灰化温度及热解气氛对生物质灰灼烧失重特性的影响

应用热重-差热分析法研究了空气和氮气气氛中2种灰化温度(600和815℃)下制得的稻壳和稻秆等生物质灰的灼烧失重特性。结果表明:不同飞灰在空气中灼烧的质量损失均可分为剩余水分的蒸发、有机成分的快速热裂解以及无机成分的缓慢挥发等阶段,而氮气中飞灰的质量损失并未出现明显的分段热解规律;空气中600℃生物质灰的主要质量损失发生在300~550℃之间,而815℃稻壳灰的主要质量损失区间为200~600℃,815℃稻秆灰在300~550℃之间的质量损失只有1.76%;灰化温度升高,飞灰的总质量损失明显降低。空气中不同灰化温度下的稻壳灰在950~1 050℃之间都出现放热峰,但该温度区间并无明显质量损失;815℃的稻秆灰在750℃附近则存在由于KCl熔融吸热引起的吸热峰,而600℃稻秆灰的热解过程则未出现明显的吸热峰;氮气中生物质灰的热解存在2个分隔明显的质量损失速率峰,这是由2种质量损失机制单独作用而成:600~800℃之间的质量损失主要是由不稳定的碳酸盐(Ca CO3、Ma CO3等)受热分解造成,而在800~1 200℃之间的质量损失则主要是由灰中活泼的碱金属氯化物(KCl、Na Cl等)受热进入气相所致;相同灰化温度下的稻壳灰或稻秆灰在空气中热解的总质量损失明显高于氮气。     

生物质灰对红壤酸度的改良效果

用采自安徽、浙江、湖南和广东的4种红壤和1种赤红壤,通过室内培养实验研究了添加生物质灰对酸性土壤的改良效果。结果表明,添加生物质灰提高了土壤p H,降低了土壤交换性铝含量,且阳离子交换量(CEC)越小改良效果越明显。改良后土壤交换性K+、Ca2+、Mg2+含量也显著增加,交换性Ca2+增幅最大,其次为交换性K+。有效磷含量也有增加,磷含量较高的土壤有效磷增幅更大。虽然生物质灰含有一定量的重金属,但由于用量较少,对土壤有效态重金属含量的影响小,施用生物质灰的环境风险较小。总之,添加生物质灰不仅可以有效改良红壤酸度,还可提高红壤肥力。     

制炭温度对玉米和小麦生物质炭理化性质的影响

通过缓慢高温裂解方式生产不同温度的小麦和玉米生物质炭,并对其性质进行分析.结果显示,生物质炭性质受裂解温度和生物质种类的影响而表现出差异.当裂解温度从300℃升高到500℃时,小麦生物质炭产率从44.3％降低到38.4％,其生物质炭碳含量从617.9 g/kg升高到674.0 g/kg;玉米生物质炭产率从42.8％(300℃)降低到29.7％(500℃),其生物质炭碳含量从574.8 g/kg(300℃)升高到651.1 g/kg(500℃).生物质炭pH、灰分含量、全磷含量等也随制炭温度升高而升高,小麦生物质炭pH从7.59(300℃)上升到10.51(500℃),灰分含量从186.1 g/kg(300℃)升高到268.2 g/kg(500℃),全磷含量从0.70 g/kg(300℃)升高到1.10 g/kg(500℃);玉米生物质炭pH从9.35(300℃)升高到10.12(500℃),全磷含量从2.34 g/kg(300℃)升高到4.37 g/kg(500℃).说明制炭温度和生物质种类对生物质炭理化性质具有决定性作用.     

生物质电厂灰等材料对红壤酸度和养分的改良效应

通过土培试验研究电厂灰的不同用量及电厂灰分别与石灰和磷灰石的不同配比对江西酸性红壤的改良作用。结果表明,随着电厂灰用量增加,土壤p H值升高,土壤交换性Al3+和交换性H+含量降低;土壤中有效养分含量增加,尤其是速效钾和交换性K+增加显著,最大增幅可达26.9%和66.7%,电厂灰最佳用量4500 kg hm-2。生物质电厂灰/磷灰石的配比中,综合效果以3/1为最佳,平均提高土壤p H值0.12个单位,降低土壤交换性Al3+和交换性H+的含量分别为0.68和0.10cmol(+)kg-1,对土壤中盐基离子(K+、Ca2+、Na+、Mg2+)和速效养分含量都有显著提高,其中土壤交换性Ca2+和交换性Mg2+增加最显著,增幅达58.1%和34.6%。而电厂灰/石灰的配比以1/1为最优,平均提高土壤0.2个p H单位,降低土壤交换性Al3+和交换性H+的含量分别为1.19和0.20 cmol(+)kg-1,养分方面以提高土壤速效磷含量最为突出,增幅为5.6%。因此,生物质电厂灰与石灰和磷灰石按照一定的比例组合才能达到理想的土壤改良效果。     

