级次磷酸钠副产亚钙渣廉价原料深加工而成亚磷酸钙，指标如表12所示。

表12

成分

CaHPO3·H2O

CaO P2O3 H2O pH 325目筛余

含量/% ≥99.00 ＞40.20 ＞39.5 ＞12.9 7~8 ＜5 2.7.5 钙铁粉

钙铁粉的成分为Ca4Al2FeO10·2CaO·Fe2O3，组成与铁酸盐相近，成片状结构，无毒，性能比红丹稍强，价格相近，但性能改善不大，往往取代部分红丹，不能完全替代。因此，在我国未能推广。

2.8 复合铁钛防锈颜料

海军工程大学于1999年着手探索，并于2001年3月正式立项报海军装备部，经过2年潜心研究，开发出了一种性价比优的防锈颜料—复合铁钛粉。

2.8.1 黑色复合铁钛（1）组成

以Fe3O4为载体粉，添加一定量的纳米材料。（2）防锈机理

利用纳米材料的本身固有的性能，纳米材料表面活性点增多，导致表面结合能的迅速增加，具有很高的化学活性，容易与其它原子相结合而稳定下来。纳米材料的引入大大改善了载体粉的体积填充致密度，减少了毛细管作用，屏蔽致密程度大大增加，而且载体粉本身与红丹（Pb3O4）结构相类似，也有一定的防锈作用。当用于钢铁表面时，由于与钢铁有亲和性而附着力提高。

用复合铁钛粉引入到涂层中，涂膜的致密程度很高，可阻止酸、碱、盐、水、氧等渗入涂膜，因而起到很好的防锈作用。

（3）品种与物性

目前万达科技（无锡）有限公司开发了两种牌号：WD-A-325和WD-A-500。其特性如表13所示：

表13 黑色复合铁钛的技术指标

项目

Fe3O4 /% ≥

TiO2 /% ≥ 325目筛余/% ≤ 密度 27℃ g/cm3 吸油量 g/100 g ≤ 遮盖力 g/ cm2 ≤ 水溶物 g/100 g ≤

WD-A-325 60.0 2.0 3.0 4.4~4.6 6~12 50 0.5

指标

WD-A-500 60.0 2.0 3.0 4.2~4.5 8~14 50 0.5 挥发分（105℃）%≤ 水悬浮液 pH 1.0 6~8 1.0 6~8(4)特性

1)防锈能力超过铁红2~4倍，常用于替代铁红作防锈底漆；

2)由于粉体呈惰性，可制成溶剂型和水性涂料，不会发生稳定性问题； 3)重金属含量非常低（<0.02%），符合环保要求；

4)本身为黑色，可用于汽车底盘等要求黑色的工业涂料，减少碳黑用量，提高防锈性；配制颜色只限于深色调；

5)调制醇酸涂料时，要注意催干剂的选择和用量。2.8.2 白色复合铁钛（1）组成

以聚磷酸钛（铁）为载体，复合一定量的超微细粉体。（2）防锈机理

该系列粉体的防锈机理是物理防锈和化学防锈的双重防锈机理。物理防锈机理同黑色复合铁钛系列，而化学防锈是通过无水聚磷酸盐中的磷酸根与钢铁表面的铁原子生成不溶的固体磷酸铁络盐，隔绝水、氧、氯等对钢铁的腐蚀。

（3）品种与物性

目前万达科技（无锡）有限公司开发了两种牌号：WD-D-325和WD-D-500。其特性如表14所示：

表14 黑色复合铁钛的技术指标

项目

P2O5 /% ≥ TiO2 /% ≥ 400目筛余/% ≤ 密度 27℃ g/cm3 吸油量 g/100 g ≤ 遮盖力 g/ cm2 ≤ 水溶物 g/100 g ≤ 挥发分（105℃）%≤ 水悬浮液 pH

WD-D-325 10.0 0.8 3.0 2.8~3.1 8~14 160 0.5 1.0 6~8

指标

WD-D-500 10.0 1.0 2.0 2.8~3.1 10~17 160 0.5 1.0 6~8（4）特性

1）防锈能力比WD-A系列更好，可用于替代红丹、三聚磷酸铝，更可替代铁红、云铁、磷酸锌等防锈颜料；

2）可与上述防锈颜料搭配使用，发挥协同效果，提高防锈性能； 3）色浅且无遮盖力，可配制成任何颜色； 4）不含铅、铬等重金属，属环保产品；

5）粉体近中性，可制得水性涂料，无稳定性问题。3 低/无毒防锈颜料的技术经济对比分析 3.1 性能对比 3.1.1 水性醇酸底漆

通过比较磷酸锌、磷硅酸铁锌、磷酸锌锶、磷酸铝、磷钼酸锌钙，水性醇酸底漆的耐盐雾性，判断板表面起泡性，可判断这些防锈颜料的防锈性差别。

底材为冷轧钢板，打磨至Sa 2.5级，所有涂料通过喷涂至干膜厚30 μm，盐雾试验前室温干燥1周，防锈颜料加量为120 g/L涂料，500 h ASTM B117盐雾试验结果如表15所示。

表15 牌号 K-white 105 Heucophos ZAPP 空白 J 0852 ZPA J 0813 Butrol 9119 SZP-391 CW491 Moly-whito MZAP 成分

锌改性三聚磷酸铝 ZnO改性三聚磷酸铝

— 微细磷酸锌 铝改性磷酸锌 磷酸铁锌 磷酸钙锌 磷硅酸锌锶 磷硅酸锌钙 磷钼酸锌钙 生产公司 日本帝国化工公司

Heubach —

Mineral pigments

Heubach Mineral pigments Buckman Lab

Halox Halox

Sherwin-Williams 盐雾结果 满板密集起泡 满板大泡 板面锈蚀 板面无泡 板面部分起泡 同J0852 单向锈蚀≥2 mm

同J0852 板面部分锈蚀

无变化

图1 在次反映了经盐雾试验后的板在外观。3.1.2 双组分高固体环氧底漆的性能对比

试验采用Reichhold的Epotuf37-140/37-650环氧树脂和固化剂，所有防锈颜料加量为120 g/L，按同样PVC和固体分配漆，在热轧板上喷涂干膜厚度约75 μm，室温干燥1周后开始检验经1 000 h盐雾后情况如表16所示。

图1 经测试后板面外观（底材：冷轧钢板；干膜厚：38µm）上图：500h 盐雾；下图：1008h 盐雾-UV暴露循环试验

表16 牌号 J 0853 ZPO K-white 105 Butrol 23 J 1310 对照板 SZP-391 ZBZ Moly-white 331 Moly-white MZAP

成分 微细化磷酸锌 有机物改性磷酸锌 改性三聚磷酸铝 改性偏硼酸钡 铬酸锌 — 磷硅酸锌锶

有机/无机改性碱式水合磷酸锌

钼酸锌 磷钼酸锌钙

生产公司 Mineral pigments

Heubach

日本帝国化工公司 Buckman Labs Mineral pigments

— Halox Heubach Sherwin-Williams Sherwin-Williams

性能 板面起中泡 板面起中泡 板面50%起泡 板面起大泡 板面锈蚀 板面起大泡 板面起个别大泡 板面50%起小泡 板面起个别小泡 板面起个别小泡

图2 表现了板面外观。

图2 经测试后板面外观（底材：热轧钢板；干膜厚：76µm）上图：1 000h 盐雾；下图：2 016h 盐雾-UV暴露循环试验

从以上表15和表16及图1和图2可看出，以Moly-white系列防锈颜料无论在水和溶剂型涂料性能均优，性能优于铬酸锌。

武汉海军工程大学用Moly-white MZAP与国内三聚磷酸铝及复合铁钛粉按同样条件制环 表17 成分 磷钼酸锌钙 三聚磷酸铝 复合铁钛 耐盐水/天 80无变化 40无变化 80无变化

