秸秆捆烧清洁供暖技术评价

中国北方地区秸秆资源丰富,将秸秆打捆转化为能源实现清洁取暖,既能解决秸秆过剩问题,又能有效替代煤炭,对改善大气质量和人居环境具有重要意义。为探究秸秆捆烧清洁供暖技术的能源效率、经济效益和温室气体排放,采用3E（Economic,Energy and Environment）评价模型,从作物种植收获到秸秆捆烧供暖应用全过程开展系统评价。结果表明,秸秆捆烧供暖技术的能源和经济效益较好、温室气体排放少,适于居住较集中的村镇地区冬季供暖,也可用于农业、工业园区等区域供热。供暖面积0.5×104～10×104m2范围内,供暖面积越高,能源和经济环境效益越好,秸秆捆烧供暖的净能量10 512～10 774.8 MJ/t,能量产出投入比8.4～8.5,能源转化率较高,温室气体CO2当量排放量为9.67～11.21 g/MJ;经济成本391.1～560.5元/t（折合16.2～23.8元/m2）,按基准收益率8%计算,供暖规模应不小于2×104 m2,若不考虑折旧只考虑运行成本,则供暖面积应不小于1×104 m2。与秸秆成型燃料和秸秆炭气联产供暖技术比较,均具有较好的经济效益,秸秆捆烧供暖技术的能量效益最优,温室气体排放量最少。与煤炭供暖技术相比,3种秸秆供暖技术的净能量产出不如煤炭,但温室气体排放仅为煤炭的1/10～1/7,秸秆清洁供暖技术的环境效益显著。     

秸秆捆烧锅炉设计及其排放特性研究

针对中国现有秸秆捆烧锅炉燃烧不充分,燃烧后烟气净化工艺繁琐以及自动化程度较低等问题,该文基于原料分级、配风分级技术原理,设计了打捆秸秆分级燃烧系统,研发了多级配风系统和组合式烟气净化除尘装置等关键部件,并开发了智能控制系统,实现燃烧过程工艺参数的实时调控和数据采集。以打捆玉米秸秆为原料进行燃烧试验,结果表明秸秆捆烧供热锅炉的热效率为84.6%,锅炉功率为230 kW,烟尘排放平均质量浓度19.8 mg/m3,NOX质量浓度133.6 mg/m3,SO2质量浓度小于3 mg/m3,达到《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）要求,解决了燃烧效率低、烟尘和NOx等污染物排放高的问题,智能化的锅炉燃烧系统可开展多种工艺试验的探索,为捆烧锅炉技术装备的推广应用提供平台支撑。     

水稻秸秆收集与连续打捆复式作业机设计

针对单体打捆机捡拾联合收获后田间滞留的水稻"站秆"及"残茬"收净率较低,以及圆捆打捆机绕线卸捆时需停机导致作业效率低等问题,该文将现有水稻联合收获机的脱粒清选和粮箱等装置与圆捆打捆装置置换,在输送槽出口与打捆装置集料口处设置集料装置作为缓存区,采用自动控制技术控制各功能部件连续作业,最终研发出集切割、捡拾、收集、打捆、集捆等功能于一体的田间水稻秸秆收集与连续打捆复式作业机。田间性能试验表明:在作业档的工况条件下,作业速度越快,成捆效率越高,但圆柱规范度程度越差;经测定,整机以中速档(1.1 m/s)连续作业3.4 h后,其成捆率为98%,生产率为0.4 hm2/h,秸秆收净率为95%。该研究为机械化收获后有效提高秸秆利用率以及实现农业生产中农机具的一机多用提供了参考。     

连续式秸秆捆烧锅炉设计与供暖工程减排潜力分析

针对连续式捆烧设备在连续进料过程中,秸秆捆连续稳定燃烧性能差、挥发分气体燃烧不充分、秸秆捆难燃尽,而导致热效率低、排放高的问题,该研究基于分级燃烧原理与秸秆捆燃烧特性,在设计计算过程中,对燃烧、换热、配风系统等较为重要设计参数给出了合理的参考值,并通过烟气预热干燥秸秆捆、增加挥发分二次燃尽的三级风、往复炉排增加捆间间隙等方式提高秸秆捆的燃烧性能。设备试制后,利用玉米秸秆捆为燃料开展了热工与排放性能试验。试验结果表明,连续式秸秆捆烧锅炉的平均热效率为80.37%,颗粒物、NOx、SO2平均排放质量浓度分别为48、197、7 mg/m3,环保与能效指标均符合设计要求与国家标准。并对建立的采暖示范工程进行排放、污染物等测算,结果表明采用秸秆捆烧供暖单位面积可减少标煤使用量23.1 kg/m2,CO2当量排放量58 kg/m2。该研究能为秸秆能源化利用与北方清洁区域供暖提供技术支撑,助力农业农村领域碳达峰、碳中和的目标实现。     

