掺杂秸秆的高硫煤气化脱硫行为研究

通过热重分析法研究高硫肥煤与玉米秸秆混合物的热解动力学,并利用Coats-Redfern法计算混合物的活化能、指前因子。通过对其混合物的热解实验,发现掺杂玉米秸秆对高硫煤有明显的脱硫作用。

玉米秸秆对煤矸石中重金属释放及生物有效性的影响

为研究秸秆对煤矸石重金属释放及生物有效性的影响,向煤矸石中添加不同比例(0%、1%、2%、5%、10%)的玉米秸秆,研究其对煤矸石中铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)和镉(Cd)等重金属释放及赋存形态的影响。结果表明,玉米秸秆的添加促进了煤矸石中Fe、Mn的快速释放,且秸秆添加比例越高,浸出液中Fe、Mn的质量浓度越高,试验结束时(秸秆腐解180 d)秸秆添加量为10%的处理组中Fe、Mn的质量浓度分别达到459.30、47.30 mg/L;玉米秸秆的添加整体上促进了煤矸石中Cu、Zn的释放,抑制了煤矸石中Pb的溶出,对Cd的溶出影响不明显。总体上,秸秆添加促进了煤矸石中Fe、Mn由可还原态向可交换态及可氧化态转化,Cu由可交换态及可还原态向可氧化态转化,使Zn由可还原态转化为可交换态。重金属RAC风险评价结果显示,各重金属中活性形态占比大小依次为Mn>Zn>Cu>Fe>Cd>Pb,秸秆的添加使煤矸石中Mn、Zn活性形态占比升高,秸秆添加量为5%的处理组煤矸石中Cu、Cd活性形态占比最低。综上,玉米秸秆添加量为5%时对煤矸石中的Cu、Pb、Cd有固定作用,但同时会活化煤矸石中的Mn、Zn,在使用玉米秸秆对煤矸石进行修复改良时,应关注煤矸石中Mn、Zn活性的变化,以防对环境造成二次污染。

小麦秸秆制备热解型煤黏结剂的实验研究

以生物质和低阶粉煤为原料制备热解型煤是实现低阶粉煤高效清洁分质利用的重要技术之一。该研究以小麦秸秆水解残渣(WSR)为黏结剂主要成分,分别复配3种无机黏结剂成分和5种有机黏结剂成分,考察了黏结剂组成对型煤落下强度、热强度和热稳定性的影响规律,优选了膨润土、碱性淀粉、腐植酸钠(HA-Na)等3种黏结剂成分,采用正交试验对复合黏结剂的组成进行了优化。在最优复合黏结剂配比(WSR 12.5%,膨润土3%,HA-Na 3%,碱性淀粉1%)条件下,制备的型煤落下强度为98%,冷压强度3 161 N/个,热强度1 231 N/个,热稳定性99%。

生物质与烟煤混燃过程灰分的烧结特性研究

生物质与煤的成分十分复杂,这些成分共同决定了生物质与煤混合热转化过程灰样的烧结或结渣特性,这对生物质与煤混合热转化技术的应用和推广具有重要影响。本文以典型的生物质秸秆和烟煤为原料,深入研究不同掺混比例以及灼烧温度和灼烧时间对生物质与煤混燃灰烧结特性的影响。研究结果表明:玉米秸秆与神木烟煤混燃过程中玉米秸秆的掺混比例越大,脱灰效应越明显。水稻秸秆与烟煤混燃后灰分含量要高于玉米秸秆与烟煤混燃后的灰分含量,这主要是由两种秸秆生物质的化学组分和结构不同所致。在相同的灼烧温度和掺混比例下,灼烧时间对灰分含量的影响不明显。随着灼烧温度的增加,玉米秸秆与烟煤混合热转化得到的灰样的灰分含量越低,脱灰效应越明显。当玉米秸秆的掺混比例由25%升至75%时,灰样形貌由原来的无规则形状或蜂窝状结构转变成明显的熔融粘结现象。灼烧温度升高,混燃灰样的结渣趋势增强,而灼烧时间对灰样微观形貌的影响较小。