基于多元线性回归模型的生物质与烟煤混燃灰熔融特征温度预测

生物质中钾、钠等碱金属含量高,极易导致生物质与煤混燃灰沾污结渣严重。灰熔融特征温度是用于表征积灰结渣倾向的重要指标。该研究在充分考虑灰中酸/碱性组分对熔融特征温度影响的基础上,以生物质与烟煤混燃灰中Al₂O₃、SiO₂、P₂O₅、SO₃、K₂O、CaO、Fe₂O₃7种氧化物作为变量,利用Matlab软件建立了基于多元线性回归模型的生物质与烟煤混燃灰熔融特征温度预测模型,并以中国农村典型的玉米秸秆和神木烟煤为试样,测定其在不同掺混比例、不同温度和不同停留时间下的灰分组成及熔融特征温度。试验结果表明：随着混合燃料中玉米秸秆的质量分数由25%增至75%时,灰样中MgO、K₂O、CaO、Na₂O等碱性氧化物的含量增加,特别是对于K₂O而言,其质量分数由5.89%升至14.41%,而Al₂O₃、P₂O₅和SO₃等酸性氧化物的含量逐渐减少,其中Al₂O₃的质量分数由12.05%降至7.78%,P₂O₅的质量分数由3.66%降至1.07%,SO₃的含量由7.70%降至1.48%。随着灰化温度升高和停留时间延长,Cl元素的含量明显减少。将该模型的预测结果与经验公式预测结果及试验结果对比,发现该预测模型中P₂O₅、SO₃对灰熔融特征温度的影响系数较大,这与试验结果基本相符。灰熔融特征温度与Al₂O₃、SiO₂、P₂O₅、CaO等氧化物含量呈正相关,表明这些氧化物成分有助于抑制熔融结渣。利用试验测量及经验公式等方法对该预测模型的结果进行检验,利用该模型预测的熔融特征温度与试验值的误差在5%以内,验证了该模型的准确性和可靠性。该模型研究结果可为准确预测生物质与烟煤混燃灰熔融特征温度以及防治锅炉积灰结渣提供参考。     

两种生物质炭对酸性紫色土腐殖质组成的影响

生物质炭的性状与原料中木质纤维含量密切相关,为探明不同原料生物质炭对土壤腐殖质组成的影响,选取玉米秸秆和紫茎泽兰分别作为纤维类和木质类原材料制备生物质炭,向酸性紫色土分别添加5%玉米秸秆生物质炭（MB）和5%紫茎泽兰生物质炭（EB）,测定90 d室内培养期间土壤胡敏酸（HA）、富里酸（FA）、胡敏素（HM）含量以及HA光学性质和元素组成变化。结果表明：MB和EB的比表面积分别为2.32 m²·g^-1和0.72 m²·g^-1,总孔体积分别为42.71 mm³·g^-1和12.59 mm³·g^-1,碳与氢元素摩尔比（C/H）分别为1.91和1.46,氧、硫之和与碳元素摩尔比[（O+S）/C]分别为0.09和0.16,玉米秸秆生物质炭的吸附能力更强、有机质成分的缩合度更大且氧化度更小。与对照（不添加生物质炭,CK）相比,培养结束后,施入生物质炭的土壤HA、FA和HM含量分别显著增加（P<0.05）65.59%~102.82%、85.87%~118.54%和137.25%~161.23%,MB处理对这3种腐殖质含量的增加效应较EB处理更明显。培养结束时添加生物质炭的土壤HA/土壤有机碳（SOC）降低13.53%~27.06%,FA/SOC降低6.81%~18.03%,其中EB处理的降低效应达显著水平;HM/SOC则增加4.58%~11.40%,其中MB处理的增加效应达显著水平。添加生物质炭的土壤HA色调系数（ΔlgK）增加2.40%~5.60%,HA的缩合度（C/H）降低3.51%~11.81%,（O+S）/C增加1.51%~8.74%。总体来看,施入生物质炭均能相对增加腐殖质各组分含量,降低C/H,提高HA的氧化度[（O+S）/C],且纤维类原料（玉米秸秆）生物质炭的效果更明显。纤维类原料（玉米秸秆）生物质炭显著提高了稳定性较高的土壤胡敏素碳比例（HM/SOC）,但降低了土壤HA的稳定性[HA的C/H降低,（O+S）/C增加];木质类原料（紫茎泽兰）生物质炭显著降低土壤胡敏酸碳比例（HA/SOC）和富里酸碳比例（FA/SOC）,对HM/SOC增加效益不显著,反之提高了土壤易分解有机碳比例。     