生活垃圾混烧秸秆类生物质颗粒CO和NO的排放特性

选取典型秸秆类生物质颗粒掺混垃圾作为研究对象,利用自制燃烧试验平台,研究掺混比、温度、粒径及生物质种类等因素对垃圾掺混生物质颗粒燃烧过程中CO与NO释放规律的影响。试验结果表明:CO排放量随着混合燃料中棉花秆颗粒含量增加而减小;混合燃料中垃圾掺混量高于棉花秆颗粒时,焦炭氮燃烧峰值随棉花秆含量增加而增大,掺混量低于棉花秆颗粒时,焦炭氮燃烧峰值逐渐减小,掺混比为5:5时NO生成量最低。燃烧温度为850℃时CO生成量最低;NO峰值时间随温度升高向前偏移,排放量呈先增大后减小趋势,较高的反应温度有利于降低燃烧过程中NO生成量。随着燃料粒径减小,CO峰值浓度降低;存在粒径临界值(60~80目),当粒径小于临界值时,NO生成量随粒径减小而减小,大于临界值时,NO生成量随粒径增大而减小。垃圾混烧生物质颗粒后CO生成量显著降低;掺混同质量分数生物质颗粒试样中,生物质颗粒氮含量越高,混合燃料燃烧NO生成量越大。该研究可为实际生产中城市生活垃圾混烧生物质颗粒技术及污染物排放控制提供参考依据。     

利用秸秆氨化饲料养牛减少甲烷排放的潜力

通过对河南省淮阳县利用秸秆氨化饲料发展养牛业情况的调查，采用ＩＰＣＣ提供的甲烷排放量的计算方法，估算出利用氨化饲料养牛减少甲烷排放量的潜力。     

秸秆利用机械技术及产业化研究进展

本文通过对农作物秸秆综合利用现状调查和秸秆特性的分析,探索秸秆利用方面的技术与机械,并依靠机械技术和生物技术实现秸秆利用的产业化,对秸秆进行初加工、深加工和产业化,以及发展畜牧业,减少环境污染,提出了合理化建议.     

秸秆还田对农田棕壤氧化亚氮排放动态的影响

通过田间试验,采用静态箱法对不同量秸秆还田(单施氮肥、半量秸秆还田、全量秸秆还田)下不同时期土壤氧化亚氮排放动态进行了研究。结果表明,和单施氮肥相比,秸秆覆盖还田提高了土壤氮素积累,也同时影响土壤N_2O排放动态。在玉米生长期间,半收获量秸秆还田增加了7.8%的N_2O排放,全量秸秆还田降低了2.2%的N_2O排放,与土壤铵态氮变化一致;玉米收获后,秸秆还田显著增加了N_2O排放,增幅分别为6.7%(半量秸秆还田)和22.6%(秸秆全量还田)。试验期间单施氮肥、半量秸秆还田和全量秸秆还田三个处理N_2O排放的年累计量分别为1183 g hm~(-2)、1269 g hm~(-2)和1294 g hm~(-2)。尽管秸秆还田增加了总的N_2O排放,但是,由于秸秆增加了土壤氮素的投入,当以N_2O损失的氮素占总氮素投入的比例进行估算时,全量秸秆还田损失率最低为0.52%、半量秸秆还田为0.57%、单施氮肥为0.59%。由此可见,秸秆还田在增加土壤肥力的同时,降低了单位氮素的氧化亚氮损失,有利于氮素在土壤中的保留。     