添加剂对污泥堆肥过程中气体排放和酶活性的影响

针对市政污泥与秸秆混合在传统堆肥过程中温室气体排放量与氮损失量较高的问题,采用玉米秸秆生物炭(CSB)与煤矸石基沸石(ZL)联合堆肥,为减少堆肥过程中CH_(4)、NH_(3)、N_(2)O气体排放.将10%的CSB与0%、10%、20%、30%的ZL混合(百分比为添加剂与污泥秸秆混合物质量之比),同时,无添加剂作为对照组,结果表明,与对照组相比,CSB与ZL联合添加(记为10%CSB+ZL)显著提高了堆肥过程中温度和pH值,增加了堆肥有机质降解,且降解速率高于对照组和10%CSB处理.两种添加剂联合添加降低了堆肥过程中氮损失,10%CSB+10%ZL、10%CSB+20%ZL、10%CSB+30%ZL处理中CH_(4)、NH_(3)、N_(2)O累积排放量比对照组分别降低87.81%~90.87%、41.61%~57.45%、85.01%~94.92%,CO_(2)累积排放量比对照组提高55.45%~86.55%;同时,在堆肥过程中脱氢酶、蛋白酶、木聚糖酶、磷酸酶活性增强.生物炭作为膨松剂,提高堆肥孔隙率促进微生物生长和相关酶活性提高,煤矸石基沸石通过吸附减少气体排放,10%CSB+20%ZL处理通过减少堆肥过程中CH_(4)、NH_(3)、N_(2)O排放速率实现降低氮损失的效果最佳.

不同碳氮比下秸秆腐解与养分释放的动力学特征

【目的】研究不同碳氮比下秸秆腐解和养分释放的动力学特征及其影响因素,为秸秆资源充分利用和煤矿区复垦耕地质量提升提供理论依据。【方法】依托山西煤矿复垦试验基地,开展大田填埋试验。供试玉米和小麦秸秆烘干过2 mm筛,通过添加尿素将玉米和小麦秸秆C/N比分别调节为25和10,以不添加尿素的秸秆(其C/N比分别为52和74)为对照,秸秆均按有机碳8 g称取后混匀,装于尼龙网袋(0.38μm孔径)内,水平埋入试验基地15 cm深的土壤中。在埋入土壤后的第12、23、55、218、281、365天采集尼龙袋内样品,分析玉米和小麦秸秆的干物质残留量、养分(碳、氮、磷和钾)释放的动态变化。【结果】前55 d,添加氮肥加快了玉米秸秆的腐解,以C/N比为25时腐解效果最佳。添加氮肥加快了小麦秸秆的腐解,以C/N比为10时腐解效果最佳。氮的添加可以显著促进前55 d玉米秸秆碳、磷的释放;氮的添加可以显著加快小麦秸秆碳、氮和磷的释放,对小麦秸秆中钾释放的促进作用不显著。小麦和玉米秸秆腐解及氮钾释放的一级动力学方程用积温拟合优于用时间拟合,秸秆磷的释放不适用衰减指数方程拟合。当积温为年积温(4 600℃)时,小麦和玉米秸秆碳、氮、磷和钾释放率的平均值分别为49.2%、39.5%、40.8%和90.3%;当累积积温达到1 125℃时,秸秆钾素释放85%以上。秸秆的腐解主要受温度、有机碳、木质素和半纤维素影响。【结论】施氮能加快玉米秸秆前期的腐解和碳、磷的释放,可以显著加快小麦秸秆的腐解和碳、氮、磷的释放。用温度拟合的方程比时间方程更能反映秸秆的腐解和氮钾释放过程。秸秆腐解主要受土壤温度,秸秆中有机碳、木质素和半纤维素含量的影响。因此,应结合煤矿区的水热条件,进行实时实地秸秆还田并配施适量的尿素,以提高复垦土壤的氮磷钾含量。

磷石膏水洗液中磷、氟、有机物的去除

研究了煤质炭、果壳炭和秸秆灰三种吸附材料对模拟溶液中磷、氟、有机物的去除效果,并进行了磷石膏水洗液中多种污染物同步去除研究。结果表明:三种吸附材料对磷和氟的去除效果为秸秆灰>煤质炭>果壳炭,对有机物的去除效果为煤质炭>秸秆灰>果壳炭,强酸条件有利于磷和氟的去除,但对有机物去除影响不大。秸秆灰对磷、氟和煤质炭对有机物的吸附过程均符合二级动力学模型和Langmuir模型,其理论最大吸附量分别为磷88.20 mg/g、氟63.98 mg/g、有机物131.32 mg/g。120 g/L秸秆灰与50 g/L煤质炭同时投加至磷石膏水洗液中反应120 min后,污染物剩余浓度为磷9.57 mg/L、氟12.88 mg/L、有机物31.86 mg/L,反应后pH为8.95,满足《磷肥工业水污染物排放标准》(GB 15580—2011)要求。秸秆灰对溶液中磷、氟等阴离子的去除机理为静电吸附和化学沉淀,煤质炭对溶液中有机物的去除机理为离子交换和物理吸附。

