PDF《储存方式对生物质燃料玉米秸秆储存特性的影响》

第31 卷第9期农业工程学报Vol.

31 No.9

2015 年5月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering May

2015 223 储存方式对生物质燃料玉米秸秆储存特性的影响 田宜水 1,2 ,徐亚云 1,2,3 ,侯书林

3 ,赵立欣 1,2 ,姚宗路 1,2 ,孟海波 1,2 (1. 农业部规划设计研究院农村能源与环保研究所,北京 100125;

2. 农业部农业废弃物能源化利用重点实验室,北京 100125;

3. 中国农业大学工学院,北京 100083) 摘要:为了解不同储存方式对农作物秸秆理化特性变化规律的影响,该文针对整株、打捆、粉碎

3 种预处理方式、且 分别储存在露天、覆盖、密封条件下的秸秆进行为期

5 个月的试验研究.结果表明,粉碎秸秆的全水分、灰分较高,分 别比整株与打捆秸秆高出约 3.46%、3.83%与5.95%、4.62%;

但挥发分较整株、打捆秸秆分别低 5.81%、4.47%;

密封储 存全水分、灰分较露天、覆盖储存高,挥发分较露天、覆盖储存低.秸秆储存期间,温度平均值变化不明显,极差仅在 3.24~3.71℃之间,温度最高值可达 50℃左右,故应保持良好的通风.发热量与全水分呈负相关变化,与整株和打捆秸 秆相比,粉碎秸秆发热量下降约

1 000 kJ/kg 左右.秸秆长期储存时,应优先选择整株或打捆秸秆,露天和覆盖储存则需 要进一步研究. 关键词:秸秆;

储存;

物理特性;

化学特性;

变化规律 doi:10.11975/j.issn.1002-6819.2015.09.034 中图分类号:TK6 文献标志码:A 文章编号:1002-6819(2015)-09-0223-07 田宜水,徐亚云,侯书林,等. 储存方式对生物质燃料玉米秸秆储存特性的影响[J]. 农业工程学报,2015,31(9): 223-229. Tian Yishui, Xu Yayun, Hou Shulin, et al. Effect of storage methods on properties of corn straw after storage[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(9): 223-229. (in Chinese with English abstract)

0 引言农作物秸秆是一种具有多用途的可再生生物资源, 每吨干物质秸秆的热值相当于 0.5 t 标准煤,其S含量却 远低于煤,是一种清洁、可再生能源,具有广阔的发展 前景.根据统计,2013 年全国秸秆理论可收集资源量为 8.3 亿t,综合利用率达 77.1%,尚有 1.9 亿t未得到有效 利用[1-5] . 由于农业生产间断性与工业连续性存在一定的矛 盾,如何安全储存秸秆是其规模化利用的关键问题.刘 建辉等[3] 对水稻、小麦、玉米、油菜和棉花

5 种秸秆在遮 雨通风条件下试验分析,得出其性能参数的变化规律. 谢祖琪等[4] 对小麦秸秆进行储存研究,结果表明,储存前 后的芯部温度均在安全范围内,绝干热值无明显变化. 张中波等[5] 对玉米和木质颗粒成型燃料在露天、半封闭、 袋装条件下试验研究,得出了颗粒燃料全水分、颗粒密 度和机械耐久性等理化特性的长期储存数据.William A Smith 等[6] 对玉米秸秆和高粱进行全水分和干物质损失的 测试分析,得出合适的堆垛形状、方向和储存方式能够 有效保持原料水分和干物质的结论. Kevin L Kenney 等[7] 对生物质原料的灰分、碳水化合物、水分等进行分析讨 收稿日期:2014-12-08 修订日期:2015-04-10 基金项目: 十二五 国家科技计划课题(2012BAD30B0202) 作者简介:田宜水,男,研究员,主要从事生物质能、秸秆综合利用、农业 循环经济等技术和政策的研究.北京 农业部规划设计研究院,100125. Email:[email protected] 论,为提高原料质量、减少可变性提供了依据和方法. 上述研究虽然对秸秆的储存和理化特性进行了初步研 究,但是对玉米秸秆在不同预处理、不同储存方式的研 究较少,缺少秸秆安全储存的试验数据. 本文通过采取

3 种不同的储存方式(露天、覆盖、 密封),针对整株、打捆、粉碎等预处理方式的玉米秸 秆进行长期储存试验,每月中旬取样并测量全水分、热值、灰分等理化特性,分析各指标的变化规律,以及不 同预处理和储存方式对秸秆自身特性的影响,以期为秸 秆的安全储存提供理论依据和基础数据.