水热炭化温度和时间对鸡粪生物质炭性质的影响

水热炭化被认为是极具潜力的安全处置与资源化利用鸡粪的技术措施之一。该研究将鸡粪在190和260℃水热炭化处理不同时间(1、6和12 h),收集并测定固体产物生物质炭特性,目的在于了解水热炭化反应温度和时间对鸡粪生物质炭特性的影响。结果表明,鸡粪经过水热炭化处理后,46%~56%的干物质转化为生物质炭,C、P质量分数分别增加了5%和59%以上,而H、O、N、K质量分数则分别降低了9%~18%、26%~65%、19%~37%和92%~97%。表面电荷量降低,p H值依变性也减弱,其中有效阳离子交换量降低了50%~90%。生物质炭中1~5μm孔隙显著减少,主要形成1和100μm左右的孔隙。总体来看,水热炭化反应温度越高,反应时间越长,这些指标提高或降低的幅度越大,生物质炭的炭化程度越高;比起反应时间,反应温度对生物质炭性质的影响更大。该文还讨论了鸡粪生物质炭作为土壤调理剂的应用价值与潜力,研究结果可为鸡粪生物质炭在土壤改良等方面的应用提供基础数据。     

玉米秸秆和污泥共热解制备的生物质炭及其对盐碱土壤理化性质的影响

[目的]研究不同温度制备的玉米秸秆和污泥基生物质炭不同施加量对盐碱土壤基本理化性质的影响,为盐碱土改良及土壤污染物质的生态修复等方面的研究提供科学依据。[方法]以质量比5∶2的玉米秸秆和剩余活性污泥为原料,分别在300,350,400,450,500℃共5个不同温度条件下热解制备生物质炭,通过扫描电镜、元素分析和红外光谱对其性质及结构进行分析,并通过培养试验研究其对盐碱土壤基本理化性质的影响。[结果]随着热解温度的升高,生物质炭微观结构越发达,比表面积越大,表面官能团的种类和数量也产生了显著性变化;同时随着热解温度逐渐升高,生物质炭C含量不断增加,而O,H和N含量却逐渐降低;添加玉米秸秆和污泥共热解制备的生物质炭能够显著增加盐碱土壤中有机碳含量,而土壤中总氮、总磷、有效磷、速效钾含量变化幅度较小;水溶性盐含量降低明显;加入生物质炭后大幅度提高了土壤阳离子交换能力,添加量越大,阳离子交换量越大;但生物质炭对土壤pH值影响不大。[结论]玉米秸秆和污泥基生物质炭提高了土壤养分含量和肥力指标,降低了土壤盐碱性。玉米秸秆和污泥基生物质炭可用于盐碱土壤的改良。     

稻壳与稻秆灼烧灰颗粒的微观形态特征及其能谱分析

应用扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)和能谱(energy disperse X-ray microanalysis,EDX)结合联用技术对稻壳和稻秆在600和815℃下灼烧产生的灰渣的微观形态特征及其元素组成进行了全面地研究,并考察了不同灰化温度对生物质灰的粒度分布、微观形态、颗粒表面、内部结构及元素组成等方面产生的影响。结果表明:灰化温度升高,灰粒的粒度减小,且分布较均匀,稻壳灰中多为团状颗粒,而稻秆灰以棒状颗粒居多;对于600℃稻壳灰,部分灰粒仍保留着稻壳的原始纤维结构,且灰中存在许多松散状的密实小颗粒,但并未出现粘结团聚,而600℃稻秆灰表面存在大量粘连着小颗粒的絮状物,表明此时灰中已经出现低熔点成分熔融而产生的弱粘结;815℃时2种生物质灰粒表面都出现熔融态的碱金属物质和以玻璃体突起形式存在的石英结构,而且都存在明显的团聚结渣现象;稻壳灰与稻秆灰的主要组成元素是C、O、Si、K和Ca,较少的Mg、Al、Fe、P等也被检出,而S只在稻秆灰中检出,稻壳灰中未检出S元素;灰化温度升高,稻壳灰的K含量明显下降,而稻秆灰中K、Na、Ca的含量变化较小,但是Cl、Fe、Al的含量均明显下降;稻秆灰的K、Na、Ca和Cl含量都远高于稻壳灰,稻秆灰比稻壳灰更易造成设备腐蚀、结渣等危害。     

