生物质发电燃料成本分析

为了对生物质发电成本进行分析,论文对生物质气化发电、直燃发电、混燃发电等几种主要的生物质发电方式进行了讨论,建立了生物质燃料消耗量模型和燃料成本计算模型。在相同的发电容量（15 MW）基础上,计算了不同发电方式对应的年燃料消耗量、年燃料收购费用和运输费用和燃料成本。结果表明,发电效率对燃料成本有较大影响,生物质直燃发电的燃料成本约为其它方式的2倍。     

秸秆沼气化发电技术生命周期评估及经济分析

该文基于生命周期评价方法和时间价值动态分析方法对沼气直燃发电技术、沼气燃料电池发电技术作可行性分析,并与燃煤发电技术相比,旨在综合评估三种发电技术在环境和经济上的特点,为发电方式选择提供参考依据。结果表明：沼气燃料电池发电技术环境效益最佳,总环境影响负荷为8.55×10-4,沼气直燃发电技术总环境影响负荷为2.15×10-2,两者相较于燃煤发电（2.97×10-1）的减排量分别为99.71%和92.76%。在经济上,沼气直燃发电技术的投资回收期最短（12.03年）,运营期净现值可达1 497 371元/MW;其次是燃煤发电技术（14.5年）,净现值为672 529元/MW;沼气燃料电池发电技术动态回收期>20年且未实现盈余。说明沼气直燃发电技术在近期内将仍是替代燃煤发电的最佳发电技术之一。     

现阶段作物生产的生态与经济效益评估 ——以江苏省为例

通过成本、效益比较和土壤养分投入产出分析,对江苏省现阶段的作物生产状况进行了生态与经济效益评估。结果表明:在农业劳动力多而耕地少的地区,棉花与玉米、小麦、油菜接作均可获得较高经济效益;在劳动力紧缺、规模化生产的地区,种植水稻 玉米、水稻 小麦、水稻 油菜为宜,不仅省工,且可获得较高的经济效益和产品能,水稻 玉米种植模式还能获得较高的秸秆能。在当前条件下,5种作物的N肥投入均大于产出,P肥产投接近平衡,而K肥投入远远小于产出。为兼顾经济效益和生态效益,维持土壤肥力平衡,水稻施N量应减少165～225 kg/hm2,小麦应减少75～105 kg/hm2,玉米应减少90～165 kg/hm2,棉花应减少120 kg/hm2,油菜应减少60～90 kg/hm2。棉花施K量应增加120 kg/hm2,而其余作物可通过秸秆还田来补充土壤K,维持K的产投平衡。     

基于热重法的干清猪粪直接燃烧特性分析

为了研究猪粪直接燃烧供能的可行性,该文测定了干清粪方式收集的玉米-豆粕日粮型猪粪的含水率、纤维素、半纤维素和木质素含量以及发热量;采用热重法测定了猪粪的热重曲线(thermogravimetric curves,TG curves)、微分热重曲线(diffenrential thermogravimetric curves,DTG curves),分析了猪粪的可燃性指数、燃烧稳定性指数、综合燃烧特性指数。结果表明:新鲜猪粪含水率在74.28%~76.75%;高位发热量为16.72~17.65 MJ/kg,低位发热量为14.24~15.34 MJ/kg;热重分析表明猪粪可燃性指数为(1.552~1.652)×10-5 mg/(min·℃2),燃烧稳定性指数为(1.393~1.466)×10-6 mg/(min·℃2),综合燃烧特性指数为(6.480~7.305)×10-9 mg2/(min2·℃3)。猪粪球能在锅炉内良好燃烧,呈现明显的挥发分燃烧状态。研究的结果为猪粪直接燃烧供能提供了依据和参考。     