耐盐雾/h 1000单向锈蚀

<2mm-氧底漆制板，检查耐盐水性，其结果如表17所示。3.2 成本效益分析

3.2.1 防锈颜料本身成本分析 表18 牌号 J 0806 J 0852 ZBZ ZPA K-white 105 SZP-391 CW-491 Butrol 23 Butrol 9119

成分

钼酸盐改性磷酸锌 微细化磷酸锌

有机/无机改性碱式磷酸锌

铝改性磷酸锌 锌改性三聚磷酸铝

磷硅酸锌锶 磷硅酸钙 改性偏硼酸钢钡 磷酸钙锌

生产公司 Mineral pigments Mineral pigments

Heubach Heubach

日本帝国化工公司

Halox Halox Buckman Lab Buckman Lab

成本 USD/kg 3.2 3.4 3.30 3.63 6.19 4.0 3.33 4.96 4.40

成本 RMB/kg 45 29 28.7 31.6 53.8 34.7 29.0 43.2 38.3 Moly-white MZAP Moly-white 331 APW系列 WD-D500 WD-D1250* 磷钼酸锌钙 钼酸锌 三聚磷酸铝 复合铁钛 复合铁钛 Sherwin-Williams Sherwin-williams 广西化工研究院

万达科技(无锡)有限公司 万达科技(无锡)有限公司 2.78 5.40 — — — 24.2 47.0 9.0 5.8 15.0 注*：该品种将于明年推出。3.2.2 综合水平分析

无毒/低毒防锈颜料的开发目的有两个，第一是解决铅铬的环境污染问题，其次性能上要达到或超过红丹和铬酸盐（如铬酸铅、铬酸锌和铬酸锶），且成本至少不应高于有毒防锈颜料。而目前国外无毒防锈颜料价格均高于红丹（红丹价格6.0~6.5元）和铬酸盐颜料（15~16元/kg），国产无毒防锈颜料磷酸锌及三聚磷酸铝价格（8.0~9.0元/kg）虽比络本以盐低但性能远不及铬酸盐防锈颜料。而万达科技（无锡）有限公司国产品很好地解决了性能、价格、环保的矛盾。

另外，从综合成本考虑，每kg涂料采用相同的防锈颜料达到同样的性能要求，其涂刷面积有明显增加。比较结果如表19所示。

表19 涂料品种 红丹防锈漆 复合铁钛防锈漆 涂刷面积/m2·kg-1 15 4 结论

防腐蚀涂料的发展在注重树脂开发的同时，要开发替代传统有毒防锈颜料的无毒型防锈颜料。（1）防锈颜料的发展方向是高效低毒无毒防锈颜料。国外在此方面的研究活跃，开发了许多品种，但我国近10年来工作进展缓慢，除三聚磷酸铝外，直到2003年才推出性价比优的复合铁钛防锈颜料。

（2）防锈颜料的开发应注重在防锈涂料中的应用研究，在满足防锈性能的要求外，还应解决诸如分散，稳定性、涂装施工等方面的问题。

（3）由于涂料工业迅速发展，防腐涂料需求将猛增，未来应不断推出满足涂料性能等要求的新技术产品，使质优价廉产品得到有效推广应用。

第二篇：关于煤矿钢结构防腐蚀方法的调研报告

关于煤矿钢结构防腐蚀方法的调研报告

调研时间：2010年2月17日

调研单位：平禹煤电公司凤白庙矿

调研课题：煤矿钢结构腐蚀危害及防腐蚀方法

背景：

在钢结构工程中，钢结构构件的防腐蚀非常重要。我国2001年因腐蚀造成的损失高达4979亿元，相当于国民经济总产值的5%，仅在石油和化学工业造成的经济损失就达400多亿，腐蚀给国民经济带来极大的损失和危害，因此，引起了各行业的高度重视。我们为此企业平禹煤电公司白庙矿就钢结构防腐问题进行了一次调研，白庙矿工作人员给我们讲解了常用钢结构防腐的方法。

内容：

一、钢结构腐蚀及其危害

钢铁由于强度高、易加工、成本较低等优势广泛应用于国民经济和人民生活的各个领域。但由于氧气水份和其它腐蚀介质的作用，钢铁很容易发生腐蚀，最终被氧化成疏松的腐蚀产物而彻底失效，它给人类带来了巨大的经济损失和危害。目前，世界钢铁的年产量约7亿吨，其中每年约有1.4亿吨因腐蚀而消耗掉，同时由于钢铁腐蚀造成的停产，效率降低、成本增高、产品污染和人身事故等间接损失更是难以估算。

煤矿钢结构是结构支护、提升重物等关键的承力部件，这些钢结构受到大气、工业气体、烟雾、露水、雨水等介质的作用而产生腐蚀。如果不对这些钢结构进行有效的防护，其服役奉命将大大降低，甚至提前报废，严重影响煤矿的安全生产，给国家造成巨大的经济损失。

二、钢结构的常用防腐蚀方法

钢结构的常用防腐蚀方法主要有玻璃防腐，热浸镀锌防腐，涂料重防腐，火焰喷涂防腐，电弧喷涂防腐等。其中在煤矿钢结构上获得广泛应用的主要是涂料重防腐和电弧喷涂防腐。

1、玻璃钢防腐

玻璃钢防腐是用玻璃纤维与树脂叠层物的涂敷层进行防腐，其防腐原因主 1

要是机械屏蔽，即玻璃钢将钢铁与腐蚀介质相隔离，以阻止和减缓腐介质对钢铁的侵蚀，保护钢铁不受腐蚀，由于玻璃涂层对钢铁仅起简单的机械隔离作用，且与钢基体结合力差，损坏后修补难度大，效果不好，因此涂层耐腐蚀寿命较短，一般仅为10a左右，桥采用玻璃钢防腐仅使用4a，虽然玻璃钢涂层60%完好，但其下部的钢铁腐蚀已十分严重。

2、热浸镀锌防腐

热浸镀锌防腐是经过酸洗除锈的钢构件浸入480~520℃高温镀熔3~5min使钢铁表面沾挂一层锌液，经冷却形成镀层。热浸镀锌镀层能够对钢铁提供机械机械屏蔽盒电化学保护双重作用，涂层与钢铁表面结合力较好，但镀锌涂层厚度一般仅为80μm左右，锌涂层被逐渐腐蚀后局部露出钢铁基体，导致涂层最终失效，因此热浸镀锌防腐耐磨腐蚀年限稍短，仅可提供钢铁中等年限的防腐保护，另外，热镀锌生产工艺局限性较大，对钢井架，井筒装备等大构件应用十分困难，而且对于形状复杂的钢构件，由于受高温影响，可能会导致钢构件的变形而影响最终作用。

3、涂料重防腐

涂料重防腐是底漆，中间漆和面漆组成的油漆涂层体系进行防腐。其防腐原理主要是机械屏蔽，即油漆涂层将铜钢与腐蚀介质相隔离，以阻止和减缓腐蚀介质对钢铁的侵蚀，保护钢铁不受腐蚀。

由于油漆涂层无阴极保护作用，耐老化、抗紫外线性能差，与基体结合力低，抗损伤能力差等原因，使得油漆涂层耐腐蚀奉命一般为8-15a。涂料初次涂装后，需定期刷面漆进行维护，如进行彻底维护时还需对钢结构件重新喷砂除锈再涂装油漆，无论是国外涂料还是国内涂料都以无数的应用实例充分证明了这一点，涂料重防腐的初期投资不高，但后期维护费用较高，而且废旧的漆皮，重新喷砂除锈会对环境产生严重的污染，如衮矿集团济宁二号井副井井架采用油漆涂装2a之后即出现腐蚀现象，现在需要不断维护，其维护费用不断增加。

