玉米秸秆成型燃料生命周期评价

为了定量解释以秸秆为原料的成型燃料的节能和温室气体减排潜力,从能源消耗和环境排放出发,分析了玉米秸秆的生长、运输、压缩成型,成型燃料运输、燃烧利用等单元过程,建立了秸秆成型燃料的生命周期能源消耗、环境排放分析模型。以5 000 t/a的秸秆成型燃料生产厂为例,评价了其生命周期能耗和环境排放。结果表明：秸秆运输、压缩成型、成型燃料运输等环节都需要消耗能源,其中,压缩成型的能耗最大;秸秆固定的二氧化碳量为生命周期排放出二氧化碳的96.6%,在很大程度上减少了温室气体的排放。利用生命周期分析秸秆成型燃料,得出其相比化石燃料具有较大的减排优势,为秸秆成型燃料利用提供了基础性数据。     

秸秆制作成型燃料的试验研究

秸秆经热压成型,密度可达到1.2～1.4g/cm³;燃烧性能优于木材近似中质烟煤,其燃烧效率比散烧提高一倍左右,是一种便于运输、贮存的高品位能源,本文对秸秆成型的机理进行了初步探讨,提出了螺旋挤压成型过程中原料压力变化的力学模型。对成型块的燃烧特性参数进行了测试分析。     

秸秆成型燃料生产应用的关键问题探讨

秸秆成型燃料(straw densification briquetting fuel,SDBF)的研究在中国已有二十多年的历史,但中国SDBF现有的年产量仅有十多万吨,是中国原料年产量的万分之一,是世界年产量的2.5%,形成这种局面的主要原因是生产中的几个关键问题一直没有受到重视.通过十余年的潜心研究,作者认为:要在中国实现SDBF规模化生产,必须认真解决好四个问题:一是资源收集和储运的高成本问题;二是成型机快速磨损问题;三是燃烧设备中受热面飞灰沉积和腐蚀问题;四是原材料脱水问题.该文在分析SDBF成型机理和实际应用案例的基础上,对四个问题的影响因素和成因进行了探讨,提出了解决这些技术难题的办法和中国生物质成型燃料规模化发展的模式和建议.     

秸秆成型燃料双层炉排锅炉炉膛温度分布试验与分析

在4种工况下：1.最小风门α_py为1.6、2.较小风门α_py为2.2、3.较大风门α_py为3.2、4.最大风门α_py为4.4,分别对作者设计的双层炉排秸秆成型燃料锅炉炉膛温度分布进行试验,结果表明：在4种工况下,炉膛垂直方向、深度方向、宽度方向温度分布出现不同特点,在工况2、3之间锅炉炉膛的温度分布较合理,燃料燃烧状况较好,实现了锅炉安全、稳定、经济运行,从而为锅炉燃烧设备优化设计及运行调整提供依据。     

玉米秸秆成型燃料单锅灶的设计与试验(简报)

为了解决农村日益紧张的能源问题和秸秆焚烧问题,根据目前农村的主要生活炊事习惯和玉米秸秆成型燃料的燃烧特性,研制了玉米秸秆成型燃料单锅灶。试验结果表明：该灶达到了国家的相关标准,燃烧比较稳定,利用清洁,有效的利用了玉米秸秆,对于解决玉米秸秆焚烧的问题和改善居民炊事条件具有重要的意义。     

秸秆成型燃料锅炉炉膛气体浓度分布规律的试验与分析

为了评价秸秆成型燃料锅炉设计与运行水平,实现锅炉优化设计与安全、稳定、经济运行。采用直接测量方法,在锅炉正常燃烧情况下(排烟处过剩空气系数α_py为2.2),对该文作者设计的双层炉排秸秆成型燃料锅炉炉膛气体浓度分布进行试验,试验得出锅炉炉膛内CO₂,O₂,CO气体浓度在炉膛高度方向及深度方向的变化规律,并以此分析燃料层内干燥、干馏、氧化、还原、灰渣层厚度。在α_py为2.2时双层炉排秸秆成型燃料锅炉炉膛气体的浓度分布较合理,实现了锅炉安全、稳定、经济运行,锅炉的燃烧效率可达98.20％,热效率可达74.39％;同时该锅炉具有消烟除尘作用,为秸秆成型燃料锅炉燃烧设备进一步的优化设计及运行调整提供依据。     

玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵产沼气工艺优化

该研究针对农村户用沼气发酵中粪便类发酵原料不足、影响沼气池利用率的问题,为弥补沼气发酵原料单一及不足,将秸秆、粪便混合作为发酵原料,对秸秆粪便混合原料厌氧发酵产沼气的工艺条件进行优化研究,旨在为农村户用沼气工程的健康、稳定运行提供一定的科学依据。在前期单因素试验的基础上,采用二次回归正交旋转组合设计,以产气量为响应值,研究玉米秸秆与猪粪质量比、温度、pH值、接种物质量分数4个因素对玉米秸秆与猪粪混合厌氧发酵的影响,得出产气数学模型,并对数学模型进行了理论分析。通过上述试验研究,得到最佳工艺条件为:玉米秸秆与猪粪质量比为1∶1、pH值为7.5、接种物质量分数为50%、温度30℃,预测产气量为18.51 L。4因素影响主次顺序依次为原料玉米秸秆与猪粪质量比、温度、接种物质量分数、pH值;通过验证分析,模型预测值与试验值之间相对误差小于5%,方差分析不显著,模型拟合较好,为提高粪便秸秆混合原料发酵产气量和提高发酵效率提供参考。     

汽爆预处理青玉米秸秆厌氧发酵特性

为了研究青玉米秸秆未汽爆和汽爆预处理后厌氧发酵产沼气特性,该文采用汽爆压力为2.5MPa,保压时间为90s,加入质量分数为30%的沼液,未气爆青玉米秸秆的TS(总固体物)质量分数为6%,汽爆预处理青玉米秸秆厌氧发酵的TS质量分数分别为1%、2%、3%、4%、6%、8%、10%和15%,考察了厌氧发酵过程中pH值和产气量随时间和TS质量分数的变化。结果表明:未汽爆秸秆在TS质量分数为6%时能够顺利厌氧发酵,但汽爆秸秆厌氧发酵液极易酸化,且无法调节,适宜的TS质量分数最大为4%;未汽爆秸秆挥发性固体产气率为214.6mL/g,汽爆秸秆在TS质量分数为3%时产气率最大,为334.8mL/g,比未处理秸秆提高了56%;未汽爆秸秆的产气速率为3.3mL/(g·d),汽爆秸秆产气速率随TS质量分数增大而减小,在TS质量分数为1%时最大,为14.8mL/(g·d)。青玉米秸秆经汽爆预处理后其厌氧发酵产沼气的产气率和产气速率大大提高,可以节约发酵时间,缩短发酵周期,有利于秸秆能源化利用的工业化生产。     

水稻秸秆冷压成型参数试验研究

利用单孔成型设备对水稻秸秆在不同参数条件下进行冷压成型试验。通过单因子试验和正交试验,观测不同成型压力、原料粒径及含水率等条件下成型颗粒的松弛密度、耐久性及退模压力,研究成型参数对成型颗粒物理性能指标的影响,以寻求冷压成型一般参数范围和各参数对不同成型指标的影响,为秸秆热压成型和连续成型试验提供数据支持。单因子试验结果表明,水稻秸秆各成型参数的范围为成型压力120～180MPa、粒径小于0.9mm、含水率15%～25%。在单变量试验基础上,设计正交试验。正交试验结果表明,针对不同性能指标,各工艺参数成型颗粒的影响力不一致,成型压力对松弛密度、抗碎强度及抗压强度的影响较大;而原料粒径对抗渗水性的影响较大。对于松弛密度和抗碎强度,成型参数中成型压力、原料粒径、含水率的最佳组合为180MPa、0～0.2mm、18%,抗渗水性的成型参数最佳组合为180MPa、0～0.2mm、12%,抗压强度的成型参数最佳组合为180MPa、0.6～0.9mm、18%。     