1 材料与方法 1.1 试验材料 选取山东省肥城市

2013 年秋季所产玉米秸秆. 1.2 试验设备 本试验仪器主要包括:KZR70A 型温度记录仪和 Pt100 温度传感器(北京昆仑中大工控技术发展有限公 司) , 测试精度为±0.2%F.S;

RT-34 静音碾磨式粉碎机 (北 京环亚天元机械技术有限公司);

XL-1 箱型高温炉(河 南省鹤壁市天弘仪器有限公司);

101-3A 电热鼓风干燥 箱(鹤壁市华维科力煤质仪器有限公司);

ZDHW-5 型 微机全自动量热仪(河南省鹤壁市天弘仪器有限公司). 1.3 试验方法 1.3.1 试验时间 中国华北平原地区, 玉米秸秆普遍

11 月份开始收集, 然后进行储存,次年

5、6 月份小麦秸秆可收集、储存并 农业工程学报

2015 年224 利用.玉米秸秆收集后,初始全水分含量很高,需一段 时间风干处理, 因此试验时间为

2014 年1月份至

5 月份. 1.3.2 存储方式的选择 试验地点为山东省肥城市王庄镇,试验环境为室外. 把所选试验原料分为整株、打捆、粉碎

3 种形式, 分别在露天(自然环境下直接储存)、覆盖(防水布遮 住顶部)、密封(先塑料包裹,再用防水布全部遮盖) 条件下储存,储存地面为未经过处理的土地. 整株秸秆:选用

3 组约

1 t 经风干后的整株玉米秸秆进 行堆垛, 长、 宽、 高尺寸约为:

2 400 mm*2

300 mm*2

160 mm. 打捆秸秆:选择

3 组约 2.5 t 经HB3060 型打捆机处 理的玉米秸秆捆进行堆垛,长、宽、高尺寸约为: 2400mm*2300mm*2160mm.选取600mm*460mm*360mm 的秸秆捆

120 捆,每层

20 捆,共堆积

6 层. 粉碎秸秆:选择

3 组约 1.5t 经9ZR-14 型铡揉机处理 的粉碎玉米秸秆进行堆垛,半径、高度约为:1500 mm*2

000 mm. 1.3.3 试验方法 全水分:整株和粉碎秸秆,由上而下分

3 层取样;

打捆秸秆则分

4 层取样.样品制备完成后,按照 NY/T 1881.2-2010 进行测试. 工业分析、发热量:取样后,使用密封袋保存并进 行编号,按照《NY/T 1881.1-2010~1881.8-2010 生物质 固体成型燃料试验方法》制样和测试. 温度:整株秸秆分

3 层,每层安装

3 个Pt100 温度传 感器;

打捆秸秆分

4 层,每层安装

3 个传感器;

粉碎秸 秆分

3 层,顶层安装一个传感器,中间和底层分别安装

3 个传感器.具体安装位置见图 1. a. 整株秸秆垛 a. Whole plant stalks b. 打捆秸秆垛 b. Bale of straw c. 粉碎秸秆垛 c. Crushed straw stack 注:图中圆点为每层传感器分布图,且a图3层,b 图4层,c 图3层. Note:Dot of figure is sensor distribution map, and

3 layers for a figure,

4 layers for b figure,

3 layers for c figure. 图1温度传感器安装示意图 Fig.1 Installation diagram of temperature sensor

2 试验结果与分析 山东省肥城市属暖温带温润性季风气候,冬季寒冷 少雪,春季较干多风,全年平均气温 13℃,年平均降水 量700~800 mm,风向一般为东南风.为分析环境温度 和湿度对试验的影响,从2014 年1月开始每 8h 记录

1 次空气温湿度,每天记录

3 组数据,储存期间月环境平 均温湿度数值见图 2,其中

1 月7日、31 日小雨;

2 月5日、16 日、17 日、26 日雨夹雪;

3 月11 日、18 日号小 雨;

4 月15 日、18 日、20 日小雨,25 日中雨;

5 月10 日中大雨.环境温度总体呈上升趋势,仅2月份因降雪 平均温度最低为 0,5 月份上升到 20℃;

环境........