不同配方生物质燃料物理特性与燃烧特性研究

[目的]研究生物质燃料的物理特性和燃烧特性,探讨生物质燃料在烟叶烘烤应用上的可行性。[方法]采用HCK045A型高效生物质颗粒机压制9种不同配方的颗粒燃料,同时以100%煤粉为对照(CK),对不同配方生物质燃料的结构组成、工业分析、发热量、灰分元素、结渣率、灰熔点、物理性状等物理特性及燃烧特性相关指标进行比较研究。[结果]不同配方生物质颗粒燃料在物理特性和燃料特性方面有一定差异,其中含有木屑或烟秆配方的颗粒燃料纤维素和木质素含量高于含有烟梗的配方处理,因而挥发分和固定碳含量也较高,但灰分和含水量则低于含有烟梗的配方。燃烧过程中,含有木屑或烟秆配方的燃料由于软化温度高,因而底灰结渣率低于CK,而含有烟梗配方的处理则高于CK;同时,含有木屑或烟秆配方的颗粒燃料点火时间比CK快543.55 s,燃烧持续时间比CK长1.8倍。但在抗碎强度与抗渗水性等物理性状方面,则是含有烟梗配方的处理较好。[结论]与100%煤粉烘烤相比,虽然生物质燃料发热量略低,但其他燃烧性能指标均能达到烟叶烘烤的工艺要求,可以作为烟叶烘烤的替代能源,其中50%木屑+50%烟秆的配方尤佳。     

复合菌剂对玉米秸秆的生物降解作用

为了最大限度地降解农业废弃物玉米秸秆,本研究探讨复合菌剂对玉米秸秆的生物降解作用。采用国家标准中相关测定方法对玉米秸秆中的纤维素和木质素进行测定。结果表明,S-3菌株与白腐真菌复合得到的复合菌剂对玉米秸秆中的纤维素和木质素有很好的降解作用,其最佳降解玉米秸秆的条件为:S-3菌株与白腐菌复合配方为8∶8,料水比为1∶2.5,发酵温度为30℃,发酵时间为17d。在此条件下,秸秆纤维素的降解率为:35.60%,木质素的降解率为:37.41%。     

玉米秸秆好氧水解特性研究

秸秆木质纤维素水解过程,影响秸秆沼气制备速度。提高水解效率关键是破坏木质素对纤维素和半纤维素屏蔽作用,而木质素降解需有分子氧存在。因此,在秸秆厌氧发酵前好氧水解发酵秸秆有利于提高秸秆生物可降解性。为揭示玉米秸秆湿法好氧水解特性,在总固体浓度(TS)为10%,好氧水解温度为35、38、41、44、47℃,好氧水解时间为8、16、24、32、40 h条件下湿法水解发酵试验。结果表明,湿法好氧水解能有效破坏玉米秸秆木质素结构,获得较高木质素降解率,温度44℃,时间经历8 h时木质素即降解15.79%,是好氧水解40 h时总降解率49.5%。在此条件下,总有机物损失率仅为4%,经过湿法好氧水解玉米秸秆TS产气量和产甲烷量与未经处理玉米秸秆相比分别提高28.4%和29%。     

玉米秸秆纤维素提取工艺优化

[目的]优化提取玉米秸秆纤维素的最佳工艺条件。[方法]采用氢氧化钠-醋酸-亚氯酸钠法提取玉米秸秆纤维素,并用硝酸乙醇法测定纤维素含量。利用单因素试验探讨原料用量、提取时间以及提取温度等因素对产品纤维素含量的影响,并利用正交试验优化工艺条件。[结果]提取玉米秸秆纤维素的最佳工艺条件为:提取过程中,搅拌速度为500 r/min;半纤维素脱除过程中,称取5 g秸秆粉末,NaOH溶液质量分数为9%,提取温度T_1为60℃,提取时间t_1为120 min,将产物洗涤烘干;木质素脱除过程中,取上述产物进行试验,亚氯酸钠用量为1.5 g,醋酸用量为10 m L,提取温度T_2为70℃,提取时间t_2为60 min,将产物洗涤烘干得到纤维素。在此最优工艺条件下,产品纤维素纯度平均可达81.45%,最高可达82.29%,而且经红外分析可发现半纤维素和木质素已基本被去除。[结论]该工艺研究可为玉米秸秆纤维素的批量生产提供理论指导。     

