兰炭与秸秆混合燃料燃烧污染物排放和灰熔融性试验

兰炭具有热值高、灰分低、硫分低等优点,但挥发分含量低、着火温度高;秸秆热值低、挥发分含量高,着火温度低;二者着火特性具有互补性。为考察兰炭与生物质混合燃料燃烧的硫氧化物、氮氧化物排放和灰熔融性能,利用固定床试验系统研究了3种兰炭、麦秆和玉米秆单独及混合燃料污染物排放特性及掺混比例和燃烧温度对污染物析出的影响,并通过灰熔融测定仪分析灰样熔融性能。结果表明:混合燃料的硫氧化物、氮氧化物析出与掺混条件相关,原料组成和燃烧过程影响污染物析出特性。在燃料中掺混20%~30%玉米秆时,混合燃料固硫效果较好,氮析出率在0.04%左右。提高燃烧温度明显促进硫析出,而低于1 000℃时,府谷兰炭和玉米秆的掺混样具备良好的自固硫特性,氮析出率低于0.02%。另外,混合燃料的灰熔融温度介于两原样间,与混合比例存在一定相关性,兰炭的抗结渣特性明显优于玉米秆,掺混有助于改善秸秆的结渣特性。本研究为兰炭和生物质的清洁利用提供理论参考。

生物质硅改性氯氧镁水泥的力学性能与孔隙特征

一定条件下煅烧及研磨处理制备的青稞秸秆灰(HBSA),是一种生物质硅源活性掺合料,对氯氧镁水泥(MOC)的力学性能会产生影响。为了研究HBSA掺入MOC中对其力学性能的影响规律,将不同HBSA掺量的MOC砂浆试件分别在干燥及饱水状态下进行抗折、抗压强度试验,采用强度损失率和软化系数来表征MOC在饱水状态下的力学性能损伤程度,并通过低场核磁共振技术和气体吸附法对MOC砂浆试样的孔隙结构进行测试与表征。研究结果表明,掺入5%HBSA的MOC在干燥及饱水状态下的抗折、抗压强度最大,掺入10%HBSA的MOC在饱水状态下的强度损失率最低、软化系数最高。当HBSA掺量为10%时,MOC的孔隙结构中有害孔和多害孔的比例显著减少、最可几孔径减小,优化了MOC的孔隙结构,增强了饱水状态下的力学性能。

不同秸秆生物质灰的熔融烧结特性对比研究

研究选取小麦秆、玉米秆和稻秆作为实验原料,探究秸秆生物质灰的烧结和沾污结渣特性,同时结合结渣判别指标来判定或预测不同秸秆灰的沾污结渣程度,以期为生物质热转化设备的安全稳定运行提供理论依据和科学指导。研究结果表明,烧结率越高,结渣程度越严重。在800℃以下,烧结率从大到小依次是玉米秆灰、小麦秆灰、稻秆灰;当温度升高到1000℃时,烧结率从大到小依次是玉米秆灰、稻秆灰和小麦秆灰。综合3种结渣判别指标结果发现,利用软化温度和灰熔融特性指数这两个指标来判定灰结渣程度更具有准确性。

成灰温度对三种生物质灰及其元素水溶性的影响

生物质灰及灰中化学元素的水溶特性是其是否能作为肥料应用的主要指标,成灰温度会影响这些特性。该文试验研究了成灰温度在400~800℃范围内,3种主要农业废弃物麦秸、玉米秸、稻壳的灰的水溶性和灰中各元素的水溶性。结果表明：1）麦秸灰、玉米秸灰的水溶性明显高于稻壳灰,三者水溶性都随成灰温度增高而显著降低,温度从400升高到800℃,水溶性分别从48%,35%和12%降至约12%,8%和0。2）灰中水溶元素主要有K,Cl和S,其中,K和Cl的水溶性随着成灰温度升高而降低,而S的水溶性几乎不受成灰温度的影响。

灰化条件对稻壳灰和稻秆灰理化特性的影响

采用X射线荧光光谱仪、X射线衍射、扫描电镜、能谱分析等实验方法研究了不同灰化温度(600和815℃)下制得的稻壳灰和稻秆灰的理化特性。通过马弗炉灼烧实验考察了灰化温度和灰化时间对稻壳和稻秆灼烧后的灰分量及其表观形貌的影响,并基于灰成分对2种生物质灰的结渣特性进行对比分析。结果表明:不同灰化条件对生物质灰的灰分量、灰组成、灰熔点、物相变化和积灰结渣等特性均有较大影响;灰分量随着灰化温度和时间的增加而降低,稻壳灼烧后的灰分量明显高于稻秆;灰化温度高于600℃时,灰样逐渐出现烧结结构,815℃时灰颗粒表面逐熔融,黑色碳颗粒逐渐暴露而被氧化去除;相同温度下灼烧,2种灰的颜色均由黑变为灰白,最后呈浅红色;稻秆灰中K、Na、Ca等碱金属和Cl含量明显高于稻壳灰,更易造成设备腐蚀;灰化温度对灰的结渣特性影响较小;600℃灰化时形成絮状颗粒,815℃的灰表面发生软化熔融,絮状物减少,逐渐有碱金属物质析出,并以熔融状态粘结形成块状结构。

