北方“四位一体”农村能源生态模式的能流分析及其系统评价

以沈阳农业大学中国北方综合能源示范基地内的“四位一体”北方农村能源生态模式为研究对象，根据实际试验数据，运用能流分析的方法，对该系统的3个子系统的能量投入和产出进行了计算、比较和分析。结果表明：该系统的运行情况良好，农业生产结构相对合理，能量相对密集，是一个生产力水平一般、综合效益可观的现代化农业生态系统。在综合分析和评价过程中，发现系统还存在一些不足之处，针对这些不足提出了改进建议。     

流化床等离子体加热稳定性试验

采用电能和氩气等离子体两种加热方式，考察流化床反应器内不同位置温度的变化。在电加热速率不变的条件下，测定玉米秸秆样品在热裂解试验的3个阶段的（预热、反应和反应结束）温度，通过对不同阶段温度随时间变化分析得出采用电预热反应器，预热时间长，流化床床层温差较大，约为200℃；电预热后再通入氩气等离子体加热反应器，预热时间短，反应器预热到设定温度的时间一般为1h，且床层温差小（50℃左右）；反应过程中温度稳定，有利于影响因素和产物特性分析。     

下降管式生物质快速热解反应器温度场控制与检测

下降管式生物质快速热解器内部温度场的准确控制与测量，是影响生物质快速热解挥发的一个关键因素。为了研究物质快速热解热挥发特性，设计制作了下降管式生物质快速热解反应器及其温度场的控制与检测系统，并且利用该反应器进行了玉米秸秆粉末快速热解挥发特性实验。实验结果表明，该实验装置能够对反应温度进行准确控制和测量；玉米秸秆粉的热解挥发率随热解温度的升高、停留时间的增加呈非线性增大。     

两种农业废弃物闪速热解挥发特性实验

利用层流炉研究生物质粉在闪速加热条件下的热解挥发特性,选用小麦秸秆粉和花生壳粉为实验材料,确定反应温度(750～900K)和反应时间(0.115~0.240s)为实验参数,首先验证了反应区温度基本均匀一致的实验前提,然后进行热解实验,得到小麦和花生壳在不同条件下的挥发百分比,建立一级反应模型。据此求解出频率因子A和活化能E,最终得到小麦秸秆粉和花生壳粉的挥发特性方程,并验证了实验值与预测值的符合程度非常高,证明了实验和数据分析的正确性,为生物质热解液化研究提供了基础数据。     

下降管生物质热裂解液化反应器设计

以固体热载体加热工艺原理设计开发了一种新型下降管生物质快速热裂解液化反应器.详细阐述了反应器中的陶瓷球热载体换热器、颗粒喂料器、反应管、颗粒分离及热裂解气冷却系统等主要组成部件的结构,并对各部件的性能进行了试验测试.试验结果表明,热载体的温度与喂料速率控制精确,热载体与炭粉颗粒分离完全;空心锥喷嘴非常适合生物质热裂解气体产物的喷淋冷却,当喷嘴孔径为4.0mm、液体压力为0.2 MPa时雾化效果最佳,利用该喷淋冷却方式时秸秆类生物质热裂解生物油的收集率达到43％.     

层流炉反应管内炭粉颗粒运动的PIV试验

为了研究炭粉颗粒在层流炉反应管内的运动规律,按照1∶1比例设计制造了一套透明玻璃试验装置用于PIV流场测量。分别在4种不同的主气流量下,对粒径为100～120目的炭粉颗粒在反应管内的速度场进行了PIV无接触测量。结果表明,在反应管中心处,开始时,炭粉颗粒的轴向速度在下料口附近很小,然后迅速增加到最大值,而后以此速度运动一段距离后,速度开始减小。在约1.8～123.8 mm段,炭粉颗粒的轴向速度在管道中心处为最大。轴向速度沿径向成类似抛物线状分布;通过对测量数据的分析计算,获得了管内气流雷诺数与炭粉颗粒停留时间（无量纲处理后）的关联式。     