生物质炭配施木灰对石灰性土壤固碳和微生物群落的影响

为探讨生物质炭配施木灰对土壤碳固存和微生物群落的影响,通过118 d的室内培养试验,研究了单施生物质炭(B)、生物质炭配施木灰(B+W)处理下土壤碳固存、化学性质、酶活性、微生物群落组成的变化.结果表明:B、B+W处理均降低了CO2-C释放速率和累积释放量,且B+W处理推迟CO2释放速率峰值的出现;B、B+W处理均能提...     

生物质灰渣粒径及净化柱高径比对沼液净化效果的影响

为解决生物质灰渣利用和沼液排放引起的污染环境问题,以生物质灰渣为滤料采用自然渗滤对沼液进行了净化处理试验.结果表明:灰渣对沼液具有较好的净化能力,粒径是影响灰渣对沼液净化效果的重要因素,灰渣粒径越小净化效果越明显,相同质量灰渣粒径＞3 mm时,渗滤速率为4.17 mL/s,出水COD为1 880 mg/L,出水TS为1.46 g/L,COD和TS去除率为58.71％和67.69％;而粒径＜0.5 mm时,渗滤速率为0.46 mL/s,出水COD为221 mg/L,出水TS为0.61 g/L,COD和TS去除率达到94.07％和87.16％.净化柱的高径比直接影响沼液流通路径,以COD去除率作为评价指标时,为获得较好的沼液净化效果,不同粒径灰渣(＜0.5、0.5～1、＞1～1.5、＞1.5～2、＞2～3 mm)所采用净化柱的高径比应不小于1.34、2.3、2.68、5.01、10.66,此时对应出水COD值分别为236、276、305、315、342 mg/L,COD去除率分别达到94.82％、93.94％、93.3％、93.08％和92.49％,出水水质接近农田灌溉用水要求.不同粒径(＜0.5、0.5～1.0、＞1.0～1.5、＞1.5～2.0、＞2.0～3.0)灰渣对沼液的最大的过滤能力分别为9～10、10～11、8～9、4～5、3～4 mL/g.     

生物质气化站玉米芯飞灰的特性及其综合利用

作为玉米生产加工过程的农业废弃物,玉米芯的产量巨大,生物质气化工业利用玉米芯原料制备生物质燃气的过程中将产生大量的玉米芯灰。为了全面认识这些废弃玉米芯灰的灰特性及可能的应用,通过激光粒度分析、X射线荧光(X-ray fluorescence,XRF)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、热重和差热分析(thermal gravimetric and differential thermal analysis,TG-DTA)、扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)、能谱分析(energy dispersive X-ray,EDX)等方法对其进行深入研究。结果表明:玉米芯灰的粒度较小且分布不均,平均粒径为12.96μm;灰的元素组成中K和Si所占的比重最大;富含K、Ca、S和Cl等元素使玉米芯灰可用作土壤改良剂,而且灰中大量的Si O2和Al2O3使其可以用来制备抗压强度较高的水泥混凝土;灰中存在多种含钾元素的KHCO3、KAl Si O4、KAl Si2O6、KCl和K2SO4等结晶相矿物成分;灰粒的形状极不规则,树枝状的团聚灰渣具有丰富的空隙,易逐级吸附小颗粒,灰粒表面存在大量弱粘结的絮状物,断面多为孔状结构;熔融灰粒表面存在富钾现象,且多以KCl形式存在;飞灰的热解具有分段机制,加热到1 200℃时,其总失重和最大失重速率均随着氧气浓度的升高而增加;氮气中620℃的吸热峰是由KCl熔融吸热所致,而有氧气氛中在630℃处的放热峰则是未燃尽的残碳继续燃烧或有机物分解放热所致。     

气相温度脉动对非球形生物质颗粒焦炭燃烧的影响

将生物质颗粒与煤粉混合燃烧,可以有效地利用生物质能。生物质颗粒通常形状很不规则,有着较大的长径比,非球形特性较为明显。对于在燃烧室内运动与燃烧的生物质颗粒,气相湍流脉动是否会对非球形生物质颗粒的燃烧反应过程产生作用有待探讨。该文研究了气相温度脉动对热气流中非球形生物质颗粒瞬时焦炭燃烧的影响,给出了不同气相平均温度和颗粒长径比下生物质颗粒瞬时质量和瞬时焦炭燃烧速率随时间的变化。研究表明气相温度脉动对不同长径比的生物质颗粒的焦炭燃烧过程均有明显的影响,导致颗粒质量下降变快,焦炭燃尽时间变短。气相温度脉动幅度的增加进一步加快了不同长径比颗粒瞬时质量的下降。该文的研究揭示了气相温度的湍流脉动对非球形生物质颗粒瞬时焦炭燃烧过程的作用,这种作用并不会因为颗粒长径比的变化而发生改变。     

