藤茎类秸秆专用切割刀片的设计与试验

为了解决传统切割刀片滑切角变动幅度大、受力不均、波动较大等问题,该文应用对数螺线方程,设计了藤茎类秸秆专用的等滑切角锯齿型刀片。通过对成熟期番茄藤和茄子藤在不同水分下的切割试验,结果表明:在刀轴转速为4 000 r/min、切割速度约为85 m/s的条件下,与普通刀片和等滑切角平型刀片相比,等滑切角锯齿型刀片切割番茄藤和茄子藤的电能分别为0.18和0.25 k W·h,消耗的切割电能少、切割效率高、切割效果好;40°等滑切角锯齿型刀片与45°的相比,40°等滑切角锯齿型刀片切割番茄藤和茄子藤的电能分别为0.38和0.49 k W·h,消耗的切割电能少、切割效率高、切割效果好;材料为Cr12Mo V的等滑切角锯齿型刀片与65Mn的相比,Cr12Mo V的刀片切割番茄藤和茄子藤的电能分别为0.17和0.24 k W·h,切割效果较好。该文设计的刀片在切割过程中受力较均匀,具有降低切割功耗、提高切割效率的作用,对于改进秸秆切割机械的工作性能和减小切割过程的能量消耗具有重要意义。     

VNT与EGR耦合对不同气压下燃用含氧燃料柴油机性能的影响

将废气再循环(exhaust gas recirculation,EGR)、可变喷嘴涡轮增压器(variable nozzle turbocharger,VNT)与含氧燃料掺烧技术结合,可拓宽EGR的适用工况,提高空燃比,既有助于解决氮氧化物(nitrogen oxides,NOx)与微粒(particulate matter,PM)排放的矛盾,也有利于减小海拔上升导致的柴油机性能恶化的程度。选择EGR与VNT耦合的高压共轨柴油机作为研究机型,将生物柴油和生物乙醇按一定比例与柴油混合成生物乙醇柴油(biodiesel-ethanol-diesel,BED)燃料,利用大气模拟系统,在100和80 k Pa的环境下,试验研究VNT与EGR对含氧燃料柴油机动力性、经济性、排放特性的影响规律。结果表明:含氧燃料柴油机的动力性和经济性随着VNT开度和EGR率的增大以及大气压力的降低而变差,在大气压力为80 k Pa、转速为2 200 r/min工况下,VNT开度从22%增大到28%扭矩平均降低3.8 N·m,比油耗平均增加4.2 g/(k W·h),EGR率每增大5%扭矩平均降低0.8 N·m,比油耗平均增加1.5 g/(k W·h),大气压力从100降低至80 k Pa时扭矩平均降低3.4 N·m,比油耗平均增加4.9 g/(k W·h);VNT开度从22%增大到28%时NOx平均减小15%,EGR率每增大5%时NOx排放平均降低12%,大气压力从80增大到100 k Pa时NOx排放平均增加11%;VNT开度从22%增大到28%烟度的平均增幅为175.3%,EGR率每增大5%烟度的平均增幅为331.9%,大气压力从100降低至80 k Pa时烟度的平均增幅为96.6%。     

滑切防缠式香蕉秸秆还田机设计与试验

针对香蕉秸秆富含纤维且含水率高等物理特性,现有的秸秆与根茬粉碎还田机田间作业时存在着切割阻力大,秸秆纤维易缠绕等问题。采用理论建模方法确定了秸秆滑切刀片的刀刃曲线方程;设计阐述了还田机的关键结构参数,该文研制出一种滑切防缠式香蕉秸秆还田机,并阐述了还田机械的总体机构与工作原理,同时对其秸秆粉碎率以及功耗进行田间试验。结果表明:各因素对香蕉秸秆粉碎率和功耗影响的显著性顺序从大至小依次均为秸秆粉碎刀辊转速、灭茬刀辊转速、机器前进速度。当机器前进速度为1.39 m/s、秸秆粉碎刀辊转速为1 600 r/min、灭茬刀辊转速为500 r/min时,香蕉秸秆粉碎率为95.2%,功耗为4.96 k W。在最优工作参数情况下,实际香蕉秸秆粉碎率为94.9%,实际功耗为5.1 k W,与软件分析值(95.2%、4.96 k W)间的误差分别为0.31个百分点、0.27%,验证了分析的可信性。通过与甩刀式立式香蕉秸秆粉碎还田机进行性能对比试验,得出所研制的滑切防缠式香蕉秸秆还田机秸秆粉碎率提高1.94个百分点,功耗降低11.3%。该机器的设计为中国南方热带地区香蕉秸秆还田技术的推广与应用提供了基础。     