共降解增产煤层气的秸秆关键组分研究

建立秸秆萃取组分与煤共降解增产生物甲烷的实验体系,分析秸秆萃取组分在共降解增产甲烷作用,探究煤与秸秆共降解增产煤层气机理。结果表明,不同试剂萃取秸秆所得萃余固体与煤共降解表现出显著增产生物甲烷效果,甲烷产量随萃取时间的延长先增加后减少,最大为455.64μmol,比单独煤降解和单独秸秆降解生物甲烷产量之和高252.90%。红外光谱结果显示,萃取会改变秸秆结构,尤其是破坏木质素,释放纤维素,提高秸秆的生物有效性。结论认为,秸秆中纤维素是共降解的关键组分,同时秸秆中也存在不利于甲烷生成的组分,进一步增产甲烷需排除秸秆不利组分影响,提高纤维素等有利组分作用。研究结果为明晰煤与秸秆共降解机理奠定基础,为生物质的综合利用和煤层气的高效开发提供思路。

生物炭对煤矸石污染土壤中黑麦草生长及富集特征金属的影响

为探究秸秆生物炭对煤矸石污染土壤中黑麦草富集特征金属的影响,本研究利用室内盆栽试验,向煤矸石污染土壤中添加分别1%、2%和5%的秸秆生物炭,分析各处理组中黑麦草体内特征金属元素Fe、Mn、Cu和Zn的含量,并采用生物富集系数(BCF)及转运系数(TF)等方法对黑麦草富集和迁移特征金属进行评价。结果表明,当添加量为1%时,生物炭促进黑麦草根部Fe、Mn和Zn含量增加1%,而当添加量为2%和5%时,生物炭则阻控土壤中特征重金属Fe、Mn、Cu及Zn向黑麦草根部及地上部分富集迁移。综上,黑麦草对特征金属的富集能力与秸秆生物炭的添加比例密切相关,在研究设置条件下,与对照组相比,从草黑麦草富集特征金属的含量来评价,添加2%以上的秸秆生物炭可以阻控黑麦草对煤矸石污染土壤中特征金属的富集和迁移。

气化渣-秸秆营养穴盘制备材料的筛选研究

为筛选出制备气化渣-秸秆营养穴盘的最优材料配比,实现气化渣、秸秆等固废资源化利用,本研究以谷子秸秆为强化材料,以气化渣为主要填充材料,在热压条件下制备不同质量配比的穴盘坯块,通过坯块的吸水与保水性、抗崩解、抗振荡试验分别探索营养穴盘应用过程中为植物供水的能力、抗浸泡性能、抵抗振荡性能。结果表明:谷子秸秆添加与坯块的吸水倍数、保水率以及崩解残留率均呈显著正相关关系,其添加为营养穴盘的吸水保水性与抗崩解能力提供了保障。添加到营养穴盘中的气化渣过多反而会降低穴盘的吸水、保水性能,导致穴盘抵抗振荡的能力变弱,因此,气化渣的添加量需要控制在一定范围内。综合分析营养穴盘的供水能力、抗浸泡性能、抵抗振荡性能可知,营养穴盘制备材料最优配比为秸秆在固体混合材料(秸秆+气化渣+黏土)中的占比为70%、气化渣在填充材料(气化渣+黏土)中的占比为60%。

低阶煤与麦秆共热溶的协同效应

通过对两种低阶煤与麦秆共热溶可溶物的分析,研究了二者在共热溶过程中的协同效应。以单一物种热溶解收率计算出的煤与麦秆混合样品的理论溶出质量低于实验溶出质量,说明两种煤与麦秆在热溶过程中存在协同效应,麦秆在热溶过程中受热分解可以产生大量的自由基,促使煤分子在低温下分解,从而提高热溶解收率。通过气相色谱-质谱联用仪分析发现,麦秆热溶可溶物以含氧类化合物为主,推测麦秆热溶过程中可以产生苯氧基自由基,苯氧基自由基进攻煤分子结构,加快煤的解聚;同时,在煤单一热溶和共热溶产物中也检测到大量的酚类化合物,这主要是乙醇中的O亲核进攻煤中的C-O键的结果。轨道阱质谱分析发现,麦秆可以促进低阶煤中的O、ON、ONS类杂原子化合物从煤的主体结构中剥离。

