玉米秸秆粉闪速热解挥发特性模型

引入Arrhenius一级反应动力学模型方程,描述玉米秸秆粉闪速热解挥发特性。影响该模型动力学参数准确性的因素有挥发百分比、最终挥发百分比和颗粒停留时间。利用自行设计的层流炉装置进行热解挥发特性实验,获得了玉米秸秆粉的挥发和最终挥发百分比。利用PIV冷态实验结果,优化了热解挥发特性实验中颗粒停留时间计算方法,获得了更准确的颗粒停留时间。通过分析实验数据,得到了相应的热化学动力学参数:表观频率因子A和表观活化能E。结果表明,实验数据与模型预测数据有很好的一致性,说明所建立的模型实用性强。     

玉米秸秆及其发酵沼渣热解动力学研究

为研究厌氧发酵过程对秸秆类生物质热解特性及动力学的影响,以玉米秸秆及其厌氧发酵沼渣为研究对象,分析了二者热解特性,分别采用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和Starink法对热解活化能分布进行研究,并结合Malek法对其主要热解阶段的最概然机理函数进行了探讨。原料基本特性分析结果表明,玉米秸秆经过厌氧发酵后,挥发分含量减少19.48%,固定碳含量增加27.87%,半纤维素与纤维素相对含量分别降低了39.94%与30.96%,木质素相对含量增加了109.14%。热重试验结果表明,与玉米秸秆相比,发酵沼渣最大失重速率减小,且残炭率较高。对二者热解动力学分析结果表明,发酵沼渣的活化能主要分布于91~130 k J/mol之间,低于玉米秸秆原样;二者机理函数可采用两阶段理论描述,当转化率小于0.6时可由反应级数n=2机理模型进行描述;当转化率大于0.6时,玉米秸秆更符合圆柱形对称三维扩散机理(D4),发酵沼渣更符合球形对称三维扩散机理(D3)。本研究为发酵沼渣热解制备生物燃料工艺条件优化和工业化应用提供了理论依据。     

盐酸预处理对生物质热解特性和热力学特性的影响

为深入探讨盐酸预处理对生物质热解特性的影响,采用热重法对比分析了酸洗前后玉米秸秆和银中杨在低升温速率(10、20、30、40、50℃/min)下的热解特性,利用分布活化能模型(DAEM)计算了热解过程的动力学参数和相应的热力学参数,采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析了酸洗前后生物质化学结构的变化。结果表明:生物质热解过程经历了失水、玻璃化转变、快速热解和碳化4个阶段;酸洗预处理提高了生物质热解的最大失重速率和最终失重率,减少了焦炭的产生。在转化率为20%～70%时,用DAEM模型计算得到酸洗前后玉米秸秆和银中杨热解活化能分别为218.27～340.08 kJ/mol、225.17～291.73 kJ/mol、227.35～254.76 kJ/mol、197.39～235.52 kJ/mol。盐酸酸洗预处理整体上降低了生物质热解过程中的活化能、焓变和熵变,增加了吉布斯自由能(ΔG),促进了热解反应。酸洗前后玉米秸秆和银中杨红外光谱图相似,但在相同吸收峰处存在明显的强度变化,说明酸洗预处理对不同生物质有机官能团的影响程度不同。     

玉米秸秆水热炭化产物特性演变分析

为了研究玉米秸秆水热炭化过程及固体目标产物特性的演变规律,在高温高压反应釜中,进行反应温度为180~290℃、停留时间为8 h的水热炭化实验研究。研究发现,随反应温度的升高,玉米秸秆固体水热焦产率从180℃时的71%逐渐下降至290℃时的36%,而C质量分数从玉米秸秆原料中的44.86%增加至72.36%,O质量分数从原料中的44.2%下降至15.36%,明显提高了其能量密度。至290℃时,水热焦的H/C和O/C原子比分别为0.88和0.16,接近于煤的H/C和O/C原子比,高位热值高达29.79 MJ/kg。水热焦中特征官能团随温度升高而减少,而C=C、C=O和芳香特征峰红外吸收逐渐增强,同时热重分析表明水热焦热稳定性逐渐提高。元素组成和傅里叶红外光谱分析表明玉米秸秆经水热炭化处理,低于230℃时主要经历脱水和脱羧反应,而高于230℃以后,以缩聚反应和芳香化为主。     