秸秆发电燃料收加储运过程模拟分析

目前,中国秸秆发电项目的燃料收加储运成本的理论模型分析仍是空白,为了能够有效控制燃料的收加储运成本,掌握不同运输距离下松散秸秆、大秸秆捆的成本变化趋势,该文建立了一个秸秆发电项目燃料收加储运模型,以国内已投入运营电厂的经验数据为基础,通过分析不同模式下的成本变化趋势,对不同收购量及不同收购半径情况下秸秆发电厂燃料收购,提出理想情况下的优化模式,即集中收集和分散收集相结合的模式。对指导秸秆发电厂建立合理的燃料收加储运模式,有效降低燃料成本具有积极的指导意义。     

江苏盐城市农村秸秆资源综合利用——基于生物质发电的经济分析

随着一次能源的逐渐枯竭,可再生能源的开发利用日益引起人们的关注.本文以江苏省盐城市秸秆资源现状为切入点,分析了生物质秸秆发电的社会经济背景.在分析秸秆发电技术设备条件的基础上,运用成本收入法验证了秸秆发电的经济效益可行性,结果表明:若充分利用可利用的生物质秸秆资源,每年可带来约3.7亿元的收入.借鉴前人已有研究成果,经统计推理可知秸秆发电大大降低了CO2、SO2、烟尘等污染物的排放,进而说明秸秆发电的生态效益非常可观,利用前景广阔.同时论述了秸秆发电良好的社会外部性,得出3点社会效用.并针对盐城市进行秸秆发电所存在的问题提出了相应对策.     

洁区播种思路下麦茬全秸秆覆盖地花生免耕播种机研制

针对黄淮海花生主产区常规机播多种机具多次下田、生产成本高问题,以及传统免耕播种不适宜全秸秆覆盖地作业,存在缠绕壅堵、架种、晾种问题,研制了基于“洁区播种”思路的麦茬全秸秆覆盖地花生免耕播种机。该机配套75 k W以上拖拉机,作业幅宽2 400 mm,可一次完成碎秸清秸、苗床整理、施肥播种、均匀覆秸,整个施肥、播种、覆土作业在无秸秆影响、相对“洁净”的区域内完成,纯生产率大于0.53 hm2/h,适宜麦收后秸秆未作任何处理的全秸秆覆盖地。田间试验及测产表明,该机作业顺畅、可靠、播种质量高,作业后麦秸秆平均长度115 mm,秸秆覆盖均匀率83%,播种施肥平均深度分别为46和59 mm,合格率分别达到98%和89%,每公顷产量约为5 749.5 kg,各项作业指标均符合主产区花生生产要求。该研究提出的“洁区播种”思路亦可实现全秸秆覆盖地免耕播种小麦、玉米、大豆等不同旱地作物,为推进机械化秸秆禁烧提供了适宜装备。     