稻田秸秆还田的土壤增碳及温室气体排放效应和机理研究进展

秸秆还田是水稻生产中普遍采用的一项措施,具有固碳和促进养分元素循环、减少生产中的化肥施用等生态环境功能,但亦存在温室气体排放问题。鉴于秸秆还田对稻田产生固碳和温室气体增排的双重效果,本文综述了稻田生态系统秸秆资源利用现状,探讨了秸秆还田的土壤增碳效应,总结了秸秆还田下的温室气体(CO2、N2O和CH4)排放过程及其微生物过程机理。提出了应加强秸秆还田增碳过程中的物理–化学过程与微生物过程的耦合机理及其对固碳功能的作用机理、稻田温室气体产生机制与控制途径的研究,以实现稻田土壤固碳减排增汇和增产的共轭双赢作用。     

重型车用稀燃天然气发动机碳氢排放特性

为研究重型车用稀燃天然气发动机碳氢排放规律及影响因素,提供碳氢排放基础数据,提出控制稀燃天然气发动机碳氢排放的方法,该文利用对比试验的方法对进气总管单点混合增压中冷重型车用稀燃天然气发动机的燃烧特性及外特性、负荷特性碳氢排放进行了研究。试验结果表明:发动机在节气门全开的外特性工况运行时,随发动机转速从1000增加到2000r/min,以曲轴转角计算的速燃期从28°增加到41°;转速保持在2000r/min时,负荷从0到100%,速燃期从52°缩短到41°。外特性的甲烷性碳氢(CH4)排放比例较高,占总碳氢(totalhydrocarbon,THC)排放的95%以上;推迟点火提前角碳氢排放降低,外特性运行时点火提前角推迟6°,在转速1400～2000r/min范围内,THC排放降低了10.1%～15.4%,CH4排放降低了10.9%～16.5%。从空载到75%负荷率范围内,点火提前角推迟6°后,THC排放在不同负荷点降低的平均幅度为24%左右,CH4降低的平均幅度为33.1%左右。在转速1000～2000r/min范围内,随着发动机负荷的提高碳氢排放量增多。标定转速随负荷的增加CH4排放占THC排放的比例升高。该研究为增压中冷单点喷射车用稀燃天然气发动机的碳氢排放控制提供了理论依据。     

玉米秸秆打捆燃料燃烧动力学模型

根据玉米秸秆捆烧特性,设计出整体玉米秸秆打捆燃料燃烧差热试验台。通过对玉米秸秆打捆燃料在不同供风温度（18℃、90℃）和不同供风量（过剩空气系数α分别取值0.7、1.1、1.5）工况下进行热重测试分析,建立了燃烧过程的动力学模型,求解出热解动力学参数：活化能和频率因子。研究表明：玉米秸秆打捆燃料燃烧的热重曲线、微商热重曲线总体变化特征是相似的,燃烧前期燃烧速度变化较快,中期逐渐变慢,后期趋于平稳;分析了燃烧温度和供风量对秸秆打捆燃料燃烧速度的影响,实现合理配风下的控温燃烧,挥发份的析出速度均匀适中, 燃烧相对平稳;捆烧动力学模型的建立,完善了生物质打捆燃料的燃烧理论,可供有关生物质打捆燃料打捆设备及燃烧设备的设计人员参考。     

不同粉碎程度与还田方式对稻草焚烧特性的影响

为从根本上禁止稻草焚烧,促进稻草还田,本研究依托自主研发的稻草粉碎均匀抛撒装置,通过大田试验与野外模拟试验,以目前水稻收获的常规模式稻草不粉碎条带还田(T1)及中度粉碎条带还田(T2)为对照,设置稻草粉碎条带还田模式(T3)及稻草粉碎均匀抛撒还田模式(T4),研究不同粉碎程度与还田方式对稻草焚烧特性的影响。结果表明:稻草抛撒均匀度及还田密度随着粉碎程度的增加而显著增加,稻草还田厚度则呈显著减少趋势。T4的稻草平均长度为5.3 cm,分别仅为T1、T2的13.6%、36.8%;稻草抛撒均匀度为87.4%,较T1、T2分别增加49.7个和42.0个百分点;稻草还田厚度为2.7 cm,仅为T1、T2的22.1%、27.8%;稻草还田密度为17.6 kg·m~(-3),较T1、T2分别增加88.3%、17.3%。在稻草条带还田(T1、T2、T3)模式下,粉碎程度越高,含水率下降越慢,燃烧时间越长,燃烧率越低,燃烧速率越慢,灰分越高,燃烧越不充分。T4通过稻草均匀抛撒虽可加速稻草含水率的下降,但燃烧时间、燃烧率及灰分仅分别为0.3min、6.0%、1.7%,均显著低于其他处理,几乎未燃烧。表明稻草粉碎均匀抛撒还田条件下无法燃烧,有利于从根本上实现秸秆禁烧。     