4、火焰喷涂防腐

火焰喷涂是以氧气、乙炔气混合燃烧为热源，将金属锌、铝丝加热到熔融或高塑性状态，在压缩空气流或火焰流的泄引下，熔融或高塑性的金属颗粒被雾化喷涂至工件表面形成涂层，加热丝村熔化温度在2500℃左右。

由于受氧气、乙炔气源影响，火焰温度低，锌铝丝不能很好熔化，无法与钢铁基体形成很好的机械镶嵌结合，导致涂层结合力差，很难达到国家标准规定值，从而大大降低了其防腐效果，另外火焰喷涂为单丝送进，生产效率低，无法应用于大面积钢结构防腐施工，仅适用焊缝修补等少量面积的防腐施工。

5、电弧喷涂防腐

通过具有平直特性的电弧喷涂电源，两根带正负电的金属（锌、铝或其他合金）丝材连续被送到电弧喷枪端头，在端部短路接触产生电弧熔化，溶融铝的高温液滴被压缩空气喷吹雾化，喷涂至工件表面，与基体形成良好的电弧喷涂涂层。丝材被熔化温度达6000℃。

由于电弧喷涂丝材熔化温度高，丝材熔化均匀，无半熔化或高塑性的喷涂颗粒，喷涂粒子携带较大的热能和动能撞击，涂层与基体具有优良的涂层结合力，在弯曲、冲击或碰撞下也能确保防腐涂层不脱落、不起皮、结合牢固，防腐长久有效，这一点是其他从任何表面防腐涂层无法达到的。

电弧喷涂层防腐原理为阴极保护和机械屏蔽相结合，在腐蚀环境下，即使防腐涂层局部破损，它仍具有牺牲自己保护钢铁基体之效果。涂层（阳极）与钢铁基体（阴极）的面积比大于等于1。另外，电弧喷涂层的厚度可根据设计进行施工，能够达到较厚的厚度，使得涂层耐蚀寿命大大延长。

电弧喷涂防腐涂层是由电弧喷涂层和有机封闭涂层组成，其耐腐蚀寿命还是二者之和，而是二者之和的15-2.3倍，这是世界上公认的最佳协同效应。经合理设计涂层厚度，其耐腐蚀寿命完全可以达到30a以上，30a以后的维护仅需在电弧喷涂层上刷封闭涂料，无需重新喷涂，实现一次防腐，长久不腐。

通过以上技术分析可得出结论，电弧喷涂技术相对于其他防腐方法具有生产效率高，涂层结合好，耐蚀寿命长，经济效益显著等突出特点，是煤矿钢结构的长效防腐发展趋势。

三、煤矿钢结构的长效防腐发展趋势

国外发达国家关于热喷涂锌、铝涂层的大量腐蚀试验数据表明，只有热喷涂锌、铝涂层加封闭的复合涂层体系才可提供30a以上的腐蚀保护，挪威、英国、美国、法国等大量应用实例显示，热喷涂层已成功实现对钢铁桥梁、码头钢结构、水工闸门、户外各类塔架等实现30a以上的防腐保护。美国、英国、日本、欧洲

各国热喷防腐标准规定不同涂层体系及其腐蚀年限的对应关系，并且明确规定只有热喷涂层才或提供20a以上的腐蚀保护。这些都为电弧喷涂防腐涂层提供了设计依据和质量保证，也为热喷涂防腐在煤矿钢结构上应用提供了最有价值的应用实例旁证。

在欧洲和北美地区钢结构件的防腐发展过程，20世纪40年代为油漆防腐，50-70年代为重防腐涂料防腐、热浸锌防腐、火焰喷涂防腐、电弧喷涂防腐并存。80年代后，电弧喷涂防腐技术得到广泛应用。我国目前煤矿钢结构仍大量采用涂料重防腐，由于其防腐寿命较短，且后期维护费用庞大，维护期间严重影响生产等，因此已越来越显现出局限性。

近年来，由于电弧喷涂防腐技术优点显著，在国内有识之士的倡导和有关单位领导的大力支持下，电弧喷涂技术在我国煤矿钢结构防腐领域得到推广应用，如中国矿业大学的大正公司自1993年起已把电弧喷涂防腐技术成功应用于兖州矿业集团吉林济宁三号井副井，中平能化集团十三矿副井等多个煤矿钢结构长效防腐。

调研人：魏威龙

第三篇：国内外室内设计发展

国内外室内设计的发展

现代室内设计作为一门新兴的学科，尽管还只是近数十年的事，但是人们有意识地对自己生活、生产活动的室内进行安排布置，甚至美化装饰，赋予室内环境以所祈使的气氛，却早已从人类文明伊始的时期就存在了。

一、国内室内设计的发展

原始社会西安半坡村的方形、圆形居住空间，已考虑按使用需要将室内作出分隔，使入口和火炕的位置布置合理。方形居住空间近门的火炕安排有进风的浅槽，圆形居住空间入口处两侧，也设置起引导气流作用的短墙。

早在原始氏族社会的居室里，已经有人工做成的平整光洁的石灰质地面，新石器时代的居室遗址里，还留有修饰精细、坚硬美观的红色烧土地面，即使是原始人穴居的洞窟里，壁面上也已绘有兽形和围猎的图形。也就是说，即使在人类建筑活动的初始阶段，人们就已经开始对“使用和氛围”、“物质和精神”两方面的功能同时给予关注。

商朝的宫室，从出土遗址显示，建筑空间秩序井然，严谨规正，宫室里装饰着朱彩木料，雕饰白石，柱下置有云雷纹的铜盘。及至秦时的阿房宫和西汉的未央宫，虽然宫室建筑已荡然无存，但从文献的记载，从出土的瓦当、器皿等实物的制作，以及从墓室石刻精美的窗棂、栏杆的装饰纹样来看，毋庸置疑，当时的室内装饰已经相当精细和华丽。

春秋时期思想家老子在《道德经》中提出：“凿户牖以为室，当其无，有室之用。故有之以为利，无之以为用。”形象生动地论述了“有”与“无”、围护与空间的辩证关系，也提示了室内空间的围合、组织和利用是建筑室内设计的核心问题。同时，从老子朴素的辩证法思想来看，“有”与“无”，也是相互依存，不可分割地对待的。

室内设计与建筑装饰紧密地联系在一起，自古以来建筑装饰纹样的运用，也正说明人们对生活环境、精神功能方面的需求。

在历代的文献《考工记》、《梓人传》、《营造法式》以及计成的《园冶》中，均有涉及室内设计的内容。

清代名人笠翁李渔对我国传统建筑室内设计的构思立意，对室内装修的要领和做法，有极为深刻的见解。在专著《一家言居室器玩部》的居室篇中李渔论述：“盖居室之前，贵精不贵丽，贵新奇大雅，不贵纤巧烂漫”，“窗棂以明透为先，栏杆以玲珑为主，然此皆属第二义，其首重者，止在一字之坚，坚而后论工拙”，对室内设计和装修的构思立意有独到和精辟的见解。

我国各类民居，如北京的四合院、四川的山地住宅、云南的“一颗印”、傣族的干阑式住宅以及上海的里弄建筑等，在体现地域文化的建筑形体和室内空间组织、在建筑装饰的设计与制作等许多方面，都有极为宝贵的可供我们借鉴的成果。