秸秆覆盖对不同初始含水率土壤产沙过程的影响

秸秆覆盖是防治水土流失最有效的措施之一。该文通过模拟降雨（降雨强度为60 mm/h,降雨历时1 h）研究坡耕地在不同土壤初始含水率状态下秸秆覆盖变化对产沙过程的影响。试验地位于中国科学院红壤生态实验站,土壤类型为耕作铝质湿润淋溶土,试验小区为12 m×3 m,坡度为9%。处理分为5个水平的覆盖度（0、15%、30%、60%和90%）和2种土壤初始含水率（干态和湿态）。结果表明,在0、15%、30%、60%和90%覆盖度下,干态土壤平均产沙速率依次为24.5、15.8、10.4、11.2和1.0 g/(m2·h),同一覆盖度下产沙速率在模拟降雨时段内略微增大。湿态土壤条件下平均产沙速率依次为115.6、70.0、49.6、34.8和31.9 g/(m2·h),同一覆盖度下产沙速率在模拟降雨时段内下降明显。0、15%、30%、60%和90%覆盖度下平衡时产沙速率依次为52.5、30.5、22.8、19.8和15.4 g/(m2·h)。另外,5个水平的覆盖度中,30%的花生秸秆覆盖降低不同前期含水率下土壤产沙速率50%以上。因此,不同前期含水率情况下土壤产沙速率对秸秆覆盖度变化的响应非常明显,30%秸秆覆盖具有较为经济的水土保持效果。     

秸秆直燃发电供应链气体及颗粒污染物排放的生命周期评价

秸秆发电以其极好的环保效用和可再生能源利用引起各界关注,但是由于秸秆轻、薄、散的特性,导致在秸秆收集和运输的效率十分低下,从而会消耗大量石化燃料,排放出大量的气体及颗粒污染物,加之秸秆发电供应链的终端直燃发电也会排放一定污染物,必然会对其环保效用带来影响。该文依据生命周期评价方法,通过建立4个秸秆发电供应链场景,包含秸秆收集、打捆、运输存储、解包破碎以及最终发电等阶段,对其中机械及车辆石化燃料的消耗以及污染物的排放进行定量计算,发现4个秸秆发电供应链的污染物排放有较大差距,其中CO2相差1.2～2倍,CO相差1.4～5.4倍,NOX相差1.5～4.2倍,PM相差1.4～6.5倍。秸秆发电供应链环保效果与秸秆发电供应链中收集、预处理及运输存储模式有较大关系,预处理压缩环节、短距离农用车运输及压缩后道路运输距离是关键,这些因素的合理配置直接关系到秸秆发电供应链环保效用的高低。对秸秆发电供应链的整体排放以处理单位质量秸秆排放的污染气体和可吸入颗粒排放指数为标准,通过与秸秆露天燃烧和燃煤发电供应链对比分析,发现相对秸秆露天燃烧PM排放指数12.95 g/kg,秸秆发电供应链的PM排放指数为0.12 g/kg;相对燃煤发电供应链CO2排放指数1 010.1 g/kg,秸秆发电供应链的CO2排放指数为43.44 g/kg,在减少由露天焚烧秸秆造成的应急性雾霾天气和减少碳排放方面有积极作用。     

行星轮式内外锥辊固体燃料平模成型机研制与试验

中国热带农业区作物剩余物多为香蕉秸秆、椰壳以及甘蔗叶,目前以其为混合原料的固体成型设备研究较少,因此该文设计了一种行星轮式内外锥辊固体燃料平模成型机,描述了该机进料装置、辊压装置以及成型装置等主要部件结构,并对辊压装置进行了运动和受力分析,确定了其关键参数。研制样机并进行性能试验,试验结果表明:该机在电动机功率为45 k W、锥辊公转转速为190 r/min、锥辊自转转速为543 r/min、配套喂料输送装置功率为3 k W时,生产率为850 kg/h、颗粒燃料成型率为96.5%、质量密度为1.25 g/cm3、成型后含水率为2.82%、机械耐久性为96.74%,符合生物质颗粒燃料成型要求。整机工作过程中噪音低,经济效益与生态效益明显,为中国热带地区固体燃料成型机的发展与推广提供了参考。     