稻秆与煤混燃过程中碱金属迁移转化规律研究

以化学热力学平衡计算为基础,利用自行设计的立式管式炉结合X射线衍射(X-ray power diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(scanning election microscope,SEM)等分析测试手段探讨稻秆与煤在850℃的条件下混合燃烧碱金属K、Na的迁移转化规律。结果表明,碱金属的主要气态组元KCl、KOH、NaCl、NaOH随稻秆含量的增多而增加,且氯化物的析出量大于氢氧化物的析出量;煤中某些矿物组分或元素对K的气相析出有抑制作用,但对Na的抑制作用不明显;灰中K、Na的存在形式直接受原料秸秆含量的影响,稻秆含量为0%和20%时,灰中K以K2O Fe2O3为主,Na则以Na2SO4为主,稻秆含量大于50%时,K2O 2SiO2、Na2SiO3随稻秆含量的增多表现出上升趋势,K2SO4、Na2SO4趋势则相反,原料K还会以KAlSiO4、KAlSi3O8的形式滞留在灰中。

“秸秆压块”燃料在烟叶烘烤上的应用研究

“秸秆压块”与蜂窝煤球进行了空载和负荷的燃烧对比试验,发现“秸秆压块”可以降低烤烟成本,不仅完全可以满足烤烟工艺要求,而且对于改善烟叶内在品质也有一定效果。经测定0.067hm2烟叶的秸秆加工成压块,基本可以保证0.067hm2烟叶的烘烤需要。

腐熟油菜秸秆、煤矸石组合的栽培基质重金属污染及蔬菜安全评价

以腐熟油菜秸秆、煤矸石等废弃资源为原料,配制有机生态型无土栽培混合基质,在人工光照室内以盆栽的方法栽培白菜、生菜、苋菜和菠菜,采用尼梅罗综合污染指数和Hakanson潜在生态风险指数法对5种混合基质以及此基质中生长的4种蔬菜的重金属污染和潜在生态风险进行综合评价。结果表明:5种混合基质中,煤矸石含量较少的T1、T2、T3(即煤矸石与腐熟油菜秸秆的体积比分别为2∶8、3∶7和4∶6)基质的重金属污染程度较小,潜在生态风险程度较低,在这3种基质上栽种的蔬菜重金属综合污染评价等级为优良或安全,符合蔬菜绿色食品标准。重金属对混合基质产生的污染中,Cd和Hg是主要的重金属污染及潜在生态风险因子,其他重金属(Cr、Cu、Pb、Zn、As)的污染能力较低。此外,影响混合基质重金属生物有效性的主要因子是有机质,除Cd、As外,基质中的有机质含量与有效态重金属含量存在极显著负相关,基质pH对其影响较小。

可见/近红外光谱分析秸秆-煤混燃物的秸秆含量(英文)

快速检测秸秆-煤混燃物对生物质混燃发电中补贴政策的制定具有重要意义。该研究采用可见/近红外光谱法定性判别秸秆、煤和秸秆-煤混燃物,定量分析秸秆-煤混燃物中秸秆含量。收集并制备秸秆样品 80 个(粒径小于 80 mm)、煤样品 9个(粒径小于 10 mm),制备秸秆质量分数为 70%～99%的秸秆-煤混燃物样品 120 个(混燃物 1)、秸秆分数含量为 1%～30%的秸秆-煤混燃物样品 120 个(混燃物 2)。使用 FOSS NIRS DS 2500 型光谱仪获取样品光谱。分别使用偏最小二乘判别法(PLS-DA)建立定性分析模型,使用改进的偏最小二乘法(MPLS)建立定量分析模型。结果显示,在秸秆和混燃物 1之间进行判别,使用 1100～2 500 nm 谱区,正确判别率为 90.00%;在煤和混燃物 2 之间进行判别,使用 400～2 500 nm 谱区,正确判别率为 71.88%;定量分析混燃物 1 和混燃物 2 中秸秆含量,相对分析误差分别为 2.32(400～2 500 nm 谱区)和1.48(400～1 100 nm 谱区)。研究结果表明,1 100～2 500 nm 谱区较适合秸秆和混燃物 1 之间的判别,该谱区同样适合定量分析混燃物 1 中秸秆含量。400～1 100 nm 谱区较适合煤和混燃物 2 之间的判别,该谱区同样适合定量分析混燃物 2 中秸秆含量。可见/近红外光谱结合化学计量学是快速定性和定量分析大粒度秸秆-煤混燃物的可行方法。

