"绿色"引领下东北地区秸秆产业发展长效机制解析

东北地区秸秆产出总量大、积温低,是中国秸秆综合利用的重点和难点区域,推进东北地区秸秆综合利用对于保护黑土地、促进农业绿色发展具有重要意义。该研究在总结农业绿色发展内涵的基础上,结合东北地区秸秆利用现状、主要问题和发展需求,分析了"绿色"引领下秸秆产业发展的总体思路。通过文献调研,研究了以美国等为主的直接还田肥料化利用方式、以韩国等为主的种养结合饲料化利用方式,以丹麦等为主的发电供热能源化利用方式,结合东北地区秸秆利用主要成效与典型做法,阐释了"绿色"引领下东北地区秸秆产业发展长效机制的构成要素及其内在关联,绘制了秸秆产业发展长效机制框架图,并从技术装备研发、法规政策创设、市场主体培育、公共服务与市场监管等方面进行了解析。提出了基于产业发展长效机制的全要素、多维度秸秆利用模式构建原理,并示例说明了利用模式构造基本过程与方法。该研究可为推动东北地区秸秆高质高效利用提供基础支撑和决策参考。     

国内外生物质成型燃料质量标准现状

中国生物质成型燃料标准体系建设初步取得了一些成效,但与欧美发达国家相比标准制定工作进展较为缓慢,一定程度上制约了产业发展。该研究分析了国内外生物质成型燃料标准体系和质量认证体系现状,研究生物质成型燃料质量影响因素及质量要求;与ISO国际标准比较,分析了木质、非木质生物质成型燃料各指标质量分级要求,结合中国国情,提出中国生物质成型燃料质量标准仍需进一步完善。同时与国内煤炭质量相关标准进行比较,生物质成型燃料灰分含量低,硫含量、砷和汞等重金属含量极低,对环境友好,是良好的替代散煤的固体燃料。通过研究提出建议成立生物质成型燃料国家标委会,亟需制定质量分级和污染物排放国家标准,并应区分商用、民用以及工业用等不同应用对象的燃料质量要求。     

我国集约化奶牛养殖场粪污污染综合防治全链条技术模式评价

我国奶牛粪污产量大、成分复杂、处理效率低、污染风险高,集约化养殖场粪污污染综合防治效率亟需提升。基于我国奶牛养殖场主要分布区域的3 000 头以上大型集约化奶牛养殖场,开展了粪污污染综合防治技术模式评价研究,对粪污污染综合评价指标体系确定权重,进行指标赋值,提出评分标准,开展技术模式评价,因地制宜提出大型集约化奶牛养殖场粪污污染综合防治最佳技术模式。结果表明,技术指标在指标体系分配权重最高,占比59.36%,其次为经济指标和环境指标。15 个评价指标共赋值203 个,形成评分标准。凝练出6 种“全链条”粪污污染综合防治技术模式,其中,以厌氧发酵技术为核心的“干清粪干发酵气肥联产+沼渣肥农田施用”模式、以垫料化技术为核心的“干清粪垫料+粪肥农田施用”模式分别适合在华北和西北地区推广应用,而以肥料化技术为核心的“干清粪堆肥+全量还田利用”模式在北方地区都较为适用。该研究可为集约化奶牛养殖场粪污污染综合防治提供参考。     

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.     

切碎农作物秸秆理化特性试验

选取我国粮食主产区的玉米秸秆及华北地区的7种农作物秸秆为研究对象,采用生物质原料测试方法、标准试验研究了用于生产生物质压块燃料的切碎物料(粒度为5 ～ 30 mm)的理化特性.试验结果表明,不同地区的玉米秸秆理化特性差异较大,东北地区的静态堆积角最大,堆积密度最小,比其他地区平均低17.25％,灰分含量最低;同一地区的不同农作物秸秆的理化特性存在显著差异,玉米秸秆和棉秆的动态外摩擦角显著差异高于其他秸秆,豆秸、棉秆、花生壳的堆积密度最高.     

木质类生物质粉碎机设计

针对木质类生物质原料粉碎时功耗大、生产率低,以及粉碎后的碎料影响成型等问题,该文采用先切削后粉碎的原理,研究设计了木质类生物质原料粉碎机,并以不同直径的果树剪枝进行切削粉碎性能试验,试验结果表明：直径低于10 cm的树枝,本机器运行平稳,生产率达到2.1 m3/h,粉碎后的原料粒度质量较好,能够满足成型要求;粉碎机的功耗随着树枝直径的增加而明显增加,当树枝直径为10～15?cm时,功耗达到15.7 kWh/m-3,机器基本能够正常运行,但当树枝直径超过15 cm时,功耗增加了55.8%,机器不能正常运行。     

