中国玉米秸秆草谷比及其资源时空分布特征

针对玉米秸秆资源量及时空区域分布不清等问题,该研究分析9个典型省的玉米秸秆草谷比差异性,并基于草谷比实测值,评价近10a中国玉米秸秆资源量的时空变化情况,预测玉米秸秆的资源潜力。研究结果表明,玉米秸秆草谷比实测值为(0.84±0.23),不同地区、不同品种草谷比差异显著,随着年份变化,玉米品种和种植方式在不断变化,草谷比逐年变小,从2009年1.2减小到2018年的0.84,估算2018年全国玉米秸秆理论资源量为2.16×10⁸ t,比2009年仅增加3.9%。玉米秸秆东北和华北地区资源量最高,占50%以上,与2009年相比,东北、华北、西北地区资源量有所增加,华东、华中、西南、华南略有下降;单位面积玉米秸秆可收集资源量4.51t/hm²,比2009年增加23%,东北地区最高,其次华北、华东和西北地区,然后是华中和西南地区,华南地区最低。预测2025年玉米秸秆的理论资源量为(2.53±0.58)×10⁸ t,可收集资源量为(1.86±0.51)×10⁸ t。研究为全国各个地区的秸秆合理规划利用提供基...     

小麦免耕播种机开沟器对作物生长的试验研究

为了研究具有不同开沟器的免耕播种机对动力消耗以及作物生长的影响,该文利用3种典型开沟器即短翼尖角、单圆盘和旋耕刀式在一年两熟区玉米收获地的壤土中进行了田间免耕播种试验研究,分别从土壤扰动量、返青期小麦根系状况以及单株干重和产量等方面进行了测定与分析。结果表明,3种开沟器对小麦产量影响不大,但对土壤扰动和耗油量以及返青期的小麦生长影响较大。旋耕刀开沟器土壤扰动较大,高达40%～60％,动力消耗多,返青期小麦的次生根数也最多;单圆盘开沟器播种后土壤扰动较小,仅为10%～15％,动力消耗较小,返青期小麦的次生根数和单株干重也最小;尖角开沟器土壤扰动、耗油量以及小麦根系情况居于其间。因此,可以看出不同的开沟器适应于不同的地区和需要,在保护性耕作实施过程中,可根据当地的气候环境等实际情况来设计或选用。     

生物质颗粒燃料成型的黏弹性本构模型

为研究生物质颗粒成型燃料压缩成型机理,该文用玉米秸秆、花生壳、小麦秸秆、大豆秸秆、棉花秸秆、木屑等6种生物质原料,采用生物质颗粒燃料成型机进行压缩成型,研究生物质颗粒燃料压缩成型过程,采用黏弹性理论,建立生物质颗粒成型燃料的本构模型,从力学角度提出生物质颗粒成型燃料的压缩成型机理,并研究对比不同种类生物质原料压缩的最大应力与能耗.结果表明,6种生物质原料中棉杆和木屑的最大应力较高,其余4种原料略低;木屑的压缩能耗最高,其次为棉秆、花生壳和豆秸,小麦秸秆和玉米秸秆较小.该研究结论为解决生物质颗粒成型燃料成型加工能耗高,关键部件受力磨损导致寿命低等问题提供一定参考.     

中国农作物秸秆资源分布及其产业体系与利用路径

中国具有丰富的农作物秸秆资源,推进农作物秸秆综合利用,不仅可减少田间焚烧环境污染、消除火灾隐患,还可增加农民收入、改善农村人居环境、促进农业可持续发展。基于中国大陆地区各省级行政区的统计数据,探讨了中国农作物秸秆资源构成与空间分布特征。玉米、水稻、小麦三大粮食作物秸秆占全国秸秆资源总量的84.8%;秸秆资源总体呈现出"东高西低、北高南低"的阶梯状分布特征。统揽中国秸秆产业发展全局,系统梳理并深入解析了中国秸秆产业政策体系、市场体系、技术体系和监管体系发展历程和现状。分别以单一利用、综合利用、战略布局和区域统筹为鲜明特征,将秸秆利用政策历程划分为政策起步期(1979—2007年)、政策发展期(2008—2012年)、政策转型期(2013—2016年)和政策深化期(2017年至今)。系统阐释了中国农作物秸秆农业利用、能源化利用和高值化利用的主要路径与模式。该研究可为指导中国秸秆资源开发利用提供重要的基础支撑和决策参考。     

积分方法改进的生物质热解反应速率模型构建

针对经典Arrhenius方程中温度积分项不可积的问题,通过设定热解过程中生物质转化率同时为时间(和温度r的函数,使温度积分项可积分,有效避免积分法动力学分析中因简化而导致的计算误差。基于此热动力学方程(Ⅱ类热动力学方程)采用等转化率线性积分法求解反应活化能E,并结合模型拟合法选取最优反应机理函数,将选取的机理函数重新代入Ⅱ类热动力学方程积分式解得指前因子A的值。基于等转化率线性积分法分别采用Ⅰ类及Ⅱ类热动力学方程对玉米芯等5种生物质热解过程进行动力学分析,结果显示2类热动力学方程求得生物质活化能E的决定系数均高于0.95。Ⅱ类动力学方程求解的动力学参数计算的动力学分析值与试验值的吻合度高于Ⅰ类动力学方程。根据热解反应的活化能E与lnA具有高度线性拟合性,且转化率0.05～0.85间活化能波动不大这一特点,采用最大热解速率处转化率对应的热解动力学参数简化热解过程的动力学参数,可减小数值模拟的计算成本,为工程上热解反应的数值模拟提供一定的基础。     