对棉花秸秆饲用价值的基本评价

本实验分析了棉花秆中概略养分含量 ,并采用尼龙袋法和体外产气技术对棉花秸秆的营养价值进行了初步评定 ,结果表明 :(1 )棉花秸秆中营养成分等含量为粗蛋白 6 .5 %、半纤维素 1 0 .7%、纤维素 4 4 .1 %、木质素1 5 .2 %、钙 0 .6 5 %、磷 0 .0 9%、游离棉酚 0 .0 3%。粗蛋白、纤维素和木质素含量高于主要农作物秸秆 ;且棉花秆各部位营养成分含量不同。 (2 )棉花秆的干物质有效降解率较低 ,为 33.3% ,分别为玉米秸秆、稻草和小麦秸秆干物质有效降解率的 5 4 .1 % ,6 7.7% ,88.3% ;代谢能为 5 .2 3MJ·kg-1 DM ,分别为玉米秸秆、稻草和小麦秸秆代谢能的6 4 .6 % ,6 9.7% ,87.8%。 (3)体外产气技术对棉花秸秆饲用价值研究的结果与尼龙袋法研究的结果一致。因此 ,棉花秸秆是一类有一定粗蛋白含量 ,但干物质有效降解率和代谢能都较低的粗饲料     

中温NaOH预处理对玉米秸秆发酵产沼气的影响

研究了中温湿式NaOH预处理的NaOH质量百分数(相对TS)、预处理时间、预处理温度对玉米秸秆成分木质素、半纤维素、纤维素、发酵产气量、产气周期的影响,旨在获得最佳预处理条件。结果发现,NaOH可以有效去除木质素,但是短期(15 h)内预处理对纤维素影响不大;NaOH预处理玉米秸秆最佳条件为6%、50℃、12 h;最高产气量为4 402.2 m L,比未预处理秸秆产气量提高45.22%。1%~6%浓度的NaOH预处理均可降低厌氧发酵DT80。     

玉米秸秆制备乙醇预处理及水解工艺的研究

以玉米秸秆为原料,利用2%NaOH溶液对原料进行预处理,并研究预处理温度、时间、秸秆粒度对纤维素、半纤维素、木质素的含量以及脱除率的影响。结果表明,当温度为100℃、时间为4 h、粒度为16目时,半纤维素和木质素的脱降率达90.6%和86.4%,纤维素含量达53%。采用浓硫酸法对预处理后的秸秆进行水解工艺研究,在比较了液固比、时间、温度、酸浓度等单因素影响后,采用正交试验进行优化,得到最佳水解工艺的条件:温度为50℃、时间为10 min、硫酸浓度为72%、液固比为10 mL∶1 g。     

F_1菌株对玉米秸秆木质素和纤维素降解能力的研究

为了探讨F1菌株的产酶活性及其对玉米秸秆中木质素和纤维素的降解能力,以羧甲基纤维素钠为诱导物配制培养基Ⅰ,以不加羧甲基纤维素钠为对照配制培养基Ⅱ,分别接种F1菌株,在25℃下培养诱导产生纤维素降解酶Cx,用分光光度法测定不同时间所产生的酶活。将培养5 d的F1菌株以10%的接种量转接到玉米秸秆固体发酵培养基上培养,在5 d1、0 d、15 d2、0 d用差重法测定F1菌株对玉米秸秆中半纤维素、纤维素和木质素的降解能力。结果表明,以羧甲基纤维素钠为诱导物培养基,F1菌株能够产生Cx酶,而且在第5天时酶活性最强。F1菌株在玉米秸秆发酵培养基中的生长情况良好,培养前15 d,F1菌株对纤维素和木质素的降解都很快,之后对纤维素的降解速率明显降低甚至停止降解。培养20 d,对半纤维素、纤维素和木质素的累计降解速率为3.5%、10.5%、7.0%。     