华北平原地区玉米秸秆连续供应模型的建立及应用

为保证秸秆连续稳定的供应,提高秸秆资源利用率,该文建立了基于秸秆田间收集-秸秆集中存储-秸秆利用的连续供应模型,并以华北平原地区（山东肥城）为例,确定了秸秆收储站的选址与数量,并分析了田间收集、初级运输、收储站存储、次级运输和原料装卸等5个环节的成本和能耗。结果表明,收集肥城市10万t玉米秸秆应用点的最优选址地理坐标为（N116.741,E36.069）,运用层次分析法确定收储站的优化选址与数量,拟建立10个收储站,秸秆供应成本约为169.14元/t,其中,按秸秆供应环节分析,收集成本和运输成本占比较高,分别占总成本的55%和23%;按运行成本分析,秸秆收购成本、人工成本以及燃料动力费占比较高,分别占总成本的41.39%、30.14%、25.90%。秸秆供应总能耗为186 MJ/t,其中,运输和打捆环节燃油能耗较高,分别占总能耗的45%和34%。该文建立的秸秆供应模型,对指导中国不同地区建立合理的秸秆供应模型提供参考,为秸秆综合利用过程中的原料持续稳定供应,节约供应成本和能耗具有积极的指导意义。     

玉米秸秆揉丝破碎过程力学特性仿真与试验

由于玉米秸秆揉丝破碎过程缺乏有效数值模拟方法,在一定程度上降低了加工设备结构改进效率。该文基于离散元法(discrete element method,DEM)建立了玉米秸秆离散元模型,并通过物理试验和虚拟试验相结合对玉米秸秆粘结接触模型(bonded particle model,BPM)进行了参数校核。最后针对玉米秸秆离散元模型进行了破碎仿真以及试验验证。结果表明:以5 mm/min为加载速度进行秸秆压缩和剪切试验时,最大临界载荷分别为2 260和110 N;对BPM粘结模型进行参数校核后,得到法向刚度系数、切向刚度系数、临界法向应力、临界切向应力及粘结半径分别为9.60×10~6 N/m、6.80×10~6 N/m、8.72 MPa、7.5 MPa、2 mm,此时离散元模型力学特性与含水率为87.8%的收获期玉米秸秆相接近;仿真结束后,物料可分为短型、标准型、长型及未完全破碎型4种,与试验结果相一致,不同类型物料质量与试验结果数据偏差保持在10%以内。研究结果表明离散元法应用于玉米秸秆揉丝破碎过程仿真是可行的。     

秸秆厌氧发酵改性制备成型燃料试验

针对秸秆压缩成型存在设备磨损严重和厌氧发酵面临的抗生物降解屏障,提出了一种秸秆厌氧发酵改性制备成型燃料的思路并进行了试验研究。以玉米秸秆为原料,在总固体质量分数12%和中温38℃下对原料分别进行为期10和20 d的厌氧发酵,发酵后的沼渣经粉碎和干燥后于100℃、6 MPa条件下压缩成直径10 mm的颗粒燃料。试验结果表明：经过10和20 d的发酵,玉米秸秆所含能量仅有14.49%和32.01%转移到沼气中;沼渣弹筒发热量分别达到18.01和18.05 MJ/kg,高于原料的17.02 MJ/kg;沼渣挥发物质质量分数为74.08%和72.63%,比原料的81.02%分别下降了8.6%和10.4%;沼渣木质素质量分数为16.98%和17.92%,比原料的13.65%分别增加了24.4%和31.3%;沼渣苯醇抽提物质量分数为5.66%和4.86%,比原料的7.52%分别降低了24.7%和35.4%。成型试验结果表明：沼渣制成的成型燃料松弛密度分别为1.041 g/cm3和1.150 g/cm3,比未发酵秸秆的1.019 g/cm3分别提高了2.2%和12.86%。厌氧发酵改性有助于提高秸秆成型性能、制粒达到相同松弛密度所需的压力较小,有助于降低成型过程设备磨损,且基于上述思路形成的气固二元燃料生产工艺,使秸秆的转化利用不再受制于抗降解屏障,值得深入研究。     