木质类生物质粉碎机设计

针对木质类生物质原料粉碎时功耗大、生产率低,以及粉碎后的碎料影响成型等问题,该文采用先切削后粉碎的原理,研究设计了木质类生物质原料粉碎机,并以不同直径的果树剪枝进行切削粉碎性能试验,试验结果表明：直径低于10 cm的树枝,本机器运行平稳,生产率达到2.1 m3/h,粉碎后的原料粒度质量较好,能够满足成型要求;粉碎机的功耗随着树枝直径的增加而明显增加,当树枝直径为10～15?cm时,功耗达到15.7 kWh/m-3,机器基本能够正常运行,但当树枝直径超过15 cm时,功耗增加了55.8%,机器不能正常运行。     

基于热重法的生物质工业分析及其发热量测定

为了比较不同种类生物质的燃烧特性,丰富热重分析技术的应用方向,该文采用热重分析技术对农业剩余物、林业剩余物和工业加工废渣的代表性生物质进行了空气气氛下不同升温速率的燃烧特性试验研究。研究表明:3种类型生物质的燃烧过程均包括4个主要阶段:水分蒸发阶段、挥发分析出及燃烧阶段、固定碳燃烧阶段、燃尽阶段。该文提出1种确定样品工业分析值的方法,即热分析曲线法,并推荐应用20℃/min升温速率下的热分析曲线图来计算确定。同时还提出1种差热分析法,用以计算生物质样品发热量,分析发现,农业秸秆类剩余物适用于20℃/min的升温速率,木屑和甜高粱渣适用于5、10℃/min的升温速率。该文提出的计算工业分析值的热分析曲线法与计算发热量的差热分析法,为热重分析技术研究生物质的燃烧特性提供了新的应用方向,但2种新方法的建立,以及他们的有效性和适用性,仍需要大量试验数据的验证和进一步的试验研究。     

农作物秸秆皮带输送量的影响因素分析

该文以农作物秸秆的皮带输运特性为研究对象,以玉米秸秆为例,分析了秸秆全水分、粒度分布,以及皮带输送倾角和皮带速度对质量输送量的影响规律。结果表明,玉米秸秆的质量输送量和堆积密度随全水分的增加近乎线性增加,干物质的质量输送量呈线性下降;全水分增加时,质量输送量随着堆积密度的增加,其变化率逐渐减小;粒度对质量输送量和动堆积角的影响较大;带速在临界速度1.6 m/s前后,质量输送量的趋势发生明显变化。同时,该文对小麦秸秆、甜高粱秸秆进行了试验规律验证,发现输送规律基本一致,仅小麦秸秆在输送倾角变化时的质量传输规律略有差异,充分显示生物结构特征相似的秸秆具有相同的传输规律。试验证实,流态化临界角与各粒度区间的动堆积角满足线性加权关系,为其他农作物秸秆的皮带输送提供了必要的研究方法。     

国内外生物质成型燃料质量标准现状

中国生物质成型燃料标准体系建设初步取得了一些成效,但与欧美发达国家相比标准制定工作进展较为缓慢,一定程度上制约了产业发展。该研究分析了国内外生物质成型燃料标准体系和质量认证体系现状,研究生物质成型燃料质量影响因素及质量要求;与ISO国际标准比较,分析了木质、非木质生物质成型燃料各指标质量分级要求,结合中国国情,提出中国生物质成型燃料质量标准仍需进一步完善。同时与国内煤炭质量相关标准进行比较,生物质成型燃料灰分含量低,硫含量、砷和汞等重金属含量极低,对环境友好,是良好的替代散煤的固体燃料。通过研究提出建议成立生物质成型燃料国家标委会,亟需制定质量分级和污染物排放国家标准,并应区分商用、民用以及工业用等不同应用对象的燃料质量要求。     

黄淮海地区蔬菜尾菜产生系数测算及资源台账构建研究

针对蔬菜尾菜存在的资源底数不清、利用方向不明等问题,探索建立科学规范的蔬菜尾菜产生系数测算方法,明确系数推荐值范围,并以北京市昌平区为例构建了蔬菜尾菜资源台账。研究表明：黄淮海地区典型蔬菜尾菜的产生系数在0.9%～10.7%之间,可收集系数在0.22～0.93之间,收获时的含水率均在80%以上,不同蔬菜尾菜的产生系数、可收集系数、含水率存在很大差异;与以藤蔓为主的瓜果类、豆类、茄果类尾菜相比,叶菜类尾菜的收集难度更大。2021年北京市昌平区尾菜理论资源量为1.48万t（鲜质量）,可收集量为1.12万t,尾菜综合利用率约为55.39%,市场化主体利用占比超过90%,直接还田量约为8%,农户分散利用量仅占不到2%;利用途径基本为肥料化利用,占比高达99.69%。综上,我国蔬菜尾菜离田利用方式以肥料化为主,整体资源化利用水平仍较低。