大粒径生物质成型燃料物理特性的研究

以华北产量较大的玉米秸秆、大豆秸秆为原料,采用H PB-III改进型生物质秸秆成型机,就大粒径秸秆粒度、含水率等对成型密度、抗水性影响因素进行了研究。结果发现,原料含水率在8%～15%时均很容易压缩成型,在12%左右成型效果最佳,成型密度接近或大于1g·cm-3。经抗水性试验发现其耐水浸蚀性能好,玉米秸秆成型燃料最长达300h,便于储存、处理及运输。从成型燃料专用燃烧设备燃烧试验看到,该成型燃料燃烧充分,燃烧效率超过98%,最高燃烧温度1100℃以上,燃烧过程飞灰少,不结渣或轻微结渣。     

玉米秸秆中木质素、半纤维素和纤维素的组分分离研究

针对分离植物茎秆中的木质素、半纤维素和纤维素需高温和高压处理的苛刻条件以及所得组分纯度和回收率均较低的缺陷,采用乙醇和硝酸相结合的方法对玉米秸秆在常压下进行预处理,经稀碱溶液蒸煮及过氧化氢处理,实现高效分离和回收木质素、半纤维素和纤维素组分的目的。正交试验确定的最佳条件为：固液比1∶14、硝酸与乙醇体积比1∶2、76℃下反应3 h,原料的木质素脱除率达76.3%,木质素回收率为44.5%;预处理后的原料以4% NaOH为溶剂、固液比1∶40、95℃下蒸煮2.5 h,其半纤维素脱除率98.8%,半纤维素回收率达66.0%（滤液∶乙醇1∶0.8、pH 7、沉淀2 h）;粗纤维素以2.5%H2O2为溶剂、固液比1∶30、pH 11.5、（46±1）℃下处理6 h,其纤维素纯度99.28%,回收率59.7%。该方法具有工艺条件温和及绿色环保等优势,为玉米秸秆的分级利用提供了一条新的途径。     

几种生物质热解炭基本理化性质比较

生物炭由生物质材料在无氧或缺氧条件下经高温裂解形成,是土壤改良和废弃物处理的良好改良剂。选取五种生物质原料(大豆秸秆、玉米秸秆、水稻秸秆、稻壳和松针,均为农林废弃物),经300、400、500、600和700℃热解2 h,测定其结构及理化性质。研究结果表明,生物炭炭化结构良好清晰;生物质形成生物炭在BET比表面积、T-PLOT微孔容积、p H和阳离子交换量值方面均随热解温度升高而升高,大豆秸秆和玉米秸秆比表面积在700℃时达到最高;平均孔径随热解温度升高有一定程度下降;700℃下水稻秸秆和稻壳形成生物炭具有最高硅含量。除松针炭外,其余各生物炭呈碱性。     

牛粪复混生物质颗粒燃料成型及特性分析

为了提高以牛粪为主料的多原料混合生物质燃料的发热量,降低成型颗粒燃料含硫量,提升燃料的适用性和综合品质,选取锯末、谷糠、果树残枝3种常见的木质类和非木质类有机废弃物为辅料,通过调节原料配比及含水率,采用挤压成型和特性测定等方法,分析了原料含水率和原料配比对颗粒成型燃料成型率、全水分、灰分、挥发分、固定碳、含硫量和发热量的影响。结果表明：颗粒成型率和全水分受原料组成和含水率共同作用,低灰、低硫和高热量的生物质燃料更有利于市场应用,在满足颗粒成型的条件下,颗粒的热值与灰分、全水分呈负相关,与固定碳含量呈正相关。在牛粪中添加锯末和果树残枝更有利于降低灰分含量,增加果树残枝更有利于提高颗粒的固定碳含量,混合物料中牛粪+果树残枝2∶1混合处理的固定碳含量最高,达到17.6%。牛粪含硫量偏高,3种辅料都有利于降低成型燃料的含硫量,牛粪+果树残枝2∶1混合与牛粪+锯末+果树残枝1∶1∶1混合等多个组合可以将牛粪含硫量从0.30%降到0.10%~0.12%,与单独牛粪相比,发热量提高2.88%~4.63%。综合各处理组的原料成型率和燃料燃烧特性,牛粪与果树残枝2∶1混合是牛粪制备颗粒燃料的最优组合配方。     