基于热重法的生物质工业分析及其发热量测定

为了比较不同种类生物质的燃烧特性,丰富热重分析技术的应用方向,该文采用热重分析技术对农业剩余物、林业剩余物和工业加工废渣的代表性生物质进行了空气气氛下不同升温速率的燃烧特性试验研究。研究表明:3种类型生物质的燃烧过程均包括4个主要阶段:水分蒸发阶段、挥发分析出及燃烧阶段、固定碳燃烧阶段、燃尽阶段。该文提出1种确定样品工业分析值的方法,即热分析曲线法,并推荐应用20℃/min升温速率下的热分析曲线图来计算确定。同时还提出1种差热分析法,用以计算生物质样品发热量,分析发现,农业秸秆类剩余物适用于20℃/min的升温速率,木屑和甜高粱渣适用于5、10℃/min的升温速率。该文提出的计算工业分析值的热分析曲线法与计算发热量的差热分析法,为热重分析技术研究生物质的燃烧特性提供了新的应用方向,但2种新方法的建立,以及他们的有效性和适用性,仍需要大量试验数据的验证和进一步的试验研究。     

不同进料方式燃烧器对生物质燃料颗粒物排放特性的影响

为摸清不同进料方式的燃烧器对生物质成型燃料燃烧后颗粒物排放的影响,该文对上进料式(A型)、水平进料式(B型)和下进料式(C型)等3种类型的燃烧器进行燃烧颗粒排放试验,采用低压电子冲击仪对玉米秸秆、棉秆、木质3种成型燃料燃烧后颗粒物排放开展数量浓度和质量浓度研究,并计算出每种燃料在3种燃烧器中每秒排放的颗粒物数量和质量分布。试验结果表明:3种燃烧器中的颗粒物质量分布都成双峰分布,主要集中在5~7级和12级,占总颗粒物质量的90%;木质和棉杆燃料在A型燃烧器中的颗粒物质量排放最少,玉米秸秆燃料在B型中颗粒物质量最少。3种燃烧器中的颗粒物数量分布都成单峰分布玉米秸秆和木质在B型燃烧器上的颗粒物数量主要集中在1~5级,在A型和C型燃烧器上颗粒物数量主要集中在3~6级;棉杆在C型燃烧器上集中在1~5级,在A型和B型燃烧器上颗粒物数量主要集中在3~6级。3种燃烧器对颗粒物质量的分布影响不大。根据试验结果,建议不同的燃料匹配不同的燃烧器。从颗粒物排放总量角度,玉米秸秆应该匹配B型燃烧器,棉杆和木质燃料应该匹配A型燃烧器。从PM2.5所占比例得出,玉米秸秆燃料应匹配C型燃烧器,棉杆匹配B型燃烧器,木质匹配A型燃烧器。并建议生物质成型燃料燃烧器结构应具有以下特点:进料连续平稳;带有主动清渣装置并且清渣波动小;鼓风配风,保证过量空气系数高。研究结果为中国生物质固体成型燃料的颗粒物排放法规的制定提供参考。     

农作物秸秆皮带输送量的影响因素分析

该文以农作物秸秆的皮带输运特性为研究对象,以玉米秸秆为例,分析了秸秆全水分、粒度分布,以及皮带输送倾角和皮带速度对质量输送量的影响规律。结果表明,玉米秸秆的质量输送量和堆积密度随全水分的增加近乎线性增加,干物质的质量输送量呈线性下降;全水分增加时,质量输送量随着堆积密度的增加,其变化率逐渐减小;粒度对质量输送量和动堆积角的影响较大;带速在临界速度1.6 m/s前后,质量输送量的趋势发生明显变化。同时,该文对小麦秸秆、甜高粱秸秆进行了试验规律验证,发现输送规律基本一致,仅小麦秸秆在输送倾角变化时的质量传输规律略有差异,充分显示生物结构特征相似的秸秆具有相同的传输规律。试验证实,流态化临界角与各粒度区间的动堆积角满足线性加权关系,为其他农作物秸秆的皮带输送提供了必要的研究方法。     

棉秆和油菜秆热解焦炭的燃烧与吸附特性

为了研究生物质热解多联产焦炭产品的应用特性,采用棉秆和油菜秆作为热解原料制备了不同温度(350、550、750和950℃)下的焦炭样品。分析了不同焦样的燃烧特性、水分吸收和保持特性、CO2吸附特性、苯酚吸附特性和抗环境氧化能力。研究结果表明550℃热解棉秆焦炭和750℃热解油菜秆焦炭燃烧特性好,热值高,燃烧快速剧烈,容易燃尽,适宜作为燃料炭;而综合焦样的吸水能力和保水特性,350℃热解棉秆焦炭和550℃热解油菜秆焦炭的吸水量大,保水能力强,适宜用作生物炭。高温下制备的棉秆焦炭和油菜秆焦炭吸附CO2和苯酚的能力更强,其吸附量跟焦炭微孔容积正相关;同时高温热解焦炭具有更好的碳汇效应,相同热解温度下制备的棉秆焦炭比油菜秆焦炭抗环境氧化能力更强。根据不同焦样的燃烧和吸附特性,选择性的制备目标焦炭,将其运用于工农业生产,有利于提升热解多联产的经济效益,保证多联产系统的稳定运营。