二、国外室内设计的发展

公元前古埃及贵族宅邸的遗址中，抹灰墙上绘有彩色竖直条纹，地上铺有草编织物，配有各类家具和生活用品。古埃及卡纳克的阿蒙神宙，宙前雕塑及宙内石柱的装饰纹样均极为精美，神宙大柱厅内硕大的石柱群和极为压抑的厅内空

间，正是符合古埃及神宙所需的森严神秘的室内氛围，是神宙的精神功能所需要的。

古希腊和罗马在建筑艺术和室内装饰方面已发展到很高的水平。古希腊雅典卫城帕提隆神宙的柱廊，起到室内外空间过渡的作用，精心推敲的尺度、比例和石材性能的合理运用，形成了梁、柱、枋的构成体系和具有个性的各类柱式。古罗马庞贝城的遗址中，从贵族宅邸室内墙面的壁饰，铺地的大理石地面，以及家具、灯饰等加工制作的精细程度来看，当时的室内装饰已相当成熟。罗马万神宙室内高旷的、具有公众聚会特征的拱形空间，是当今公共建筑内中庭设置最早的原型。

欧洲中世纪和文艺复兴以来，哥特式、古典式、巴洛克和洛可可等风格的各类建筑及其室内均日臻完美，艺术风格更趋成熟，历代优美的装饰风格和手法，至今仍是我们创作时可供借鉴的源泉。

1919年在德国创建的鲍豪斯学派，摒弃因循守旧，倡导重视功能，推进现代工艺技术和新型材料的运用，在建筑和室内设计方面，提出与工业社会相适应的新观念。鲍豪斯学派的创始人格罗皮乌斯当时就曾提出：“我们正处在一个生活大变动的时期。旧社会在机器的冲击之下破碎了，新社会正在形成之中。在我们的设计工作里，重要的是不断地发展，随着生活的变化而改变表现方式„„。”20年代格罗皮乌斯设计的鲍豪斯校舍和密斯·凡·德·罗设计的巴塞罗那展览馆都是上述新观念的典型实例。

三、当前我国室内设计和建筑装饰应注意的问题

我国现代室内设计，虽然早在50年代首都北京人民大会堂等十大建筑工程建设时，已经起步，但是室内设计和装饰行业的大范围兴起和发展，还是近十多年的事。由于改革开放，从旅游建筑、商业建筑开始，及至办公、金融和涉及千家万户的居住建筑，在室内设计和建筑装饰方面都有了蓬勃的发展。1990年前后，相继成立了中国建筑装饰协会和中国室内建筑师学会，在众多的艺术院校和理工科院校里相继成立了室内设计专业；从80年代初开始发展到1995年底，全国注册的装饰企业已有6.5万余家，从为职工400余万人；1995年装饰企业的年产值已超过800亿元；为加强建筑装饰行业的规范化管理，1995年8月建设部颁发了《建筑装饰装修管理规定》；预计“九五”期间，我国的室内设计和建筑装饰事业必将在广度和深度两方面取得进一步的发展。

我国当前的室内设计和建筑装饰，尚有一些值得注意的问题，需要我们认真对待。主要是：

1、环境整体和建筑功能意识薄弱

对所设计室内空间内外环境的特点，对所在建筑的使用功能、类型性格考虑不够，容易把室内设计孤立地、封闭地对待。

2、对大量性、生产性建筑的室内设计有所忽视

当前设计者和施工人员，对旅游宾馆、大型商场、高级餐厅等的室内设计比较重视，相对地对涉及大多数人使用的大量性建筑如学校、幼儿园、诊所、社区生活服务设施等的室内设计重视研究不够，对职工集体宿舍、大量性住宅以及各类生产性建筑的室内设计也有所忽视。

3、对技术、经济、管理、法规等问题注意不够

现代室内设计与结构、构造、设备材料、施工工艺等技术因素结合非常紧密，科技的含量日益增高，设计者除了应有必要的建筑艺术修养外，还必须认真学习和了解现代建筑装修的技术与工艺等有关内容；同时，应加强室内设计与建筑装饰中有关法规的完善与执行，如工程项目管理法、合同法、招投标法以及消防、卫生防疫、环保、工程监理、设计定额指标等各项有关法规和规定的实施。

4、应增强室内设计的创新精神

室内设计固然可以借鉴国内外传统和当今已有设计成果，但不应是简单的“抄袭”，或不顾环境和建筑类型性格的“套用”，现代室内设计理应倡导结合时代精神的创新。

本世纪末，是一个经济、信息、科技、文化等各方面都高速发展的时期，人们对社会的物质生活和精神生活不断提出新的要求，相应地人们对自身所处的生产、生活活动环境的质量，也必须将提出更高的要求，怎样才能创造出安全、健康、适用、美观、能满足现代室内综合要求、具有文化内涵的室内环境，这就需要我们从实践到理论认真学习、钻研和探索这一新兴学科中的规律性和许多问题。

第四篇：国内外食品安全监管模式对比调研报告

阐述了国外食品安全监管模式及其共性特点。分析了国内食品安全监管模式，比较了与国外监管模式的不同。以国外食品安全监管经验及tem 原则为基础，提出了改革中国食品安全监管模式的对策建议。关键词 食品安全监管模式 全面应急管理

1、引言

近年来．我国的食品安全事件频发．不仅危害人民生命财产安全．损害政府公信力．也打击了消费者的信心。抑制了正常消费．这非常不利于食品行业的健康成长。如何防范食品安全事件频繁发生．成为一个迫在眉睫的研究课题 本文以此为出发点．以国内外食品安全监管模式分析为基础．提出基于tem 原则的对策建议

2、国外主要国家食品安全监管模式

国外发达国家的食品安全监管制度完善．大多建立了涵盖所有食品类别和食物链各环节的法律法规体系 但其食品安全监管部门设置存在显著差异．具体可分为多部门监管模式和单部门监管模式

2．1 多部门监管模式

美国是多部门监管模式的代表 以美国为例．美国联邦及各州政府具有食品安全管理职能的机构有20个之多．但其中最主要的．具备制定食品安全法规和进行执法监管的联邦行政部门有5个：卫生部(department of health and human service．dhhs)的食品药品管理局(food anddrag administration，fda)、农业部(u．s．department of agriculture．usda)的食品安全检验局(food safety and inspecti0nservice。fsis)和动植物健康检验局(animaland plan t health inspection service．aphis)、环境保护局(environmental pro．tection agency，epa)、海关与边境保护局(bureau of customs and border pmtee．tion，cbp)。

美国选择多部门监管模式的根本原因在于美国建国之初就制定了执法、立法和司法三权分立的国家治理原则．食品监管也不例外 但必须注意的是，美国主要是按照食物的种类来划分部门职能。这样在对特定食品进行监管时实现了功能上的集中监管。

2．2 单部门监管模式

单部门监管模式是欧美国家选择的主流食品安全监管模式。

(1)加拿大。加拿大1997年3月通过《食品监督署法》，在农业部之下设立一个专门的食品安全执法监督机构— — 加拿大食品监督署(canada food inspection a．gencv。cfia)，统一负责加拿大食品安全、动物健康和植物保护的监督管理工作。加拿大食品监督署负责农业投入品监管、产地检查、动植物和食品及其包装检疫、药残监控、加工设施检查和标签检查，真正实现了“从农田到餐桌”的全程性管理。

(2)德国。德国于2001年初将原由卫生部负责的食品安全管理职能交由新成立的消费者保护、食品和农业部负责。其他有关部门(主要是卫生部门)依法应在自己的职责范围内配合农业部门的农产品质量安全管理工作