钙基催化吸收剂对玉米秸秆热解气化制氢特性的影响

在一个2段式生物质热解气化装置上考察了钙基催化吸收剂对玉米秸秆制氢特性的影响,结果表明:CaO添加可原位吸收气化过程中生成的CO_2,强化制氢过程向生成更多H_2的方向移动。当热解气化温度为650℃、S/B为2、CaO/C摩尔比为1时,产气中H_2体积分数从28.7%上升至56.2%,H_2产率则从64.3 m L/g上升至195.8 m L/g,而CO_2体积分数由21.5%下降至1.1%。而且,CaO的CO_2吸收强化性能与气化温度密切相关,在600~700℃范围内,玉米秸秆热解气化可获得很高的H2体积分数和较高的H2产率。以CaO吸收剂为载体进一步引入Ni O活性组分,可降低产气中小分子碳氢气体,提高产气中的H2体积分数和产率。在NiO负载量为10%时,产气中H2体积分数可达63.7%,而H_2产率对比添加CaO时则接近翻倍,达到了341.3 m L/g。     

玉米秸秆还田方式及对土壤环境的影响

随着国储玉米、地储玉米、临储玉米政策的实施,玉米的种植面积大幅增加,玉米秸秆的产量也随之增多。玉米秸秆中含有丰富的粗纤维、有机质和植物生长所需要的氮、磷、镁、钾、钙等营养元素,实施秸秆还田能有效培肥地力,改良土壤理化性质,推进黑土地保护,促进土地可持续利用和农业可持续发展。秸秆还田方式主要有直接还田和间接还田。对于还田方式的选择要因地制宜,根据土壤情况选择合适的还田方式能够有效保护耕地环境。本文从不同的秸秆还田方式的特性进行详细介绍,从秸秆还田对土壤环境的影响进行了详细分析,为因地制宜选择秸秆还田方式和农业的可持续发展途径提供了科学依据。     

玉米秸秆取样条件对其弹性模量的影响研究

弹性模量是研究玉米秸秆机械特性的关键指标之一。本文利用二次正交旋转组合试验设计方案,通过秸秆样品三点弯曲试验研究了含水率、叶鞘位置和取样位置3个玉米秸秆取样因素对玉米秸秆弹性模量的影响。试验表明,各因素的一次项中,只有含水率对玉米秸秆弹性模量的影响极显著;然而3个取样因素的二次项对玉米秸秆弹性模量的影响均显著;此外,含水率和叶鞘位置的交互作用,以及含水率和取样位置的交互作用,对玉米秸秆弹性模量的影响均为极显著。这一结果说明,玉米秸秆弹性模量随取样位置和叶鞘位置的不同而变化的规律,还会受到含水率的交互影响。这些因素对弹性模量的影响很可能是由于玉米秸秆的内部组织结构的不均匀性所导致的。      

寒地玉米秸秆力学特性研究

为了合理利用玉米秸秆这种生物质资源，采集了寒地整株玉米秸秆，结合自制试验装置，利用电子万能试验机等设备，测试了整株玉米秸秆不同直径部位在相同加载速率下有节段径向和轴向压缩及无节段抗弯的力学性能。对试验数据进行了拟合，建立了相关数学模型，结果表明：当直径小于20mm时，轴向压缩实验中直径对压力影响并不明显，直径达到25mm左右时影响开始显现，直径大于29mm后影响非常显著；径向压缩时，离秸秆顶端较近的几节直径与压力近似线性相关，但随着直径的增加径向压力并不是均值上升，具有一定的离散性。抗弯试验中，在初始阶段压力在某一范围内上下波动，直径对压力影响并不显著；当直径大于23mm后，所需压力值显著增加；当直径大于30mm之后，直径对压力的影响产生了较为明显的波动性。试验数据真实可靠，拟合结果具有较强的可参考性，可为更好地开发利用秸秆资源及优化秸秆收获装置结构提供理论依据。     