秸秆床厌氧发酵产沼气系统优化试验

针对前期研究中发现秸秆床反应器内秸秆在发酵后期上浮、进水短流等问题,采取在秸秆床反应器内增加导气管、在秸秆捆底部预留缓冲空间以及2种方式组合的方式,研究改进措施对秸秆床反应器及整个发酵系统产气、化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)去除等的效果。结果表明:直接以打捆秸秆为固定相,以猪粪废水为流动相的处理在猪粪废水有机负荷为2.13 kg/(m3/d)条件下出现轻度酸化,产气受到明显抑制,日产气量明显低于其它处理,继续提高猪粪废水有机负荷后各处理间无明显差别;采用增加导气管、增加缓冲空间以及导气管+缓冲空间的方式改善了秸秆床反应器内发酵环境,未出现酸化现象,日产气量稳定性明显提高。试验结束时,各处理秸秆床反应器累积产气量较对照分别提高了18.90%、9.05%和22.48%,累积产甲烷量较对照分别提高了23.02%、9.34%和25.21%;采用该研究提出的改进措施对二级反应器产气组成无明显影响,各处理平均甲烷含量均在68%左右,对整个秸秆床发酵系统累积产气量、平均甲烷体积分数以及COD去除率无明显影响。以上结果表明,在秸秆床反应器内增加导气管对提高反应器产气量、甲烷含量及产气稳定性有较好的效果,在条件允许的情况下可以考虑在反应器底部增加缓冲空间。     

复合菌系预处理稻秆半连续厌氧发酵产甲烷性能

利用复合菌系预处理稻秆进行半连续厌氧发酵,通过高通量测序和宏基因组技术,研究复合菌系降解稻秆产酸效果,并对微生物菌群结构及功能进行解析,进而将其用于半连续厌氧发酵产甲烷。结果表明:复合菌系对稻秆的降解主要发生在前3 d,稻秆的降解率达到64.05%,复合菌系预处理稻秆12 d,稻秆的降解率达到89.02%,半纤维素、纤维素和木质素的降解率分别达到88.73%、80.51%和62.68%;复合菌系预处理稻秆的代谢产物以乙酸和丁酸为主,其含量分别占总VFAs挥发性脂肪酸的54.51%和29.02%。复合菌系主要由Cellulosilyticum、Prevotella、Pseudomonas、Mobilitalea、Lysinibacillus、Clostridium和Oscillibacter等组成,它们对碳代谢的相对贡献度均在45%以上,其中,Prevotella和Cellulosilyticum对果糖、甘露糖代谢和戊糖转化的相对贡献度最大,分别达到20.90%和11.98%,Pseudomonas对木质素降解的相对贡献度最大,达到7.5%。利用复合菌系预处理稻秆进行半连续厌氧发酵,日产气量、甲烷含量和日甲烷产量分别较对照增加了11.34%、25.24%和34.10%,日甲烷产量始终保持在200 mL/d左右。复合菌系预处理稻秆能有效提高稻秆厌氧发酵产甲烷的效率。     

利用酒糟生物质发酵生产燃料乙醇的试验研究

研究了采用固态发酵工艺利用酒糟生物质生产燃料乙醇的工艺。向酒糟生物质中加入0.05%液化酶，0.06%糖化酶，0.8%纤维素酶，0.4‰TH-AADY，调整酒糟生物质的酸度为3.0，含水率为60%，起始温度为22～24℃，发酵周期为9 d的条件下，燃料乙醇产率可达4.18%。中试结果表明，该工艺可正常生产燃料乙醇，产率为4.03%。本研究可以为酒糟生物质资源的合理利用、消除酒糟对环境的污染、开发可再生新能源提供一条新工艺。     

玉米秸秆厌氧产氢工艺参数优化

为解决玉米秸秆结构致密导致秸秆发酵难于直接降解的问题,首先分别采用0.2%、0.4%、0.6%、0.8%的HCl溶液对其进行预处理,以厌氧活性污泥为接种物进行中温(38℃)发酵产氢试验。结果表明,玉米秸秆的累积产氢量和产氢速率随着盐酸质量分数的增大先增加后降低,0.6%HCl处理效果最佳,单位累积产氢量和产氢速率分别为87.90 m L/g和3.05 m L/(g·h)。再以0.6%HCl溶液预处理的玉米秸秆为底物进行发酵产氢的单因素和正交试验,研究了秸秆粒径、底物浓度、初始p H值对玉米秸秆厌氧发酵产氢过程的影响。结果表明:玉米秸秆粒径越小越利于发酵产氢;适度增加底物浓度可增加产氢量;适宜的发酵初始p H值有利于产氢细菌的生长繁殖;得到较佳的工艺参数组合为秸秆粒径150μm、底物浓度15 g/L、初始p H值为7,此时累积产氢量为112.87 m L/g。     