(3)英国。英国政府1998年发表了白皮书“食品标准局— — 变革的动力” 白皮书指出政府有必要设立标准局． 以结束食品安全和标准发布管理方面混乱不明的状况。其后颁布(1999年食品标准法》，于2oo0年4月成立了一个独立的食品安全监督机构— — 食品标准局(food standardsagency。fsa)。fsa的宗旨是保护与食品有关的公众健康和消费者的利益．其遵循三个指导性原则：消费者至上：开放性和参与性：独立性。它的使命是与地方当局合作．借助肉食品卫生局(meat health ser．vice．mhs)的工作对食品安全和标准有效地进行实施和监督：采用准确和明示的标识支持消费者选择：就食品安全、营养及食用向公众和政府提供咨询。

(4)丹麦。改革前，丹麦的食品安全由农业部、渔业部、食品部三大部委共管，每个部门都拥有自己的领导和职员。另外．三大部委下设一些代理机构．还有多个服务单位．形成庞大的管理系统。监管机构的复杂性．导致当时的食品安全监管出现一系列问题．主要表现在各个部门的职责发生重叠或者出现分割区．各个部门的检测出现冲突，资源利用效率低下。通过合并．丹麦政府成功地将由三个部门共管的食品安全监管机制转变为一个独立的食品安全监管机构— — 食品与农业渔业部．统筹对全国的食品安全进行监督

2．3 国外食品安全监管的主要特点

(1)整合资源实行统一监管。在不断促进和完善食品安全监管工作的过程中．不少国家和地区纷纷将食品安全的监管集中到一个主要部门．并加大各相关机构间的协调力度。以提高工作的效率．避免了因职能交错造成的管理体系混乱 美国虽然实行的仍是多部门监管模式．但国会已多次提出改革现行体系．而且美国中央政府层面成立了专门机构协调执法．加强各部门的合作。

(2)公众广泛参与，监管公开透明。无论是以美国为代表的多部门监管模式还是以英德为代表的单部门监管模式．其政府都倡导公众的广泛参与、工作方式公开透明。实践表明。社会公众参与其中，可使相关制度更加完善、管理更为有效．同时也能增强公众对食品安全监管的信心

(3)强调食物链的全过程管理。强调对“从农田到餐桌”的整个生产经营全过程的有效控制． 广泛运用haccp(hazardanalysis critical control point． 即危害分析关键控制点)方法对食品卫生和质量进行严格控制。并以此为基础实行问题食品的追溯制度。中国食品安全监管模式分析

我国中央一级的食品安全管理工作主要由食品与药品监督管理局、卫生部、农业部、国家质检总局、工商总局和商务部共同负责，向国务院报告工作。目前，我国采取的是典型的多部门管理模式．按照生产、流通、消费的环节进行分段监管。根据相关文献．归纳出各部门职责及管理环

节见表1。

由表1可知．六部门均有权对食品安全进行监管．这种分阶段监管模式本是为了分权制衡，并实现对食品的全方位监管。但在实践中出现了很多问题．主要表现在：

(1)与发达国家相比．我国的食品安全监管将注意力更多集中在食品卫生的层次．未能上升到食品安全层面。在历次打击“假冒伪劣”的行动中．牵头者多为工商行政部门，打击重心也多是小作坊、黑作坊等“假冒伪劣”产品．对正规生产商家生产的“劣” 产品关注不多。2o08年席卷全国的“三鹿事件”充分暴露了这一特点

(2)我国的食品安全监管部门众多，且职能交错，难形成合力．易出现“多头管理，无人负责”的现象。发达国家的食品安全监管权力多集中在两至三个部门．易组织“联合执法”行动．我国的食品安全监管权力过于分散．“联合执法”具有天然的劣势。且过多的监管环节也易滋生“权力寻租”．不利于守法企业的发展壮大。与此相比，美国虽同样是多部门监管．但主要是按照食物的种类来划分部门职能。在功能上实行了对特定食品的集中监管对策建议

吸收国外先进的食品安全监管经验，我国必须对食品安全监管模式进行必要的改革 结合武汉理工大学危机与灾害管理中心提出的tem(total emergency man．agement．全面应急管理)“五全模式”(全过程管理、全系统管理、全面应急响应、全手段管理、全社会管理)，本文认为必须做好以下方面的工作

4．1 加强监管．完善监管体系

这是首要任务．必须健全监管体系，消灭监管盲点。由于我国食品安全监管实行的是分段监管模式．不同监管主体的责任分工会有重叠或遗漏．“多头管理．无人负责”的情况难以避免。应进一步明确这些衔接环节的监管责任的归属主体．健全监管体系。同时，应处理好对重点企业的保护和监管两者间的关系。由于地方保护及经济利益的原因．目前我国对国家知名企业的保护有余而监管不足。吸取“三鹿事件” 的教训．中国已停止执行食品行业的免检制度．加强了对重点企业的监管但要防止加强监管演变为过度监管．不能“矫枉过正”． 以免给企业正常运营造成不良影响 这也是tem 模式全过程管理及全系统管理原则的体现。

4．2 加强司法独立性。加强社会监

食品安全监管必须注意正确处理行政、司法间的关系，防止出现“行政非法干涉司法”的现象。加强司法的独立性．能使弱势的消费者掌握与强势企业的对抗武器．亦能有效阻止食品企业不规范行为。必须加强社会监督，强化舆论手段 舆论永远都是强大的公共管理武器．正确地引入社会监督，能有效减少企业的不法行为．现代媒体的无孔不入也为社会监督提供了方便便捷的途径。

4．3 建立中央级的食品安全信息发布中心．实现全面应急响应

实践证明．在危机发生的初期，及时向公众发布及时、真实及分析合理的信息，是控制危机的重要手段． 响应时间越短越有利于危机的管理 “四川广元柑橘事件”就是由于缺乏全面应急响应平台．地方政府发布信息过晚．造成控制时机的延误，最终导致了数以十亿元计的经济损失。应建立从中央到地方的食品安全信息响应系统，以便及时对食品安全信息进行及时通报。

4．4 建立全员参与的危机管理体制

目前．中国有相当比例的消费者忽视食品安全．对食品安全听之任之，这在无形中为不安全食品提供了市场。而也有一部分消费者对食品安全过于悲观．“因噎废食”同样也不利于食品产业的健康成长。中国应培养公民正确的食品安全管理意识，树立正确的危机观。形成“有危必报、有报必实”的局面．既不给不法企业生存的环境．也不因虚假信息的错误传播而导致不必要的损失．这也是全社会管理原则的体现结语

近年来． 中国的食品安全事故已使相关企业的声誉及经济都蒙受了巨大损失．也引起了多次国际纠纷。而伴随着国内消费者安全意识的觉醒．也呼吁政府进行必要的改革．以顺应这一发展趋势的要求．这同时也是建设和谐社会、打造服务型政府的内在要求

第五篇：国内外热电联产的综合调研报告

1热电联产含义

1.1简单介绍

热电联产是一种既产电又产热的先进能源利用形式。一般的火力发电厂燃烧煤炭后，只产生一种产品，就是电。在发电过程巾，大量的热能被循环水带走，白白地排放到大气。

火电厂的能源利用率仅为35％左右。而热电厂则是在发电过程中将一部分热能通过热力管道输送到千家万户，因而同样燃烧同样数量、同样品质的煤炭。热电厂不仪可以提供电能，还能提供工业生产用的蒸汽和住宅暖气粥的热水。热电厂的热效率一般都在45％以上。另外，热电厂由于锅炉容量大、除伞效果好、烟囱高，还町实现炉内脱硫除硝，相比于小锅炉、火电厂，其环境效益和社会效益非常巨大。热电联产与热电分产相比具有很多优点： 1）、降低能源消耗 2）、提高空气质量 3）、补充电源 4）、节约城市用地 5）、提高供热质量 6）、便于综合利用 7）、改善城市形象 8）、减少安全事故 1.2其它热电联产形式