秸秆直燃发电供应链气体及颗粒污染物排放的生命周期评价

秸秆发电以其极好的环保效用和可再生能源利用引起各界关注,但是由于秸秆轻、薄、散的特性,导致在秸秆收集和运输的效率十分低下,从而会消耗大量石化燃料,排放出大量的气体及颗粒污染物,加之秸秆发电供应链的终端直燃发电也会排放一定污染物,必然会对其环保效用带来影响。该文依据生命周期评价方法,通过建立4个秸秆发电供应链场景,包含秸秆收集、打捆、运输存储、解包破碎以及最终发电等阶段,对其中机械及车辆石化燃料的消耗以及污染物的排放进行定量计算,发现4个秸秆发电供应链的污染物排放有较大差距,其中CO2相差1.2~2倍,CO相差1.4~5.4倍,NOX相差1.5~4.2倍,PM相差1.4~6.5倍。秸秆发电供应链环保效果与秸秆发电供应链中收集、预处理及运输存储模式有较大关系,预处理压缩环节、短距离农用车运输及压缩后道路运输距离是关键,这些因素的合理配置直接关系到秸秆发电供应链环保效用的高低。对秸秆发电供应链的整体排放以处理单位质量秸秆排放的污染气体和可吸入颗粒排放指数为标准,通过与秸秆露天燃烧和燃煤发电供应链对比分析,发现相对秸秆露天燃烧PM排放指数12.95 g/kg,秸秆发电供应链的PM排放指数为0.12 g/kg;相对燃煤发电供应链CO2排放指数1 010.1 g/kg,秸秆发电供应链的CO2排放指数为43.44 g/kg,在减少由露天焚烧秸秆造成的应急性雾霾天气和减少碳排放方面有积极作用。     

生物质颗粒燃料成型的黏弹性本构模型

为研究生物质颗粒成型燃料压缩成型机理,该文用玉米秸秆、花生壳、小麦秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆、木屑等6种生物质原料,采用生物质颗粒燃料成型机进行压缩成型,研究生物质颗粒燃料压缩成型过程,采用黏弹性理论,建立生物质颗粒成型燃料的本构模型,从力学角度提出生物质颗粒成型燃料的压缩成型机理,并研究对比不同种类生物质原料压缩的最大应力与能耗.结果表明,6种生物质原料中棉杆和木屑的最大应力较高,其余4种原料略低;木屑的压缩能耗最高,其次为棉秆、花生壳和豆秸,小麦秸秆和玉米秸秆较小.该研究结论为解决生物质颗粒成型燃料成型加工能耗高,关键部件受力磨损导致寿命低等问题提供一定参考.     

秸秆发电燃料收加储运过程模拟分析

目前,中国秸秆发电项目的燃料收加储运成本的理论模型分析仍是空白,为了能够有效控制燃料的收加储运成本,掌握不同运输距离下松散秸秆、大秸秆捆的成本变化趋势,该文建立了一个秸秆发电项目燃料收加储运模型,以国内已投入运营电厂的经验数据为基础,通过分析不同模式下的成本变化趋势,对不同收购量及不同收购半径情况下秸秆发电厂燃料收购,提出理想情况下的优化模式,即集中收集和分散收集相结合的模式。对指导秸秆发电厂建立合理的燃料收加储运模式,有效降低燃料成本具有积极的指导意义。     

基于作业成本法的秸秆收贮运成本分析研究——以江苏省为例

偏高的收贮运成本制约着秸秆产业化利用可持续发展。为揭示秸秆收贮运成本的构成,本文以江苏省盐城建湖、扬州高邮、无锡宜兴等3家秸秆收贮企业实地调研数据为样本,采用作业成本法,对小麦与水稻秸秆收贮运成本作了比较分析。结果表明:3家企业小麦和水稻收贮运成本平均为148.5元·t~(-1)和116.8元·t~(-1),麦秸收贮运成本高于稻秸。在麦秸收贮运成本中,田间收集成本占52%,运输成本占21%,贮存成本占27%;水稻秸秆田间收集成本占48%,运输成本占21%,贮存成本占31%。田间收集成本所占比重最高,其次是贮存成本,再其次是运输成本,提高秸秆田间机械化收集水平是降低收集成本最有效途径。     