土壤水解类酶活性在玉米秸秆与肥料配合施用下的变化

通过田间试验,进行了玉米秸秆与厩肥、N肥和P肥配合施入农田后土壤中水解类酶活性变化的研究.结果表明:在小麦生长期内,秸秆配合氮磷肥处理的蔗糖酶活性最高60.09±2.74 mg GLU/(g·24 h),比对照处理高出28.09±1.79%,脲酶也以秸秆配合氮磷肥处理最高2.86±0.10 mg NH3-N/(g·24 h),是对照处理的1.04±0.03倍,秸秆配合氮肥处理的碱性磷酸酶活性最高4.01±0.05 mg酚/(g·24 h),比对照高出0.28±0.05 mg酚/(g·24 h),秸秆还田处理的3种酶活性都高于对照,配合施用的有机肥和氮磷肥则在小麦的不同生长期、不同酶活性间表现出不同的作用.脲酶活性与蔗糖酶活性、土壤温度都呈极显著相关,蔗糖酶活性、碱性磷酸酶和土壤温度之间相关性不显著.     

基于作业成本法的秸秆直燃发电物流成本分析

中国秸秆物流成本偏高制约了秸秆直燃发电的推广,针对此问题,该文采用作业成本法,结合在江苏、河南、河北等地的秸秆直燃发电成本研究,并将各地秸秆进行发热量试验,分析水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆和棉花秸秆的物流成本。结果表明,4种秸秆的单位发热量的成本分别为:水稻秸秆1.40×10-2元/MJ、小麦秸秆1.15×10-2元/MJ、玉米秸秆1.09×10-2元/MJ、棉花秸秆0.96×10-2元/MJ。由试验分析可得,棉花秸秆是一种较好的燃料,成本较低、热值较高,玉米秸秆和小麦秸秆相差无几,但综合而言,小麦秸秆相对较优,而水稻秸秆,由于其独特的地理优势,在中国南方地区是主要选择。该文为生物质电厂燃料的经济技术分析提供一些参考。     

棉花秸秆糖化碱预处理条件优化

新疆含有丰富的棉花秸秆资源,但棉秆需经预处理后才能被纤维素酶高效水解。该文以棉花秸秆资源的综合利用为目的,对其碱预处理及微波/碱预处理条件进行了试验,结果表明：2.0%NaOH,固液比1︰20,120℃,处理棉花秸秆75 min,棉秆中的木质素、半纤维素含量分别降低60.42%,35.05%;利用碱/微波（700 W）预处理棉花秸秆15 min,棉花秸秆中的木质素、半纤维素分别降低61.31%,44.78%,提高微波功率对于处理后的棉秆中木质素、高聚糖（纤维素+半纤维素）收率无明显影响,但功率越高、所需时间越短;不同预处理后的棉花秸秆酶水解试验表明,碱预处理棉花秸秆酶水解96 h,水解率为20.01%,碱/微波预处理棉花秸秆酶水解48 h,水解率为20.05%。     

分隔式循环水池塘养殖系统设计与试验

为了解决池塘养殖设施化程度低、净化能力不足和排污效果差等问题,设计了分隔式循环水池塘养殖系统。该系统由20%水面的吃食性鱼类养殖区和80%水面的滤杂食性鱼类养殖区构成,配置过水堰、螺旋桨式和水车式推流装置、集污和吸污装置等养殖系统设施和装备。性能测试结果表明:螺旋桨式推流装置提水动力效率为340 m~3/(k W·h),流量为204 m~3/h,空载噪音为60 d B;水车式推流装置提水动力效率为360 m~3/(k W·h),流量为180 m~3/h,空载噪音为67 d B;过水堰过水的总流量约为331 m~3/h,利用水循环装备实现水体流动可实现水体日交换量7 900 m~3,达到养殖池塘水体的50%左右。利用推流装置搅动水体,可实现水体大范围的对流,交替暴晒水体,增加水体中的溶解氧,试验池塘中下层溶解氧水平比对照塘高出59.5%,试验池塘叶绿素a浓度比对照塘低,说明一定程度上限制了浮游植物过渡繁殖。该养殖系统可为池塘健康养殖系统模式构建提供参考。     