秸秆灰制备硅酸钙板的研究

以秸秆灰和石灰为主要原材料制备硅酸钙板。研究了秸秆灰与石灰比例、水泥用量、养护温度与成型压力对硅酸钙板抗折强度、导热系数的影响。采用XRD、SEM方法分析了硅酸钙板的矿物组成与微观形貌。结果表明,托贝莫来石和石英是硅酸钙板的主晶相,力学性能与导热系数取决于硅酸钙板中托贝莫来石含量和密实度。在最佳条件下秸秆灰用量可达36%,而水泥和纤维的用量分别为10%和3%。此条件下制备的硅酸钙板性能符合JC/T564.1—2008《纤维增强硅酸钙板第1部分:无石棉硅酸钙板》中A类的要求。

秸秆类生物质灰软化温度的灰预测模型研究

根据秸秆类生物质灰成分和灰软化温度实测数据构成的数据样本,采用灰色关联度分析法研究灰成分对灰软化温度的影响,建立灰软化温度GM(0,8)预测模型。结果表明:该预测模型预测精度较高,适用于预测秸秆类生物质灰软化温度,具有工程应用价值。

灰化温度及热解气氛对生物质灰灼烧失重特性的影响

应用热重-差热分析法研究了空气和氮气气氛中2种灰化温度(600和815℃)下制得的稻壳和稻秆等生物质灰的灼烧失重特性。结果表明:不同飞灰在空气中灼烧的质量损失均可分为剩余水分的蒸发、有机成分的快速热裂解以及无机成分的缓慢挥发等阶段,而氮气中飞灰的质量损失并未出现明显的分段热解规律;空气中600℃生物质灰的主要质量损失发生在300~550℃之间,而815℃稻壳灰的主要质量损失区间为200~600℃,815℃稻秆灰在300~550℃之间的质量损失只有1.76%;灰化温度升高,飞灰的总质量损失明显降低。空气中不同灰化温度下的稻壳灰在950~1 050℃之间都出现放热峰,但该温度区间并无明显质量损失;815℃的稻秆灰在750℃附近则存在由于KCl熔融吸热引起的吸热峰,而600℃稻秆灰的热解过程则未出现明显的吸热峰;氮气中生物质灰的热解存在2个分隔明显的质量损失速率峰,这是由2种质量损失机制单独作用而成:600~800℃之间的质量损失主要是由不稳定的碳酸盐(Ca CO3、Ma CO3等)受热分解造成,而在800~1 200℃之间的质量损失则主要是由灰中活泼的碱金属氯化物(KCl、Na Cl等)受热进入气相所致;相同灰化温度下的稻壳灰或稻秆灰在空气中热解的总质量损失明显高于氮气。

稻壳与稻秆灼烧灰颗粒的微观形态特征及其能谱分析

应用扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)和能谱(energy disperse X-ray microanalysis,EDX)结合联用技术对稻壳和稻秆在600和815℃下灼烧产生的灰渣的微观形态特征及其元素组成进行了全面地研究,并考察了不同灰化温度对生物质灰的粒度分布、微观形态、颗粒表面、内部结构及元素组成等方面产生的影响。结果表明:灰化温度升高,灰粒的粒度减小,且分布较均匀,稻壳灰中多为团状颗粒,而稻秆灰以棒状颗粒居多;对于600℃稻壳灰,部分灰粒仍保留着稻壳的原始纤维结构,且灰中存在许多松散状的密实小颗粒,但并未出现粘结团聚,而600℃稻秆灰表面存在大量粘连着小颗粒的絮状物,表明此时灰中已经出现低熔点成分熔融而产生的弱粘结;815℃时2种生物质灰粒表面都出现熔融态的碱金属物质和以玻璃体突起形式存在的石英结构,而且都存在明显的团聚结渣现象;稻壳灰与稻秆灰的主要组成元素是C、O、Si、K和Ca,较少的Mg、Al、Fe、P等也被检出,而S只在稻秆灰中检出,稻壳灰中未检出S元素;灰化温度升高,稻壳灰的K含量明显下降,而稻秆灰中K、Na、Ca的含量变化较小,但是Cl、Fe、Al的含量均明显下降;稻秆灰的K、Na、Ca和Cl含量都远高于稻壳灰,稻秆灰比稻壳灰更易造成设备腐蚀、结渣等危害。