秸秆扩蓄肥对土壤水分和马铃薯产量品质及水分利用的影响

为了增强土壤保水力,改善土壤结构,提高土壤水肥利用效率,该文将玉米、小麦和大豆3种作物秸秆经理化处理并与聚丙烯酰胺(PAM)结合造粒形成的秸秆扩蓄肥应用于马铃薯大田栽培,并与单施钾肥及不施肥处理为对比,研究了3种秸秆扩蓄肥对马铃薯生长发育期间的土壤物理性状、生理特征、产量品质及水分利用效率的影响。结果表明,3种秸秆扩蓄肥具有较强的保水性能,能显著增加0～20cm表层土壤含水率,提高马铃薯苗期、块茎增长期、淀粉累积期的土壤耕层及20～70cm水分;有效降低土壤体积质量,提高非毛管孔隙比例,增加土壤孔隙度;显著提高马铃薯盛花期叶片光合速率、气孔导度和蒸腾速率,增加马铃薯株高、冠幅面积和叶面积。与不施肥处理比较,秸秆扩蓄肥处理的淀粉含量提高12.3%～13.6%,大中薯率提高37.9%～42.8%,产量提高39.3%～50.4%,水分利用效率提高35.6%～45.4%。该研究为秸秆扩蓄肥的推广提供了依据。     

含水率对草坪草常温开模成型的影响

为研究含水率对草坪草常温成型的影响规律,对草坪草修剪剩余物进行了不同含水率不同锥度模具的成型试验。结果在同一锥度模具下,随着含水率的增加,成型块密度都是由小变大再变小;含水率不变的情况下,随模具锥度增大长度减小成型块密度降低;在原料含水率11%、模具锥度25°时,成型块密度达到最大值1.10 g/cm3;原料含水率在20%及以上时,挤出的压块密度都在0.9 g/cm3以下,成型效果差或不成型。研究表明：随着生物质原料含水率增加,常温成型块密度和压缩力的变化趋势一致,都是由小变大再变小。     

CO2气氛耦合粉煤灰催化生物质热解生油特性分析

针对生物质热解生物油中可利用组分富集程度低的问题,该研究以不同颗粒尺寸的玉米秸秆为研究对象,通过固定床热解设备开展了CO2气氛下粉煤灰与秸秆共热解试验,分析粉煤灰对秸秆热解产物分布的影响规律,并重点研究CO2耦合粉煤灰对液相产物中含氧化合物组分的作用机制.结果表明,当颗粒尺寸为0.17～0.21 mm时,生物油产率最大...     

成型和灼烧温度对垃圾衍生燃料灰渣理化特性的影响

以生活垃圾衍生燃料(refuse derived fuel,RDF)为研究对象,通过挤压成型的RDF与非成型的RDF在600~1 100℃条件下灼烧,所产生的灰渣进行质量、粒径、化学成分等特性进行分析,探索RDF灰渣随温度变化的规律以及潜在的应用价值。研究结果表明,在1 000℃以下,RDF灰渣随着温度提高,灰分组分发生分解反应,主要是残余有机物、碳酸盐、硫酸盐的分解,灰渣粒径减小;当温度升至1 000℃以上,灰分组分发生化合反应,生成产物以复合硅酸盐为主,灰渣粒径增大甚至结块;灰渣在化学反应过程中,非金属元素C,Cl,S转化为气体化合物逸出主体,使灰渣质量减小;成型RDF灰渣晶体含量比非成型RDF高;成型RDF灰渣粒径比非成型RDF灰渣大。     

生物质成型燃料的物理品质和成型机理的研究进展

为了提高生物质成型燃料的物理品质，以及为成型工艺的合理选择提供理论依据，在生物质成型燃料物理特性试验研究的基础上，结合目前国内外关于生物质压缩成型的最新研究进展，分析了生物质压缩成型的内在机理，揭示了生物质成型燃料的品质指标与生物质成型过程的粒子特性、生化特性和电势特性的关系，为今后深入开展生物质压缩成型的研究提供了新的思路和途径。