甜高粱茎秆固态发酵制取燃料乙醇中试项目能耗分析

对以甜高粱茎秆为原料燃料乙醇中试项目的工艺进行了描述,对乙醇及副产品生产进行了能耗分析。该项目采用固态发酵工艺,乙醇转化率达到理论值的95.8%,并对剩余的茎秆渣进行综合利用,实现了余热回收利用,具有低排放的环保特性。项目年产无水乙醇1000t/a、发酵秸秆蛋白饲料1500t/a和秸秆纤维纸浆5000t/a。能耗分析表明,在考虑余热回收情况下,系统全年生产总能耗为4.31×106kW·h/a,无水乙醇的单位生产能耗为2759.67kW·h/t,蛋白饲料的单位生产能耗为36.86kW·h/t,秸秆纤维纸浆的单位生产能耗为298.41kW·h/t。无水乙醇生产工艺中回收余热量8.9×105kW·h/a。该系统中乙醇生产能量回收率为62.9%,高于以玉米等粮食原料生产乙醇的能量回收率。     

移动式太阳能增氧机的研制

为提高池塘养殖的机械增氧效率,应用Solidworks软件设计了移动式太阳能能增氧机,该设备由太阳能动力组件、水面行走机构、增氧装置和运动控制系统等组成。移动式太阳能增氧机可在水面自主行走,产生波浪和实现上下水层交换。性能测试表明,移动式太阳能增氧机的光照启动强度为17 000 lx,空载噪声为75.3 d B,水面行走机构的行走速度在0.027~0.041 m/s之间波动,无线遥控距离为44.2 m,在增氧装置位置的最大浪高为0.44 m。随着光照强度的增强,增氧装置增氧效率和扰动水体能力增强,最大机械增氧能力为1.24 kg/h,动力效率2.59 kg/(k W·h);最大扰动水体1 254.4 m3/h,扰水动力效率2 613.3 m3/(k W·h)。移动式太阳能增氧机利用太阳能作为能源,在池塘水体中运行面积大、运行时间长,强化了池塘自身的自净能力,具有生态调控的功能,有利于池塘物质循环和水质改善。     

高温焚烧对秸秆灰渣磷、钾养分变化的影响

生物质能是我国仅次于煤炭、石油和天然气的第4位能源资源,是可再生能源的一部分,在能源系统中占有重要地位[1]。农作物秸秆作为一种生物质能,也是我国广大农村中重要能源之一[2]。如何合理利用秸秆这一类生物质能已成为研究的热点[3]。自1988年丹麦建成世界第一座秸秆发电厂后,秸秆发电已成为秸秆能源化利用的新途径[4],目前,秸秆发电技术在发达国家如美国、欧洲、日本等已广泛采用。受世界能源危机的影响,近两年,我国许多省市引进国外技术,开始陆续上马秸秆发电建设项目。然而,秸秆发电过程中,会产生约占秸秆量15%左右的灰渣,由于发电厂秸…     

山核桃坚果分段变功率微波干燥工艺参数优化

为了提高山核桃干果品质、缩短干燥时间和降低干燥能耗,以前期微波功率密度、转换点含水率和后期微波功率密度为试验因素,对山核桃坚果分段变功率微波干燥工艺进行了试验研究。通过单因素试验,研究了山核桃坚果微波干燥特性,确定了山核桃坚果微波干燥各因素合适范围。通过三因素五水平的二次回归正交试验,建立了三因素与失水速率、单位质量干燥能耗以及干燥后物料蛋白质保存率、不饱和脂肪酸保存率、感官品质指标综合分值的二次回归数学模型,分析了三因素对各指标影响的显著性。利用多目标非线性优化方法,确定了山核桃坚果分段变功率微波干燥的最佳工艺参数组合,即前期干燥微波功率密度为6.5 k W/kg,转换点含水率为23.4%(干基),后期干燥微波功率密度为3.3 k W/kg。在此条件下,山核桃坚果失水速率为4.072%/min、单位质量干燥能耗为3.467 k W·h/kg、蛋白质保存率为92.15%、不饱和脂肪酸保存率为91.63%、感官品质指标综合分值为35.28分。研究结果为山核桃坚果干燥加工生产提供一定的理论依据。     