泗洪县车门乡稻麦秸秆收储设施选址

科学的选址可有效节约物流成本,提高收储点的秸秆收储量,增加收储设施的利用效率,促进秸秆设施的可持续利用。该文基于GIS的物流网络设施选址方法,通过秸秆资源调查获得泗洪县车门乡的秸秆资源量及其分布情况,调查其农田道路情况,得出车门乡5个秸秆收储设施点的收储量和分布位置,并通过试验和调查获得秸秆运输车辆类型、油耗成本,分析出各收储设施点运输成本,其中,陈楼点稻麦收储总量5 728 t,总运输成本71 685元;大刘点4 703 t,66 707元;车门点4 328 t,65 264元;岗朱点2 076 t,22 642元;团结点2 590 t,27 594元,总收储量约占全乡秸秆产量的70%。该文为未来该乡完成秸秆物流网络规划提供参考性意见,也为其他地区收储站设施选址提供一个较为完整和可操作性的方法和理论依据。     

我国主要粮食作物秸秆钾养分资源量及还田替代钾肥潜力

  【目的】  粮食作物秸秆中钾养分含量及其还田后的当季释放率均较高，调查我国主要粮食作物秸秆钾养分资源量，为秸秆还田条件下农田钾素养分管理提供科学依据。  【方法】  基于最新统计数据和文献资料，采用草谷比法估算了我国不同省份和农区主要粮食作物秸秆的钾养分资源量，及其在还田条件下的钾肥替代潜力。  【结果】  2015—2017年在我国主要粮食作物种植区域，水稻、小麦和玉米秸秆的年均产量分别为23212万t、17083万t和39918万t，三大粮食作物秸秆主要分布于华北、长江中下游和东北农区，分别占全国总量的33.6%、25.4%和22.8%。水稻、小麦和玉米秸秆可以提供的年均钾养分资源量分别为529万t、216万t和568万t，长江中下游、华北和东北农区三大粮食作物秸秆钾养分资源量居于全国前列，分别占全国总量的30.4%、28.2%和22.0%。各省单位耕地面积水稻秸秆还田当季可提供的钾养分量均较高，为K₂O 115.0～209.5 kg/hm2。小麦秸秆还田替代钾肥潜力较大的省份有河南、河北、山东、安徽和江苏，占全国小麦总播种面积的71.1%，钾肥替代潜力为K₂O 82.3～97.1 kg/hm2。对玉米秸秆还田来说，其钾肥替代潜力为K₂O 67.2～170.7 kg/hm2。从全国范围来看，单位耕地面积水稻、小麦和玉米秸秆还田当季可提供钾养分量分别为 K₂O 152.6、82.4和124.4 kg/hm2。  【结论】  我国水稻、小麦和玉米秸秆还田当季可提供的钾养分量分别为K₂O 449万t、193万t和479万t。我国单位耕地面积水稻、小麦和玉米秸秆还田当季的钾肥替代潜力分别为K₂O 152.6、82.4和124.4 kg/hm2，充分利用秸秆资源，可基本满足我国粮食作物生产的钾素需求，维持土壤钾素平衡。     