稻秸厌氧发酵产沼气预处理

秸秆厌氧发酵是一种有效的秸秆利用途径,秸秆预处理对发酵过程影响显著,为了探索合理的预处理方法,该文对秸秆预处理工艺进行了研究。以稻秸为原料,首先研究了不同浓度的Ca(OH)2溶液浸泡对秸秆有机物降解的影响,当采用9 g/L Ca(OH)2溶液时,5 d溶出化学需氧量（COD）可增加75.9%,说明碱处理能有效促进秸秆水解。但同时,碱处理容易导致厌氧系统酸化,在未调节pH值的情况下,碱处理的总产气量较对照组降低17.4%。然后通过二次正交旋转组合设计试验,研究了秸秆厌氧发酵预处理中秸秆粉碎粒度、C/N、堆沤时间3个因素的改变对产沼气量的影响。建立了沼气产量的二次多项式数学模型,得到了秸秆厌氧发酵预处理的优化工艺条件：秸秆粉碎粒度为4～6 mm,C/N为40,堆沤时间为8 d。表明预处理过程中秸秆无需过度粉碎,且预处理使得高C/N原料正常发酵,为利用秸秆等高C/N原料厌氧发酵提供了试验依据。     

花生秧厌氧发酵产沼气试验

试验以花生秧为原料,采用厌氧发酵工艺,对其沼气发酵潜力进行研究,结果表明花生秧沼气发酵潜力达0.349m3/Kg。采用正交试验方法对花生秧沼气发酵的工艺参数优化配置进行了研究,结果表明发酵温度,发酵料液总固体浓度,pH值对其发酵结果均有不同程度影响,其中发酵温度和总固体浓度对沼气产量和甲烷产量的影响显著。最优的工艺条件为：发酵温度35℃,总固体浓度20%,pH=7.5,接种量1∶1。添加一定比例牛粪能明显提高产气速度。该文为规模化利用花生秧生产沼气提供了参考。     

NaOH预处理对水稻秸秆沼气发酵的影响

以水稻秸秆为原料,在试验室自行设计的小型沼气发酵装置上进行了厌氧发酵试验,研究不同质量百分数NaOH预处理对水稻秸秆沼气发酵的影响。结果表明,经过NaOH预处理后,水稻秸秆组分被破坏,其中半纤维素降解十分明显;产气量较对照组有明显增加,发酵时间有所缩短。其中NaOH质量百分数为6%的处理组产气率最高,为246.6 mL/g（干物质）,且甲烷体积分数最高达50%。综合来看,以NaOH质量百分数为6%的预处理效果最为理想。     

蔬菜废弃物厌氧发酵制取沼气的试验研究

该文以废弃的甘蓝菜叶为发酵原料,在实验室自行设计的小型沼气发酵装置上进行了厌氧发酵试验,通过测定发酵过程中发酵液和沼气的各项指标,对蔬菜废弃物厌氧发酵的可行性及接种物浓度对发酵过程的影响进行了研究.结果表明,蔬菜废弃物用厌氧发酵工艺处理是可行的;在试验采用的20%,30%,50%三个水平的接种物浓度中,接种物浓度为30%的实验组的挥发酸含量、氨态氮含量以及pH值都在正常范围内,总产气量和沼气中最高甲烷含量分别为7790.81 mL和42.814%,明显高于其他两组及空白组实验.该项研究对蔬菜废弃物的资源化利用提供了有益的参考.     

尿素氨化预处理改善稻秸干法厌氧发酵特性

为了提高稻秸的可生物降解性,利用尿素氨化预处理方式,研究不同尿素质量分数（2%、4%、6%、8%、10%）和不同预处理温度（25、30、35、40、45、50℃）对稻秸预处理前后木质纤维素含量变化及干发酵产气特性的影响。结果表明：1）不同尿素质量分数对稻秸预处理效果影响显著,尿素预处理能够破坏稻秸木质纤维素的结构,预处理后稻秸的碳氮比降低,预处理后稻秸的累计产气量比未经处理组高20.67%～38.20%（P<0.05）,尿素质量分数为4%时效果较好;2）不同预处理温度对稻秸预处理效果影响不显著,尿素预处理效果主要受尿素质量分数的影响。研究结果为秸秆的预处理工艺提供参考,并为秸秆厌氧干发酵技术提供数据支持。