水稻秸秆和玉米秸秆在好气和厌氧条件下的腐解规律

采用室内模拟培养的方法,研究了水稻秸秆和玉米秸秆在好气和厌氧条件下的腐解规律。结果表明:在0~3个月的培养时间内,水稻秸秆和玉米秸秆腐解较快,腐解率达55%以上。在好气培养条件下,水稻秸秆和玉米秸秆质量减少50%所需要的时间(t_(1/2))分别为59.2 d和52.9 d,而在厌氧培养条件下的t_(1/2)分别为72.6 d和79.9 d。水稻秸秆和玉米秸秆在好气培养条件下的碳释放速率常数k(0.61~0.6月~(-1))高于其在厌氧培养条件下的碳释放速率常数k(0.55~0.57月~(-1))。水稻秸秆和玉米秸秆在好气培养条件下的氮释放速率常数k(0.25~2.36月~(-1))也高于其在厌氧培养条件下的氮释放速率常数k(0.16~2.32月~(-1))。水稻秸秆和玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素含量在好气培养条件下的减少速率高于其在厌氧培养条件下的减少速率。综上所述,好气培养条件有利于作物秸秆降解和营养物质的释放。     

不同秸秆还田率情境下亚热带水田土壤的“碳汇”贡献模拟研究

明确不同秸秆还田量对土壤“碳汇”的贡献大小是合理制定农业碳中和措施的基础。以我国典型亚热带地区——福建省水田土壤为研究对象，基于2016年15833个土壤样点实测数据和目前该地区最详细的1︰5万大比例尺土壤数据库，运用农业生态系统中广泛使用的DNDC(DeNitrification and DeComposition)模型模拟了不同秸秆还田率下全省未来的土壤有机碳动态变化。结果表明，2017—2053年传统管理(15%)以及秸秆还田30%、50%和90%下水田土壤的年均固碳速率分别为173、302、478和838 kg·hm^-2，固碳总量分别为11.56、20.15、31.90和55.95 Tg。从土壤亚类来看，咸酸和盐渍水稻土的年均固碳速率最大，不同秸秆还田率下介于220～920kg·hm^-2·a^-1之间；而渗育和潴育水稻土的固碳量最大，不同秸秆还田率下合计介于9.45～45.52 Tg之间，约占研究区总固碳量的81%。从行政区来看，龙岩、泉州两个地级市的固碳速率和总量均最大，不同秸秆还田率下均分别在202～937 k...     

不同栽培模式对马铃薯农田土壤温度、生物性状及产量的影响

为探究不同栽培模式对马铃薯农田土壤温度、生物性状及产量的影响,采用覆膜、添加秸秆、添加秸秆再覆膜不同种植模式,以普通种植方式为对照,进行了研究。研究结果表明,在马铃薯生育前期,土壤平均温度差异为:添加秸秆再覆膜处理覆膜栽培处理添加秸秆处理普通种植(CK);添加秸秆再覆膜处理的株高、茎粗显著高于其他处理,其中株高较其他处理增加了1.9%～39.6%,茎粗较其他处理增加了13.7%～22.6%;添加秸秆再覆膜处理产量达到44 022 kg·hm-2,比对照(21 091 kg·hm-2)增产109%;覆膜处理产量39 490 kg·hm-2,比对照增产87.2%;添加秸秆处理产量为22 211 kg·hm-2,比对照增产5.3%。因此,添加秸秆再覆膜的处理能显著提高马铃薯田间土壤温度、增强植株长势、增加产量。