安徽省县域麦稻玉米秸秆时空分异特征与还田养分输入量测算

安徽省是国家重要商品粮生产基地,作为农业大省其粮食作物秸秆产量居于全国前列。明晰全省产粮大县主要粮食作物秸秆理论资源量和可收集资源量时空分布特征,并准确测算秸秆就地还田对土壤养分输入的贡献,可为秸秆全量化差异化利用策略优化及秸秆还田情景下的农田养分平衡调控提供决策依据。研究表明,2011-2019年安徽省产粮大县三大粮食作物秸秆资源总量呈现出稳步增长的态势,而不同作物秸秆产量年际变化趋势各异：小麦秸秆先升后稳,水稻秸秆波动不大,玉米秸秆逐年递增。2019年安徽省产粮大县三大粮食作物秸秆理论资源量为3 878万t,其中小麦、水稻和玉米秸秆所占比例分别为47.3%、36.3%和16.4%。淮北区为小麦和玉米秸秆资源集中分布区,占比分别为73.0%和88.3%,水稻秸秆主要产自江淮区（41.7%）、皖西区（21.3%）及沿江区（19.7%）。主要粮食作物秸秆资源总量分布表现为淮北区（52.5%）?江淮区（24.3%）?皖西区（10.5%）?沿江区（9.1%）?皖南区（3.6%）。2019年全省产粮大县小麦、水稻和玉米秸秆可收集资源量分别为1 338万、1 041万和542万t,淮北区单位播种面积小麦和玉米秸秆可收集资源量分别为4 505～6 310和4 171～5 395 kg/hm2,江淮区、皖西区和沿江区单位播种面积水稻秸秆可收集资源量分别为4 487～5 326、4 570～5 028和4 329～5 778 kg/hm2。2019年安徽省产粮大县三大粮食作物秸秆氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分资源总量分别为25.3万、10.9万和90.1万t。在秸秆就地全量还田情景下,小麦玉米主产区（淮北区）小麦秸秆还田的氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）养分输入量分别为35.8～50.1、14.1～19.8和139.8～195.8 kg/hm2,玉米秸秆还田的养分输入量分别为42.7～55.2、16.9～21.8和93.4～120.9 kg/hm2;水稻主产区（江淮区、皖西区和沿江区）水稻秸秆还田的养分输入量分别为38.0～50.8、18.8～25.0和151.6～202.3 kg/hm2。研究结果对进一步提升安徽省产粮大县秸秆资源综合利用效率及推动农业绿色高质量发展具有重要的现实意义。     

不同作物还田秸秆的养分释放特征试验

为了探索秸秆还田与化肥的合理搭配施用,采用尼龙网袋法,研究了水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆在淹水培养下养分释放特征。结果表明,供试秸秆腐解速率均表现在培养前期腐解较快,不同秸秆之间表现为油菜秸秆大于水稻秸秆和小麦秸秆;后期腐解速率逐渐变慢,3种秸秆之间差异不明显。经过124 d的培养,水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆的累积腐解率分别为49.17%、52.17%和49.81%。秸秆中养分释放速率均表现为K＞P＞C＞N,释放量表现为C＞K＞N＞P。经过124 d的腐解,水稻秸秆、小麦秸秆、油菜秸秆的碳释放率分别为7.53%、66.58%、52.54%;氮分别为42.05%、49.26%、57.83%;磷分别为68.28%、59.93%、67.32%;钾在培养12 d后释放率均达到98%。根据秸秆腐解特征及养分含量,作物推荐施肥量中可以减少钾肥用量,并适当延后施用;在还田初期可以不调整氮磷肥的施用量。     

不同作物秸秆在旱地和水田中的腐解特性及养分释放规律

以水稻、小麦、玉米秸秆和油菜、蚕豆青秆为研究对象,采用尼龙网袋法,研究了不同秸秆翻埋入旱地和水田后的腐解特性及养分释放规律,以期为紫色丘陵区农业秸秆循环利用和秸秆还田技术提供理论依据。结果表明:秸秆翻埋还田后,5种供试秸秆腐解速率均表现为前期(0~60 d)快、后期(60~360 d)慢。经过360 d的腐解,旱地秸秆累积腐解率为52.88%~75.80%,表现为油菜水稻玉米小麦蚕豆趋势,且蚕豆青秆累积腐解率显著低于其余秸秆;水田中秸秆累积腐解率为45.01%~62.12%,表现为水稻玉米小麦油菜蚕豆趋势。5种秸秆在旱地和水田中养分释放率均表现为钾磷氮碳,在试验终点,旱地中秸秆碳、氮、磷和钾释放率分别为65.50%~87.37%、54.64%~69.72%、89.65%~98.96%和79.92%~96.63%,且油菜秸秆养分释放率高于其他4种秸秆;水田中秸秆碳、氮、磷、钾释放率变幅分别为49.95%~69.57%、32.89%~77.11%、90.70%~96.80%、77.45%~90.47%。总体表现为秸秆在旱地土壤中的累积腐解率和养分释放率均大于水田,旱地油菜和水稻秸秆较易腐解,水田水稻和玉米秸秆较易腐解释;秸秆中钾素释放速率较高。     