膨润土对猪粪厌氧发酵重金属铬钝化的影响

随着饲料工业的发展,铬(Cr)等重金属元素作为饲料添加剂在规模化养猪场中广泛应用,且由于猪对重金属吸收利用率低,Cr等重金属元素积累在猪粪中。厌氧发酵是中国政府倡导的处理畜禽粪污的有效途径,但经厌氧发酵,重金属仍残留在沼肥中。重金属的危害与其形态密切相关。因此,为减少沼肥中重金属污染、提高其资源化安全利用提供科学依据,该试验以猪粪为发酵原料,添加5%干物质含量的天然/微波膨润土(微波加热2、4、8min),厌氧发酵时间为40d,在温度为35℃、接种物量为30%、pH值为7、总固体质量分数为10%的条件下进行试验,研究猪粪及其添加天然/微波膨润土厌氧发酵对产气特性、重金属铬(Cr)的钝化效果的影响,并采用光谱、能谱分析其钝化机制。结果表明,猪粪添加膨润土厌氧发酵总产气量、平均甲烷体积分数、重金属Cr残渣态含量占比及其有效态钝化效果均显著高于猪粪单独厌氧发酵处理,短时间微波改性处理(2和4min)显著高于天然膨润土处理(P0.05),而当微波处理膨润土时间较长时(8min)时,上述指标反而比短微波时间组下降,上述指标最佳膨润土微波加热时间均为4min;傅里叶红外光谱及其特征参数比值显示,厌氧发酵后沼渣中碳水化合物、羧酸盐、脂肪族化合物等含量减少,芳香族化合物等含量增加,添加天然膨润土处理促进了沼渣中有机质转化为腐殖质,且添加微波改性膨润土强化了腐殖化程度;扫描电镜及能谱分析显示,猪粪主要由不规则有机质组成,厌氧发酵后转化为腐殖质,添加膨润土促进了沼渣腐殖化过程。经过微波加热处理后膨润土表面由光滑致密变为粗糙多孔,为重金属Cr提供了更多的吸附位点,提高了腐殖质和膨润土对重金属的钝化能力。研究结果可为畜禽粪便厌氧发酵重金属钝化提供参考。     

活性炭催化生物质与低密度聚乙烯共热解

为探究生物质主要组分与聚烯烃塑料在活性炭共催化热解过程的相互作用机理,该研究采用磷酸活化法制备了活性炭催化剂,利用固定床反应器对纤维素、木聚糖、木质素、花旗松单独催化热解及其与低密度聚乙烯共催化热解产物的产率及组成进行了分析。结果表明,活性炭催化纤维素和木聚糖单独热解的主要产物为呋喃类物质,其质量分数分别为78.6%和83.2%;而活性炭催化木质素热解的主要产物为简单酚类物质（86.6%）。与理论计算值相比,四种混合物共催化热解所得液体产率降低了8.7%～11.4%,气体产率提高了22.6%～64.0%;液体产物中芳烃和轻质脂肪烃（C9～C16）的质量分数增加而氧化物的质量分数降低;气体产物中H2的体积分数有所增加而CO和CO2的体积分数明显降低。活性炭催化剂作用下,生物质三组分与低密度聚乙烯之间相互作用的影响程度有所不同。     

木质纤维素生物质厌氧发酵沼渣热化学转化利用研究进展

厌氧发酵技术可以将木质纤维素生物质转化为沼气,并伴随副产物沼渣产生。随着大型沼气工程的发展,大量沼渣排放已成为厌氧发酵技术推广应用的主要限制因素之一,亟须对沼渣进行快速有效处理。其中,沼渣的热化学转化利用符合大型沼气工程发展趋势,是当前的研究热点之一。首先分析木质纤维素沼渣的原料特性与热化学转化潜力;再对沼渣成型燃料、热解以及水热炭化等领域的研究现状进行分析,着重对沼渣衍生产物特性、热化学转化过程中存在的问题以及与厌氧发酵结合的潜在优势等方面进行讨论;最后,对沼渣热化学转化的发展趋势进行了展望。木质纤维素生物质厌氧发酵与沼渣热化学转化结合的应用模式研究对大型沼气工程推广应用具有一定的科学意义。     

旋风除尘器对生物炭粉的除尘特性

生物炭粉是生物质热解液化工艺的主要副产品之一,其被清除的效果对生物油质量有较大影响。该文以下降管式生物质热解液化装置作为试验平台,试验分析了旋风除尘器对炭粉的除尘效果。该工艺中,进入旋风除尘器的热解气含尘浓度范围一般为35～50g/m3,且浓度随机波动较大;旋风除尘器收集的炭粉粒径范围为0.39～30μm的颗粒占总量的91.29%,几乎没有小于0.39μm和大于40.72μm的颗粒;旋风除尘器的除尘效率不高,一般低于80%。旋风除尘器的除尘效率随热解气中炭粉浓度增加而略有提高。