1>垃圾焚烧热电联产

为使城市生活垃圾 “无害化、减量化和资源化”，国外工业发达国家早已有垃圾焚烧技术，其产生的热能用于热电联产，供生产、生活使用，既有利于环境保护，又可获得较好的经济效益。我国南方沿海城市，也开始使用如深圳、珠海等城市，利用垃圾焚烧发电供热，已被越来越多的城市所采用。

2>农村秸杆、木材工业废弃物料用于热电联产

农村秸杆、木材工业废弃料，可用于热电联产，这些可燃废弃材料，均可用于燃烧发电供热，据统计我国秸杆等农村废弃物的资源量年达 亿吨标煤，资源为 亿吨标煤，可资利用。

1.3技术图表

[6]

2热电联产的优势

2．1低能耗

火电厂三大主机中，锅炉的效率最高已达到94．8％，汽轮机效率达到90％，而发电机的效率接近99％，这三大主机总效率约可达到85％。但是常规火电厂存在必不可少的“冷源损失”，因此效率最终只有41％～45％，造成了大量能源的浪费。热电联产用做了功的蒸汽对外供热，并利用发电厂的冷源损失，所以热效率可以提高到约80％。2007年，我国平均发电标煤耗332 g／(kW·h)，按热电联产发电热效率比常规火电效率提高1倍计算，热电联产的发电标煤耗约为166 g／(kW·h)。根据《2010年热电联产发展规划及2020年远景发展目标》，20lO年全国热电联产机组总容量将达1．2×105 MW。热电联产机组节煤量按年节约标煤1×103 t／Mw计算，2010年可节约标煤量为1．2×108 t。

2．2低污染物排放浓度 与石油、天然气等能源相比，煤炭在利用过程中会排放更多的有害物质，包括Soz、N0，和烟尘等。据统计，我国每年排人大气的污染物中，约80％的烟尘、87％的S0。和67％的Nq来源于煤的燃烧。由于热电联产热效率高，节约能源，在对外供应相同电能和热能时，可以减少燃煤量，从而减少了排放，减轻了大气污染。以美国为例，每年热电联产可以减少No，排放4×105 t，减少S0：排放9×105 t，以及减少C0。排放3．5×107 t。而芬兰首都赫尔辛基大规模应用热电联产，SO：的排放浓度由20世纪80年代的4 000 mg／(kW．h)下降到2004年400 mg／(kW·h)，排放量只有原来的10％。随着我国天然气工业的发展，燃气一蒸汽联合循环发电供热以及小型燃气轮机热电冷联供作为一种有效减少C0：排放的技术也在被大力推广。

2．3可靠性高

从西方国家能源安全角度来看，热电联产(主要是指分布式能源系统DER)是一种理想的能源利用方式：

(1)DER规模小，分布广泛，不易受到恐怖分子的袭击

(2)DER靠近用户，不像大型电厂那样位于城市的外围，因此可以与其所在区域的客户共享安全性

(3)减少对石油、煤等传统能源的依赖，可以依靠天然气、秸秆、城市垃圾等能源，对国家的能源安全是个有益的补充

(4)增加用户的能源可靠性，据美国热电联产协会报告，一般数据交换中心需要供能方面有99．9999％的可靠性，而电网只能提供99．99％的可靠性，因此发展DER有利于为一些特定重要用户提供可靠的能源

小型热电冷联产（cchp）（small size heat and power cogeneration and small size coolant heat and power cogeneration））

热电联产从产生到推广也是经历了理论上不断的探索，并用实践不断的检验的一个过程。

2国内外热电联产火电机组发展现状

2.1国外

英国

在1905年制造了世界上第一台热电联产汽轮发电机组，开始了供热机组的历史；至21世纪初，国外的热电联产发电比例一直维持在一个较高的水平。由2000年的5％发展到目前 的7％。美国

2008年的热电联产发电比例为8％美国对cchp做了很多在天然气、电力、暖通空调等行业的研究，提出cchp创意，cchp2020年纲领等[1] 欧盟

平均热电联产发电比例为10％，其中丹麦是世界上热电联产机组发电量占全国发电量比例最高的国家，大约为52％

2.2国内

我国的燃煤热电联产电站在50年代末60年代初已开始建设，当时主要有前苏联援建的武汉青山热电厂、洛阳热电厂、富拉尔基热电厂等。

1953—1967年，我国6 MW以上供热机组占火电机组的20％左右，在十年**阶段，我国热电联产装机容量大幅下降，为1 500 MW 仅占火电装机容量的5．8％。截至2005年，我国6 Mw以上热电联产机组总装机容量约为7×107 kw，占全国总装机容量的15％，承担了全国工业供热量的80．5％和民用采暖供热量的26％。

目前

在运行的热电厂中，规模最大的为太原第一热电厂，装机容量为1．386×106 kw。随着全国各地工业园集中供热和溴化锂集中制冷技术的兴起，以及关停小火电机组政策的落实，热电联产机组将在我国迎来一个发展的黄金时机。我国工业锅炉共计50万台、120万蒸吨／时，平均单台容量仅为2．4吨／时，平均运行热效率仅50％左右，即浪费能源、又污染环境。工业锅炉改造已开展二十多年，并没有从根本上提高热效率、改变其落后的面貌。而热电联产、集中供热的锅炉运行热效率一般在80％以上，因此，实行热电联产、集中供热刁是提高供热效率的根本出路。[2] 1997年11 月颁发的 “中华人民共和国节约能源法”中，第三十九条明文规定，国家鼓励发展热、电、冷三联产；

1998年 2月以计交能（1998）220 号文联合颁发了“关于发展热电联产的若干规定”，文中明确： “热电联产具有节约能源、改善环境、提高供热质量，增加电能供应等综合效益，改善大气环境质量，同时对热电联产的各项指标进行了界定。”这一系列的政策对我国热电联产事业的发展有着重要的意义

第七条各类热电联产机组应符合下列指标：[3]

一、供热式汽轮发电机组的蒸汽流既发电又供热的常规热电联产，应符合下列指标： 1．总热效率年平均大于45％。

总热效率=(供热量+供电量×3 600 kJ／kWh)／(燃料总消耗量×燃料单位低位热值)×lOO％ 2．热电联产的热电比：

(1)单机容量在50 MW以下的热电机组，其热电比年平均应大于100％；

(2)单机容量在50 MW至200 MW以下的热电机组，其热电比年平均应大于50％；

(3)单机容量在200 MW及以上抽汽凝汽两用供热机组，采暖期热电比应大于50％。热电比一供热量／(供电量×3600kJ／kWh)×100％。

二、燃气一蒸汽联合循环热电联产系统包括：燃气轮机+供热余热锅炉、燃气轮机+余热锅炉十供热式汽轮机。燃气一蒸汽联合循环热电联产系统应符合下列指标： 1．总热效率年平均大于55％；

2．各容量等级燃气一蒸汽联合循环热电联产的热电比年平均应大于30％。

(只有当热泵性能系数 cop等于1.875 时,才能与热电联产全厂热交率等于45% 相当[4])

我国的综合能源利用率要比工业发达国家低 10%左右。应从战略上采取重大举措，快速提高能源利用率，以节约能源，降低生产成本，减少环境污染，从而提高我国经济的整体竞争能力。我国能源以煤炭为主，煤炭消耗量中供发电的仅占33%，而发达国家如美国高达89.5%。我国的能源发展战略，应考虑把各种工业和民用锅炉以及居民直接消耗的煤转化为电能进行多元化热电联供。1)从能源的角度