柴油-航空煤油宽馏程混合燃料对柴油机燃烧与排放的影响

为了研究柴油-航空煤油宽馏程混合燃料对柴油机燃烧与排放的影响,按照中国3号航空煤油(rocket propellant 3,RP3)的掺混比(体积比)分别为20%、40%与60%与国VI柴油进行混合,配制3种具有不同理化特性的柴油-RP3宽馏程混合燃料(D80K20、D60K40与D40K60),并通过台架试验,研究了最大扭矩转速2700 r/min所对应的100%、50%与10%负荷工况(分别记为A、B、C工况)下,D100、D80K20、D60K40和D40K60对柴油机缸内工作过程、排放、颗粒物浓度与粒径分布的影响规律。结果表明,3种工况下,与D100相比,RP3掺混比增加到60%时,缸内最大压力的变化范围小于0.2 MPa,预混燃烧放热率峰值增大13.21~27.43 J/°CA,滞燃期延长2.19~2.53°CA,燃烧持续期缩短1.73~1.91°CA,预混燃烧累积放热百分比增加4.66%~5.28%,缸内最高温度的上升幅度小于35 K,与放热率峰值和最大燃烧压力相对应的曲轴转角后移1.67~2.23°CA,有效热效率上升0.15%~0.46%。柴油-RP3宽馏程混合燃料能够显著降低柴油机碳烟排放,并且降低效果随着柴油机负荷的增加和RP3掺混比的增大更加明显,但对NOX排放没有明显的影响,与D100相比,柴油机在3种工况下燃用D40K60时的碳烟排放分别降低53.6%、44.1%、35%,NOX排放的上升幅度均小于2%,核态颗粒物数量浓度上升12.5%~90.6%,积聚态颗粒物数量浓度、颗粒物总数量浓度、颗粒物表面积浓度和总质量浓度分别降低20.1%~45.8%、14.2%~42.1%、32.5%~41.6%、28.5%~38.8%,且积聚态颗粒物的粒径朝小粒径方向移动。试验结果表明,柴油-RP3宽馏程混合燃料对柴油机燃烧与排放有重要的影响,能明显改善柴油机碳烟与NOX排放之间的trade-off关系,并且在降低柴油机颗粒物总数量浓度、总质量浓度以及表面积浓度方面具有较为显著的效果,有利于降低柴油机DFP载体上的颗粒物堆积、延长DFP再生周期。     

典型生物质颗粒燃料燃烧特性试验

为研究生物质颗粒燃料的燃烧特性及污染物排放特性,该文以国外引进的生物质颗粒燃料燃烧器为试验装置,选择了8种典型的生物质颗粒燃料进行试验研究。试验结果表明,挥发份含量越高,含水率越低,生物质颗粒燃料所需的点火时间越短,SO2、NOx等污染物排放质量浓度远低于国家标准,但存在着部分生物质颗粒燃料灰分含量过大、结渣严重等问题。对大多数颗粒燃料来说,软化温度越高,结渣率越低,当软化温度超过1 389℃时,不会发生结渣;Si元素、碱金属元素含量越高,越容易结渣,碱土金属元素含量越高,越抗结渣。玉米秸中Si的质量分数为27.70%,底灰结渣率达到48.84%,落叶松中Si的质量分数仅为9.76%,不结渣;使用添加剂后,玉米秸的底灰结渣率降低了22.77%。这将为设计适合中国国情的生物质颗粒燃料燃烧设备及改善燃料的燃烧性能提供依据。     