移动式玉米秸秆热解炭化原位还田设备研究

针对目前秸秆炭化还田主要以异位为主,移动式热解设备结构复杂,难以实现秸秆田间炭化还田等问题,基于秸秆内热式低氧炭化原理,建立自供热反应系统,研制热解炭化反应器和热解气清洁燃烧室等关键部件,集成秸秆捡拾收集、粉碎输送、烟气回用烘焙、生物炭原位还田技术,研发移动式热解炭化原位还田设备。样机试制后,进行了静态调试试验,结果表明：该设备原料处理量为50 kg/h,炭得率为21%,系统能量利用率74.6%;排放烟气中NO_x质量浓度为184 mg/m³,SO₂质量浓度为26 mg/m³,颗粒物质量浓度为17.8 mg/m³,达到烟气排放要求;生物炭中总碳、固定碳及金属元素含量符合DB21/T 3314—2020《生物炭直接还田技术规程》中的Ⅰ级生物炭要求。该设备能够实现低碳排放、炭化能源自给、田间作业等功能,为秸秆还田提供支撑平台。     

玉米秸秆热裂解产物产率预测分析

以影响热裂解液化过程的因素(输入功率、压差、氩气流量和进料率)为网络输入,热裂解液化产物为网络输出,应用BP神经网络模型法对玉米秸秆热裂解液化产物产率进行了预测分析,并将预测结果与非线性回归分析法进行了比较分析.结果表明,采用BP神经网络模型预测输出值与试验值间的相对误差总体上在5％之内,说明模拟预测的效果较好.对BP神经网络模型法与非线性回归方法的预测结果对比分析显示:在试验数据范围内,BP神经网络模型对玉米秸秆热裂解3种产物产率的预测值更接近试验值,计算精度比非线性回归方法略高.     

玉米茎秆成捆直径与捆绳张力关系试验分析

玉米茎秆打成圆捆后直径与捆绳张力的关系对打捆质量具有较大影响。为此,通过对打捆后的玉米茎秆进行模拟简化,引入基本假设并进行理论分析,建立了成捆直径与捆绳张力的定量关系。同时,选取完熟承玉18号玉米茎秆作为试验材料,对捆扎后不同直径的圆捆进行试验,测量捆绳张力。试验结果表明,随着圆捆直径的增加,捆绳张力呈非线形增大。本试验对玉米秸秆的切断、铺放及捡拾打捆等技术具有现实意义和理论参考价值。     

氮气和含氧气氛下玉米秸秆热解气化产气规律研究

为了探究秸秆类生物质在热解和气化过程中的产气规律,以我国东北地区典型的玉米秸秆为原料,基于自行建立的管式炉生物质热解气化实验装置,系统研究了玉米秸秆在氮气气氛下热解和在含氧气氛下气化过程中CO、H2、CO2、CH4和CnHm等小分子生物质燃气成分的释放特性,对比分析了不同热解温度和气化温度对不同燃气组分释放规律及其产率的影响。实验结果表明：玉米秸秆热解过程中最先释放的小分子气相产物是CO和CO2;当温度升高时生物质燃气中逐渐出现CH4和H2,且随着热解温度升高,CO的产率峰值最先出现且峰值出现在升温阶段,而CO2、CH4和H2的产率峰值几乎同时出现在恒温阶段;热解温度升高,玉米秸秆热解产生的CO体积分数几乎没有变化,而CO2的占比则随着温度的升高而降低;在400~500℃之间CH4体积分数随着热解温度的升高而增加,在500℃以后,基本稳定在13%。在O.2体积分数为8%、N2体积分数为92%的含氧气氛下,随着气化温度的升高,玉米秸秆气化产生CO2气体的体积分数呈先增加后降低的趋势,而CO的体积分数随着温度的升高而增大,这说明高温气化条件下更有利于CO的释放,而低温条件下有利于CO2的产生。     

玉米免耕变量施肥播种机作业质量监控系统设计与试验

针对中原地区玉米大规模播种作业质量缺乏有效监控手段、播种作业数据信息利用率偏低等问题,设计了玉米免耕变量施肥播种机作业质量监控系统,包括播种质量监测子系统和变量施肥质量监控子系统.播种质量监测子系统通过STM32单片机实现播量统计和漏播量等播种信息采集;变量施肥质量监控子系统通过PLC实现堵塞、缺肥和施肥量等作业信息采...     