文明用能是可持续发展用能战略的基本原则。造成能源损失与浪费的原因很多，但从本质的角度而言，原因只有一个，那就是不可逆性，即熵增和损耗的产生。因此，在技术、经济与环境的客观制约下，与不可逆性斗争减少熵增和耗损，就是文明用能的指南。所以要提高热能利用效率

2)从生产者的角度

节能历来是降低成本提高市场竞争能力获取经济效益的基本手段之一，当节能对经济效益的提高不明显时节能就失去了动力。另外，在一个高消费社会中的用户看来，他们关心的主要的倒不是经济上的花费，而是生活的方便与舒适。所以单纯从经济效益和生活质量的角度，热电联产技术不一定是最好的选择。但如果把热电联产与可持续发展的战略联系起来，把热电联产与全球性的 “环境与发展”问题联系起来就有了全然不同的涵义。可持续发展战略赋予了热电联产以全新的使命。

提高全国综合能源利用率，在很大程度上取决于发电的净热效率（供电煤耗）及热能梯级综合利用。热电联供多元化的发展是目前提高能源利用率的最佳途径，也是治理环境污染的最佳手段之一。

3我国未来热电联产机组的发展趋势

面对能源消费需求侧的多元化和能源资源结构的多元化，我国未来热电联产产业规模、能源利用技术也将相应调整。

3．1产业发展规模多元化

大容量、高参数热电联产机组是我国未来热电联产发展主流方向。目前，国内已投入运行的抽汽凝汽机组最大为：背压机组最大为50 Mw，凝汽采暖两用机组最大为300 MW，600 MW级超临界凝汽采暖两用机正在规划组建中。从我国的电力工业发展现状来看，大容量供热机组具有较高的综合热效率: 一方面可以提供大量高效稳定的工业热负荷和溴化锂制冷用汽，另一方面可提供高效、清洁、环保的供电电源，适合我国工业大发展需要大量用电和用汽的基本国情。分布式能源系统是一种新兴的、很有发展前途的发电和能源利用方式，它将大量的小型、微型热电冷系统组成一个网络，从根本上改变传统的大型火电厂、高压输电线路和多层电压网络系统构成的以及各种供热锅炉房组成的传统能源系统。分布式能源热电联产技术具有以下特点：

(1)投资规模小，分布于用户附近；

(2)满足一些客户特殊的需求，对电网、热网是非常有益的补充；(3)能源利用率高，并且可利用可再生能源；

(4)低噪音。我国目前正在大力研究分布式能源热电联产技术，广东省电力设计研究院已经完成了大学城2台78 Mw分布式能源电站的设计，并承担了国家863课题的“兆瓦级燃气轮机分布式冷电联供系统”研究。

3．2能源利用技术多元化

(1)和石油、天然气等能源相比。煤炭在燃烧时会排放出更多有害物质，但在一段时间内它仍将是我国的主要能源，所以今后要大力发展清洁燃烧技术。热电联产多采用CFB锅炉，这种锅炉的最大优势是能有效地控制NQ和S02的产生和排放，采用炉内脱硫燃烧技术，其脱硫率可达90％。

(2)整体煤气化联合循环(IGCC)发电系统由两大部分组成，即煤的气化、净化和燃气一蒸汽联合循环发电。当IGCC用于热电联产时，可根据热负荷的压力、温度、容量等情况，通过调节抽气，满足用户的要求，其综合热效率约可达到80％。

(3)随着我国天然气工业的发展，北京、武汉等地将开始建立燃气一蒸汽联合循环热电厂。以天然气为燃料，燃气轮机与余热锅炉、蒸汽轮机共同组成热力循环系统发电，其最高发电效率可达到58．5％，供热时综合热效率最高可到85％以上。这种小型的动力系统符合能源多级利用、能质匹配的原则，不但能源利用率高，而且造价低，能抵御突发事件或自然灾害导致的电网大规模停电带来的危害。

(4)生物质能发电技术主要是指利用可燃烧的固体(秸秆、生活垃圾)、液体(酒精、燃油)和气体(沼气)等方式进行发电和供热。从目前发展方向来看，生物质能发电主要是先使固体生物质气化，再使生成的可燃气进入燃气轮机燃烧发电，大规模应用的话，类似于IGCC技术，国外称之为BIGCC。因此，BIGCC具有分布式能源系统的优势，将是今后生物质热电联产的主流。在丹麦、芬兰等国，燃气轮机广泛应用在30 kW和70 kw的小型分布式能源站里，发电效率最高可达到48％，联合循环热效率可达到85％以上。因此大规模发展生物质气化发电技术对于我国节能环保具有很重要的意义。

(5)高温气冷堆是一种用低浓度铀(2％～5％IJ235)或高浓度铀加钍的涂敷颗粒做核燃料。用石墨做中子慢化剂和堆芯结构材料，高温氦气作为冷却剂的先进核反应堆，具有高温、高效率、高转化比、高安全性、低污染以及综合利用广的特点[5]。

和平与发展是世界面临的两大主题。要发展就只能走可持续发展的道路。能源、水源和环境，是可持续发展战略性的三大问题。热电联产是解决这三大问题的关键技术之一，因而在实施可持续发展战略中有其特殊的重要性。热电联产事业的发展有着重要的意义，但是还必须从如下方面加强： 1.热电比调节技术。

我国的热电联产机组，由于设计的热电比不准或缺乏在运行中进行调节的能力，影响了联产机组的经济性。2.热用户计量问题。

用热分户计量在市场经济国家早已解决。我国在计划体制下形成的按面积收费并由所属单位支付的办法，造成了很大的浪费，必须改变。

3.“小火电” 曾为我国的电力发展做出过贡献，目前已列为清理整顿对象。不能只用单一的行政手段解决这一问题，应该结合经济手段加以整治。如税收政策、实施发电排放的环保折价标准。以零排放为基准，由政府规定排放污染物的折价方法，扣除折价资金用于对热网投资的政策补贴。

4.修改《电力法》，补充有关支持发展热电联产的内容，以法制促进热电联产，最终达到人口、资源、环境三者协调发展的目的。

5.积极研制并推广小型分散型热电联产的多元化联供技术，同时产生电、热、冷、功，以减少大型电厂远距离输电和大型热电厂管道的昂贵投资，降低能耗，并将单一电力商品向能源产品多元化的方向发展。

6．发展热电联产应处理好的关系

1）与电力体制改革之间的关系。2）与煤炭产业的关系。

3）与企业形象和社会责任的关系。4）热价与电价的关系。

7.热电联产应注重节能发展

1）抓紧研究制定热电联产装机方案导则。2）改进运行管理方式。3）进行机组结构调整。4）进行机组改造。

5）通过锅炉更替，实现节能发展。6）主动采用辅机系统应用新技术。[6]

4.热电联产的成本和费用

热电联产企业在生产过程中,必然要发生各种耗费和支出,如机器设备等生产工具的耗费和劳动力的耗费等。费用是指在企业的生产过程中所发生的各项耗费。成本是转移到一定产出物的耗费。企业为生产一定种类和数量的产品所发生的各项费用的总和称为产品成本。成本和费用都是生产资料的消耗。费用与生产经营的一定时期相联系,成本与一定的产出物相联系,成本是对象化了的费用,即生产特定产品时所发生的各项费用。成本作为生产中的各项支出,是商品生产的“投入”。在商品生产的各个阶段均有投入,即均会发生成本,借助成本可以反映热电联产企业经济活动各阶段中 “投入” 和 “产出”的关系。热电联产是一个复杂的系统,简单来说主要包括了四大流程：燃料煤的流程、空气及燃气流程、水及蒸汽流程和电气系统流程。根据热电联产的工作流程,热电联产企业的生产成本主要包括：燃料成本（煤）、水费、电费（发电部分提供）、设备折旧费、财务费用、管理费用、运行维护费（包括职工工资、福利费、材料费、修理费等）,前三项为变动费用,后四项为固定费用。由于热电联产企业在生产过程中会对环境造成一定的污染（排放二氧化硫和粉尘等）,成本项目中还需要考虑环保因素。