不同农作物秸秆收储运模式成本和能耗比较

为降低农作物秸秆收储运过程中成本和能耗损失,选择合适的收储运组合模式,促进秸秆规模化利用,该文建立了基于设备—人工—费用的秸秆收储运数学模型,并以华北平原为例,分析不同秸秆收储运模式(分为集中型、分散型;人工收集、机械收集等)和不同秸秆收集量对成本、能耗的影响以及人工、设备的实际需求。结果表明,秸秆收储运成本一般在120~260元/t之间,秸秆收储运能耗在(1.2~5.5)×105 kJ/t之间;田间机械收集比人工捡拾成本低,但所需设备投资较高,能耗明显升高;人工收集则需要大量的人工。收集方式相同时,集中型收储运模式成本和能耗都比分散型低;人工收集时秸秆收集量小于25万t或机械收集时收集量小于50万t,建议选择集中型收储运模式,否则选择分散型收储运模式。该文建立的收储运数学模型,为选择合适的秸秆收储运组合模式提供了参考依据;对促进秸秆能源利用,具有很大的指导意义。     

淹水土壤有机酸积累与秸秆碳氮比及氮供应的关系

有机酸积累和毒害是稻田秸杆还田中受到广泛关注的问题。本文以水稻与小麦秸杆为材料，采用淹水培养研究了甲酸、乙酸、丙酸及丁酸在士壤中的积累及其与秸秆碳氮比、氮肥添加量的关系。结果表明，在不施用氮肥的情况下。随秸秆用量的增加，秸秆处理的有机酸积累均显著增多。与稻秸处理相比，麦秸处理的有机酸（尤其足丙酸）积累量显著较高，土壤溶液中NH4^＋浓度显著较低。加入尿素明显减少有机酸积累，促进CH4排放，但对CO2的排放无显著影响；氮素的影响在麦秸处理中表现的尤为明显。上述结果说明麦秸的高碳氮比增加了无机氮的生物固定，抑制有机酸向CH4转化，从而导致麦秸处理有机酸积累量高于稻秸处理。施用氮肥是减少麦秸还田后有机酸积累的有效措施之一，但此措施将可能促进CH4的排放。     

还田秸秆及其腐解产物的吸水能力研究

[目的]研究水稻、小麦和油菜作物秸秆的腐解规律及其对秸秆吸水能力的影响,为农田秸秆资源有效利用和田间水分管理提供相应的理论依据。[方法]采用尼龙网袋法进行试验研究。[结果]在土壤水分饱和状态下,3种秸秆腐解速率均表现为前期快,后期缓慢的特点。培养结束(110d)时,水稻、小麦和油菜秸秆的累积腐解率分别为67.8%,55.5%和49.2%。光学显微镜结合红外光谱结果显示,与对照相比,水稻秸秆经过110d的腐解,其物质组成、化学结构和形貌特征均发生显著变化,小麦和油菜秸秆变化不明显。腐解0d时,水稻、小麦和油菜秸秆饱和吸水量依次分别为3.87,2.51,3.61g/g。随着秸秆组分、结构和形貌的变化,秸秆及其腐解产物饱和吸水量也有显著性差异。水稻秸秆在腐解15d时的饱和吸水量最大,为5.17g/g,之后其饱和吸水量逐渐下降并趋于稳定;小麦和油菜秸秆的饱和吸水量在腐解5d时达到最低值,分别为1.87,2.59g/g;之后其饱和吸水量逐渐增加。单位秸秆的吸水效果表明,3种作物秸秆在腐解初期的持水量最大,之后随着腐解时期的延长而有所降低。[结论]还田作物秸秆的吸水能力受到还田秸秆质量和腐解时期的双重影响,故在开展秸秆还田(尤其翻压)时,应注意秸秆含水量,还田时期和田间水分管理,降低由秸秆吸水产生的负面效应。