蔗糖含量与玉米对镰刀菌茎腐病的抗病性的关系

就玉米茎秆蔗糖含量与玉米对由禾谷镰刀菌 ( Fusarium graminearum)引起的茎腐病 ( cornstalk rot)的抗性间的关系进行了研究。结果表明 ,在玉米生理成熟期地上第二茎间髓部组织内蔗糖的含量与玉米对茎腐病的抗性密切相关 ,抗病的玉米杂交种的蔗糖含量明显高于感病的玉米杂交种。蔗糖含量与茎腐病的发病率呈显著的负相关关系。研究结果表明 ,在生理成熟期地上第二茎间髓部组织内蔗糖含量可作为选育抗镰刀菌茎腐病玉米杂交种的生化指标。     

秸秆颗粒燃料密度及成粒率影响因素的研究

以玉米秸秆为原料,利用环模制粒机,进行颗粒燃料制备试验.通过单因素试验考察原料含水率、粒径和发酵时间对秸秆颗粒燃料密度和成粒率的影响;采用二次回归正交旋转组合试验,建立各因素与秸秆颗粒燃料成粒率间关系的数学模型,分析各试验因素影响成粒率的重要程度.通过优化计算,确定秸秆颗粒燃料成粒率最高时的因素优化参数为:原料含水率20％,发酵时间4h,粒径1.66mm,此时秸秆颗粒燃料成粒率为97.53％.试验验证结果表明,最优参数组合实测值与预测值相一致.     

基于离散元法玉米秸秆双层粘结模型力学特性研究

针对玉米秸秆外表皮与内穰力学特性存在显著差异问题,建立离散元玉米秸秆双层粘结双峰分布模型,通过力学试验与虚拟仿真试验对比,标定玉米秸秆外表皮和内穰力学参数,校正离散元模型,探究玉米秸秆力学特性.结果表明,采用离散元Hertz-Mindlin with bonding颗粒接触方法可建立玉米秸秆双层粘结双峰分布模型.完善DEM方法建立玉米秸秆颗粒粒度随机分布的双层粘结模型方法.通过力学试验得出青贮玉米秸秆外表皮弹性模量和剪切模量分别为982.52和387.58 MPa,青贮玉米秸秆内穰弹性模量和剪切模量分别为28.64和8.13 MPa,外表皮木质部与内穰纤维部力学特性差异显著.计算得出外表皮-外表皮、外表皮-内穰、内穰-内穰之间粘结参数.通过单轴压缩试验,剪切与虚拟仿真试验对比验证离散元模型可靠性.文章所建立玉米秸秆双层粘结双峰分布离散元模型表征两者力学特性差异,为青贮玉米饲料数值化研究提供理论依据.     

基于工业分析指标的秸秆生物炭热值预测

为了有效的预测秸秆生物炭热值,选取棉花、小麦、玉米、油菜和水稻5种农作物秸秆,经过粉碎、干燥后进行炭化处理后,获得175个秸秆生物炭试验样品,并按相关标准测定其热值及灰分、挥发分和固定碳含量。在分析炭化工艺、工业组成与高位热值相关性的基础上,采用回归方法建立基于工业组成的秸秆生物炭热值的预测模型。分析结果表明,对比不同炭化条件下制备的秸秆炭样品的热化工特性,炭化温度对热值影响最明显,保温时间与升温速率对热值影响小。通过方差分析检验,基于工业分析组成建立的秸秆热值曲线拟合方程都是显著的,其中基于灰分、灰分和挥发分、挥发分和固定碳、灰分和固定碳的秸秆热值曲线拟合方程达到了较好的预测精度。     