1、变动费用

（1）燃料成本（煤）：

指热电联产企业直接用于生产电力、热力产品所耗用燃料的费用。（2）水费：

指热电联产企业为生产电量和热量而向外支付的水费。包括外水费、水资源费等。（3）电费：

指热电联产企业为了自身生产和销售活动而从其他企业购入有功电量所需支付的费用。

2、固定费用

（1）设备折旧费：

指热电联产企业按规定计提的生产、管理部门和福利部门的固定资产折旧费,是根据应计提折旧的固定资产原值和规定折旧率计提的资产折旧费。（2）财务费用： 指热电联产企业为筹集资金而发生的各项费用。包括住房公积金、失业保险费、劳动保险费、土地使用费、技术转让费、广告费、无形资产摊销、坏帐损失等。（3）管理费用：

指热电联产企业的行政管理部门为组织管理生产经营活动而发生的各项费用。包括办公费、水电费、差旅费、低值易耗品费、劳动保护费、工会经费、职业教育经费、业务费、保险费、租赁费、税金、实验研究开发费、外部劳务费、物业管理费、运输费、绿化费、燃、材料盘亏和毁损、取暖费、排污费等。（4）运行维护费：

包括职工工资、福利费、材料费、修理费等。

3、其它费用：

指不属于以上各项而应计入生产成本的各种费用。上述成本和费用,组成了热电联产企业日常运营的基本支出,热电联产企业应在不影响生产经营的情况下,尽量降低上述各种费用的支出,以提高本企业的收益。对于热电联产企业未来参与电力市场竞价上网,除了细分上述成本外,还应将这些成本与费用进一步分配为发电成本与供热成本,这样才能尽可能准确的表示出企业的各项收入和支出。[7]

5.家用热电联产技术

1.简介

家用热电联产(Domestic-CHP)，又称微型热电联产(Micro-CHP)，是一种针对家庭用户的热电联产装置，它的主要市场目标是取代现有的家用热水炉。家用CHP利用小型发动机驱动一个迷你发电机，产生家庭所需的大部分电力；发动机通常以天然气为燃料，发动机的尾气余热进入家庭热水系统，代替原先燃气热水炉燃烧的燃料。一般来讲，家用CHP能把70%~80%(基于高热值)的燃料能源转换为热能，10%~15%转换为电，如果采用冷凝式设计，则总效率可达90%；一般新热水炉的效率约在70%~80%(基于高热值)。因此，家用CHP与其它形式的CHP一样，能显著地节约能源。

应用家用CHP的条件是：有天然气供应、有一定的热水需求、开放的电网。

2.原理图说明：

①→②等温膨胀——高压工质从热腔通过加热器吸收热，并等温膨胀，这样就在作功活塞上作功。

②→③等容置换——置换活塞把所有的工质通过回热器等容地转移到冷腔。这时回热器是从工质吸收热，使工质的温度降低为冷腔的温度。当温度降低后，工质的压力迅速下降。

③→④等温压缩——作功活塞在工质上作功，并在冷腔温度上等温压缩，同时在冷腔上除热(通过冷却器)，因为工质处于低压，压缩所需的功比工质膨胀得到的功少。于是循环就有净功输出。

④→①等容置换——置换活塞把所有的工质通过回热器等容地转移到热腔。当工质通过回热器时热传递给工质，使工质的温度提高到热腔的温度。当温度上升后，工质的压力迅速增加，系统回到了它的初始工况。

斯特林发动机的结构型式繁多，根据气缸和活塞位置的不同配置，可分为α型、β型和γ型三个基本类型。双作用式斯特林发动机(图 3)被认为最有发展前途。

3.基于斯特林发动机的家用CHP的优势

斯特林发动机是外部加热把热传给发动机内部的工质，因此它具有以下特点：

1）燃料多样化

发动机部分无需针对满足燃料特别设计，理论上可以利用各种燃气，甚至薪柴、桔杆、余热和太阳能等低能级能源。

2）环境污染小

用燃气作燃料时，可在常压下连续燃烧，易实施燃烧自动控制，可在低成本下使排气中的有害物质大幅下降至排放标准以下。

3）转换效率高

由于在加热器和冷却器中间设有蓄热回热器，理论上可实现热效率最高的卡诺循环。

4）运转平稳，噪音小

由于循环系统没有阀门，工质的压力变化平稳，循环压力比小，故没有内燃机般的进排气噪音和燃烧冲击噪音，噪声一般在75 dB左右(内燃机为100、105 dB)，经处理后可降低到50 dB以下。

5）维修保养容易

由于它的内部机构是封闭的，不用润滑油，不产生积炭和污垢，故维护简单，易操作管理。

4家用热电联产技术的一些挑战： 1）燃烧技术

为了提高效率，一般需要预热助燃空气来利用燃烧产物的余热。微型CHP的空气预热器必须在结构上与燃烧系统集合成一个整体，且能保证燃烧器在使用高温燃烧空气时不出现结焦、回火和腐蚀等现象。尽管在一般工业应用上这不是问题，但制造一个长寿命、并且运行可靠的燃烧器和预热器的微型联合组件仍然是一个挑战。

2）热交换器技术 作为微型CHP，需要由一个紧凑的热交换器把热从燃烧产物传到工质。这就面临一个加热器的设计技术的瓶颈：为了使斯特林发动机输出功率和效率最大化，需要尽可能小的内部容积；然而，为了使进入发动机的热流最大化，加热器的表面积又需要尽可能的大。在发动机的其它热交换器上也出现同样的问题。

3）密封技术

对于高性能斯特林发动机而言，由于工质通常为氢气和氦气，而且平均循环压力都在15 MPa左右，因此，活塞环和活塞杆密封就成了直接影响斯特林发动机性能和可靠性的关键所在。[8]

6.结 语

热电联产机组具有节能环保、安全可靠等优势。今后将成为我国火力发电的重要模式。结合我国国情及热电联产发展趋势，笔者认为在产业规模上我国将以适合高需求密度的大容量、高参数的热电联产项目和适合分散用户的分布式能源项目为能源发展的主要模式，应用CFB锅炉技术、lGCC和燃气一蒸汽联合循环将成为主要的技术手段。由于生物质的供应具有波动性，生物质热电联产发电技术可作为城市非工业用电供热及电力系统调峰应用。高温气冷核反应堆技术作为有前景的热电联产技术，是我国今后研发的方向。

References:

[1].美国冷热电联产纲领及启示.[2].关于我国热电联产政策的思考.[3].关于发展热电联产的规定.[4].谭艺辉, 电力市场化条件下热电联产企业的对策与出路.科技进步与对策, 2002.19(7): 第3页.[5].龙惟定, 分布式能源热电联产“以热定电”的新理解.暖通空调, 2011(2): 第18-22页.[6].秦江彬, 化解节点

发展热电联产.中国电力企业管理, 2010: 第154-156页.[7].关于热电联产成本及分摊方法的探讨.[8].厉戌吟与冯良, 家用热电联产技术.上海煤气, 2004(6): 第33-37页.