玉米秸秆热解生物油主要成分分析

生物质热裂解产生的生物油是一种含氧量极高的复杂有机成分混合物,在流化床热解实验台上使用玉米秸秆粉为原料来制取生物油。为此,对生物油进行预处理并利用气质联用仪对生物油成分进行了定性分析,初步鉴定出醛、酮、酸、酯、醇、呋喃和酚类等17种主要化合物。这些有机物对生物油的特性有一定影响,分析结果为有效地进一步利用生物油提供了一定的科学依据。     

玉米秸秆复配基质对黄瓜幼苗生长发育的影响

为探索玉米秸秆替代传统基质草炭的可行性,以中农19号黄瓜为供试材料,将玉米秸秆、草炭、沼渣、蛭石、珍珠岩等按不同体积比混配制成育苗基质。通过电镜扫描和能谱分析对玉米秸秆和草炭的形貌特征及元素组成进行分析比较,并进行穴盘育苗试验,研究玉米秸秆对基质理化性质和黄瓜幼苗生长的影响。结果表明:添加玉米秸秆对基质的容重、总孔隙度、有机质含量、p H值和电导率EC等理化性质有改善作用;将玉米秸秆按照适宜的体积配比代替草炭和沼渣育苗时,对黄瓜幼苗的生长发育有促进作用。试验表明,与对照组CK1(草炭25%、沼渣25%、珍珠岩25%、蛭石25%)相比,T1(秸秆10%、草炭20%、沼渣20%、珍珠岩25%、蛭石25%)和T2(秸秆20%、草炭15%、沼渣15%、珍珠岩25%、蛭石25%)更适宜作物生长,种子萌发40 d时,T1组黄瓜幼苗的株高为(8.61±0.34)cm、茎粗为(4.34±0.27)mm、叶绿素相对含量为(37.40±2.15)SPAD、叶面积为(60.21±1.69)cm~2、根系活力为(118.306±30.611)TTFμg/(g·h),均显著高于对照组CK1。因此,玉米秸秆对黄瓜幼苗的生长具有一定的促进作用,可代替部分草炭用于育苗基质的配制。     

喂入角对玉米茎秆切碎效果的试验分析

搭建了喂入角可调式玉米摘穗切茎试验台,对影响玉米植株切碎合格率的主要因素进行了正交试验,较优组合为喂入角90°、行进速度0.7m/s、摘穗辊转速1 000r/min、动刀轴转速1 980r/min、喂入角对其有显著影响:喂入角0°时,玉米植株运动发生90°转向,出现严重喂入不畅,切碎合格率约为72.8%;喂入角30°时,在喂入过程中,依然有喂入不畅通,产生间歇性,影响了茎秆切碎效果,切碎合格率约为87.6%;喂入角90°时,摘穗辊旋转有助于玉米植株的喂入及切碎,切碎合格率约为97.6%。同时,通过分析玉米植株受切运动,推导出数学模型,并运用高速摄像技术对运动轨迹进行同步捕捉追踪,经MatLab拟合处理,找到了喂入角对切碎效果影响的关键因素。     

紫玉米色素的提取工艺及产品稳定性研究

以紫玉米为原料提取紫玉米色素,并对产品稳定性进行研究。通过单因素试验,确定各工艺参数对紫玉米色素提取率的影响;选择提取温度、提取时间和料液比3个因素进行正交试验设计,对紫玉米色素的提取工艺进行优化。试验结果表明:影响紫玉米色素提取率的因素主次顺序为提取温度>提取时间>料液比;以80%乙醇与0.2mol/L柠檬酸混合溶液为提取剂,最佳工艺条件为提取温度60℃、提取时间2h、料液比1:10。