棉秆燃烧过程中的颗粒物排放特性

该文利用滴管炉结合DEKATI低压撞击采样器,研究燃烧温度和原料粒径对棉秆燃烧过程中颗粒物排放特性的影响,并结合扫描电镜和X射线光谱分析仪探讨了颗粒物的微观结构和元素组成.结果表明PM1排放量随燃烧温度升高而显著降低,从68.90 mg/m3降低至14.02 mg/m3;颗粒物总排放量从75.41 mg/m3降低至16.30 mg/m3;颗粒物分布峰值从0.609μm附近移至0.261μm附近;原料粒径减小使得PM1排放量下降,从39.84 mg/m3降低23.06 mg/m3,而PM1-10排放量增加,从5.18 mg/m3增至8.38 mg/m3.分析表明细颗粒物(0.028~0.261μm)主要由K、Cl及少量S元素组成,形成途径主要为碱金属化合物如KCl、KOH及K2SO4等的蒸发-凝集作用,并呈现较规则的微观结构,存在形式主要为KCl;粗颗粒物(1.590~9.860μm)主要由Ca、Mg及少量Si、P组成,主要通过大颗粒的破碎或富Ca、Mg和Si颗粒物的异质凝结转化形成,多呈较规则的球形结构;中间段颗粒物(0.261~1.590μm)属于过渡段,介于细颗粒物和粗颗粒物之间,微观结构较为复杂.     

污泥及秸秆生物质固体燃料制备中试工艺及燃烧特性

为实现污泥的无害化和资源化处置,该文利用处理量为24t/d的中试试验台,进行了化学调理剂添加比例、脱水时间、秸秆尺寸等工艺参数对污泥制备固体燃料性能影响的研究。结果表明:以Fe3+和Ca2+为调理剂,污泥及秸秆等生物质制备固体燃料最佳的铁钙比及燃料压滤最优时间分别为1∶4～1∶2和6h;化学调质法制备的污泥固体燃料存在一个脱水极限,在脱水压力为1.2MPa、秸秆或木屑添加质量比为10%时,污泥固体燃料的质量含水率最低为40%～50%;同等条件下,秸秆越长,燃料脱水性能越好;燃料着火点低,约500K,完全燃烧温度范围窄,燃烧性能好,可做替代燃料使用。该文研究成果对降低污泥处理成本、实现污泥的无害化、资源化处置具有重要的理论意义和实用价值。     

农作物秸秆热解多联产技术的应用

农作物秸秆是重要的可再生能源,开发先进高效的秸秆利用技术,有助于缓解能源危机,增加废弃物资源的二次化利用,降低环境污染。该文介绍了一种新型的农作物秸秆固定床干馏釜气固液联产技术,并以湖北省天门市杨林办集中供气示范站为商业化运行典型案例进行了经济效益分析。农作物秸秆固定床干馏釜气固液联产技术可以同时产出中等热值（8～12 MJ/m3）的民用燃气和低位发热量达到28 MJ/kg的生物质焦炭,此外还有一定应用潜力的木焦油和木醋液。现有规模商业化运行,电价和用工成本的大幅上升降低了集中供气示范站的经济效益。     

秸秆块墙体日光温室在苏北地区应用效果试验

为探讨秸秆块构建日光温室墙体的可行性,分析了小麦秸秆块对空气水分吸附解析性能及其导热性能,并在苏北地区建造了一座小麦秸秆块墙体日光温室,以土墙体和砖墙体日光温室为对照,监测了3种温室室内外空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度及作物产量。结果显示,小麦秸秆具有相对稳定水吸附与解吸性能,高空气湿度下小麦秸秆吸附空气水分,低空气湿度下小麦秸秆所吸附的水发生解吸作用,秸秆含水率与所处空气湿度呈正相关。与砖墙和土墙相比,秸秆块墙热传导率、体积热容和热扩散系数显著低于前两者,这种热工特性利于隔热保温但不利于蓄积热量。田间监测发现,秸秆块墙体温室内平均气温和土温比土墙体温室分别低2.1和1.1℃、比砖墙体温室分别高1.3和1.2℃,但整个冬季秸秆块墙体温室最低气温为9.6℃,最低土温为12.1℃,可以保障所定植彩椒安全越冬;冬季覆膜条件下,秸秆块墙体温室室内空气湿度最低,砖墙和土墙温室空气湿度比秸秆块墙体温室平均高出10个百分点,秸秆块墙体秸秆含水率在12.5%~23.6%区间波动;土墙体、砖墙体和秸秆块墙体日光温室的彩椒产量分别为6 375,7 130和6 833 kg。秸秆块替代土壤、红砖等常规建材构建日光温室保温墙体具有可行性,有利于节约土地资源和实现秸秆综合利用。