玉米秸秆液化树脂化研究

[目的]研究玉米秸秆液化及树脂化的工艺条件,进而提高玉米秸秆资源的利用价值及开辟玉米秸秆利用的新途径.[方法]以苯酚为液化剂、磷酸为催化剂对玉米秸秆进行液化,通过单因素试验和正交试验确定玉米秸秆液化的最优工艺;然后对液化产物进行树脂化,利用单因素试验确定树脂化工艺.[结果]玉米秸秆液化的最优工艺条件：液化温度150℃、液化时间165 min、固液比3∶13、磷酸用量10％,该液化工艺条件下,玉米秸秆液化残渣率为l2.1％;树脂化工艺条件：甲醛与液化产物摩尔比1.8、NaOH与液化产物摩尔比0.35、树脂化合成温度85℃、保温时间40 min、水与液化产物摩尔比8.0,该工艺条件下可生产获得综合性能较好的玉米秸秆液化物树脂,用其压制的胶合板干状强度1.788 MPa、湿状强度0.812 MPa,胶合强度符合国家标准（GB/T 17657-1999）对Ⅰ类胶合板的要求（≥0.700MPa）.[结论]以玉米秸秆液化产物制备的酚醛树脂胶黏剂可用于木材加工.     

我国南方3种主要作物秸秆炭的理化特性研究

以我国南方水稻(D)、棉花(M)和玉米(Y)3种主要作物秸秆为研究对象,研究了400、450、500℃温度下制备的作物秸秆炭的主要理化特性。研究结果表明:生物炭的出产率因热解温度和秸秆种类而异,一般低温出产率高,高温趋于稳定,3种物料灰分含量是DYM;生物炭p H值随热解温度升高而增大,且均呈碱性;比表面积总体上随温度增加而增加;有机碳和总氮含量随热解温度升高而降低,总磷和钾含量随热解温度升高而增加;不同秸秆炭所含官能团基本相同,-OH随温度升高呈减弱趋势,而芳香性结构增加。经综合对比,推选500℃下制备的生物炭较好。     

生物质燃料燃烧机理及影响其燃烧的因素分析

生物质燃料是一种资源储量大、清洁环保的可再生能源,研究其燃烧机理是一项非常有价值的工作。主要以秸秆燃料为例对生物质燃料的燃烧机理进行详细介绍;分别从炉膛温度、空气量、生物质燃料颗粒尺寸、反应时间、水分含量、灰分含量以及气固混合比等方面对影响生物质燃料燃烧的因素进行详细分析;对生物质燃料燃烧设备的设计有针对性地提出一些建议。     

吉林省几种常见生物质颗粒燃料的性能

对吉林省几种常见树种颗粒燃料的性能指标进行了测定分析.结果表明,7种颗粒燃料以玉米秸秆颗粒的灰分质量分数最大(11.90%),沙松去皮颗粒的灰分质量分数最低(0.37%);杨木颗粒的去灰分热值最大(20.896kJ/g),其次是椴桦混颗粒(20.885kJ/g),白桦去皮颗粒的去灰分热值大于白桦未去皮颗粒,木质颗粒大于秸秆颗粒.木质颗粒燃料以杂木颗粒燃料的轴向抗压性最强,其轴向载荷值为0.2355kN,其次为沙松去皮颗粒,其轴向载荷值为0.2149kN,白桦未去皮颗粒要强于去皮颗粒;白桦未去皮颗粒燃料的径向抗压性最强,其径向载荷值为0.6402kN,其次为杂木颗粒,其径向载荷值为0.6242kN,白桦未去皮颗粒要强于去皮颗粒.从抗压性角度分析宜选用杂木颗粒.杨木颗粒和杂木颗粒的质量损失率相对于其他4种颗粒较低,分别为0.1316%和0.1438%.椴桦混颗粒燃料的渗水率最大(10.235%),其次为白桦去皮颗粒(10.233%),白桦未去皮颗粒的抗渗水性要强于去皮颗粒.通过不同时间抗渗水性能测试,20h后,6种木质颗粒都呈完全剥落状,但杂木颗粒状态要稍好一些,外型仍呈颗粒状.不同颗粒燃料的去灰分热值、轴向载荷和抗渗水率具有显著差异(t检验,p<0.05).