麦秆和煤热解过程中N-S-Cl的释放特性

利用TG-MS联用技术研究麦秆和烟煤在线性升温热解过程中含N,S和Cl的气相产物的析出过程,得出麦秆和煤热解过程中N-S-Cl组分的释放规律,并对不同温度下的残余焦样进行XRD分析,以验证气相组分的析出规律。试验结果表明:麦秆和煤中含N组分、含S组分和含Cl组分分别从200℃和350℃以上开始析出,分别在350,475℃析出速率最大。麦秆和煤热解过程中的含N组分主要是NH3和HNCO,麦秆释放的含N产物中的NH3量最大,其次为HNCO;麦秆热解过程中含S组分仅检测到微量的COS,而烟煤热解则仅检测到H2S和SO2,其中H2S的生成温度为500～600℃,SO2的释放则分为3个阶段(300～500,500～600,1 200～1 450℃)。麦秆和煤热解过程中的主要含Cl组分为HCl和微量的Cl2,同时在800℃以上时麦秆中的KCl全部析出。

烟草秸梗气化替代煤炭烘烤烟叶研究初报

利用秸秆气化技术,对烟草秸秆及废弃烟梗气化用于烟叶烘烤的效果进行了研究。初步试验结果表明,利用烟草秸秆及废弃烟梗气化供热的烤房,其温控性能、初烤烟叶质量要优于以煤炭为燃料的烤房,且烘烤成本明显降低;烟草秸秆气化烘烤烟叶可节省煤炭化石能源,有利于循环生态烟草农业的发展。

近红外光谱在线检测秸秆-煤混燃物影响因素(英文)

为了研究输送带速度和光谱仪安装高度对近红外在线检测秸秆-煤混燃物的影响。该研究收集并制备秸秆样品80个、煤样品9个,制备秸秆质量分数为70%～99%的秸秆-煤混燃物样品120个(质量分数增量为1%)、秸秆质量分数为1%～30%的秸秆-煤混燃物样品120个(质量分数增量为1%)。在输送带速度分别为300、600、1 000和1 400 mm/s,光谱仪安装高度分别为50、56、59和65 mm的条件下,使用Thermo Fisher Scientific Antaris Target FT-NIR型光谱仪获取样品近红外光谱。使用线性判别分析法建立定性分析模型,使用偏最小二乘法建立定量分析模型。结果表明,光谱仪安装高度建议为50～65 mm,输送带速度建议小于300 mm/s。该研究可为近红外光谱法在线定性和定量检测生物质-煤混燃物的方法学研究和相关仪器设计提供参考。

施肥措施对砂姜黑土水分入渗性能的影响

土壤水分入渗是降雨和灌溉水转变为土壤有效水的过程,是降水、地表水、土壤水和地下水相互作用的环节,是影响作物水分利用效率的重要因素。砂姜黑土黏粒含量高,具有楔型结构等障碍因子,水分入渗性能和持水能力较弱,作物水分利用效率低。改良土体结构是提高土壤入渗与持水能力,增加作物水分利用效率的重要途径。为研究施肥措施对砂姜黑土理化性质及水分入渗性能的影响,设置不施肥对照(CK)、测土配方施肥(PF)、测土配方施肥+秸秆还田(PF+JG)和测土配方施肥+粉煤灰(PF+FMH)4个试验处理,进行小麦-玉米田间轮作试验。研究了土壤容重、颗粒组成、总孔隙度和有机质含量的变化规律,分析了土壤水分入渗特征及其与土壤理化性质之间的关系。结果表明,PF+JG、PF+FMH处理使土壤有机质含量分别较CK和PF提高18.01%、8.92%和11.18%、2.61%,土壤容重分别降低12.90%、11.29%和4.48%、2.98%,土壤总孔隙度分别增加13.89%、5.87%和12.46%、4.56%,土壤水分累积入渗量分别增加98.08%、90.39%和34.64%、29.41%。PF+JG(1.18×10-4 m·s-1)和PF+FMH(1.13×10-4 m·s-1)处理的土壤水分稳定入渗速率分别是CK(5.92×10-5 m·s-1)和PF(8.73×10-5 m·s-1)的1.99倍、1.91倍和1.35倍、1.29倍。土壤水分稳定入渗速率与有机质及总孔隙度显著正相关(P<0.01),与土壤容重呈显著负相关(P<0.05)。该研究表明,秸秆还田和粉煤灰处理,可提高土壤有机质含量,降低土壤容重,增加土壤孔隙度,提高土壤水分稳渗速率,可为土壤水分入渗性能提升提供理论依据。

秸秆与煤不同配方压块燃料在烤烟中的应用研究

采用密集烘烤方式,以纯秸秆和纯煤为对照,研究秸秆与煤不同配方压块环保燃料烤烟对烘烤过程中满足工艺程度,燃料燃烧情况、燃料成本和原烟经济性状,论证秸秆与煤不同配方压块环保燃料烤烟的可行性。筛选出配方80%秸秆+20%煤混合压块代煤烤烟完全可行。指出秸秆代煤烤烟的重要意义。