蒸汽爆破过程中生物质固相得率的试验测定方法

生物质在蒸汽爆破过程中各类成分会发生多种物理化学变化,造成固相质量的理论减少;固液混合物可能被气流带出或飞溅出回收仓,造成固相质量的非理论减少。这两种因素使生物质爆破前后的物料衡算难以实现。通过对青贮玉米秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯、花生壳五种生物质进行多种处理方式的对比试验,我们发现青贮玉米秸秆经2.0MPa\10min、2.4MPa\5min、2.8MPa\3min三种饱和蒸汽蒸煮工艺处理后,再以550℃\4h灼烧后的总灰分相对原料平均变化率分别为0.68%、0.38%和0.34%,其它四种生物质在蒸煮过程中灰分含量也保持了相对稳定,表明在2.8MPa压力以下的不同蒸煮工艺对不同生物质总灰分的绝对质量影响基本没有,所发生的物理化学变化基本不改变总灰分的质量。由于同温度下的蒸煮过程与汽爆过程所发生的物理化学变化类型基本相同,因此对灰分含量影响可以在很大程度上相互参照。只要保证灰分在固相中是均匀分布的,就可以通过汽爆前后总灰分或酸不溶性灰分在固相中的相对含量f0与f1确定出爆后总的固相得率v=f0/f1,并计算出固相中每种成分的爆后得率。从而为汽爆工艺优化与过程分析提供一种更为准确可靠的物料衡算分析方法。

生物质秸秆灰活性分析及对混凝土力学特性的影响

为评估生物质秸秆灰作为混凝土掺合料时的活性及适用性,分析了直燃获得的生物质秸秆灰的总成分、活性成分、物相、颗粒粒度及烧失量对混凝土力学性能的影响。试验选取4种直燃后的灰样(小麦秸秆灰(WSA)、高粱秸秆灰(SHSA)、水稻秸秆灰(RSA)和大豆秸秆灰(SBSA))进行试验。采用X射线衍射分析(XRD)进行物相分析,采用X射线荧光光谱法(XRF)检测4种秸秆灰的元素组成及含量,根据相应标准检测混凝土的力学特性。研究表明:高粱秸秆灰含有27.79%的活性SiO_2+Al_2O_3总成分和73.94%的SiO_2+Al_2O_3总成分,满足ASTM对F级火山灰材料的规定,其具有4种生物质灰中最高的活性成分和总成分。当高粱灰作为掺合料时,试样7 d抗压强度较对照组强1.5%,而28 d的强度损失为1.2%,这表明未经预处理的直燃高粱秸秆灰作为是4种生物质灰中最优良的掺合料。研究还发现,活性成分和总成分与抗压强度呈正相关,而烧失量呈负相关。

高强透水材料研究进展及展望

综述了国内在透水材料制备技术、工艺方法、以及性能研究、工程应用方面的进展,并结合地区特点,提出将固体废弃物麦秸秆灰掺入透水材料中,构建麦秸秆灰-水泥-环氧树脂复合胶凝体系,进而制备高强透水材料的可行性展望。

秸秆灰基混凝土抗压强度及净水特性试验研究

本次试验研究不同掺量(0%、5%、10%、15%)的玉米秸秆灰对混凝土抗压强度和净水特性的影响。采用X射线衍射(XRD)检测玉米秸秆灰的微观结构,其化学组成由X射线荧光光谱法(XRF)确定。混凝土抗压强度采用标准方法检测,净水性能主要检测水体pH值、总固体溶解量(TDS)、总氮含量和化学需氧量(COD)几个指标。试验结果表明:把含70%以上火山灰成分的玉米秸秆灰掺入混凝土的试件,其抗压强度明显高于不掺的试件,玉米秸秆的最佳M掺量为10%。掺入秸秆灰的试件在净水试验中使试验水体pH值保持在7～10,有利于净水微生物生长净化水体。秸秆灰混凝土对污水中TDS和总氮含量有较好的去除效果。而试件在试验前期对污水中COD去除效果较差,但当试样表面形成生物薄膜后,净水效果显著增强。当设计孔隙率为20%、玉米秸秆灰掺量为10%时,生物质混凝土抗压强度更大,净水性能更加优异。

玉米秸秆灰生态多孔混凝土抗冻性能试验研究

为研究不同秸秆灰掺量(0%、5%、10%和15%)的玉米秸秆灰生态多孔混凝土的抗冻性能,本次试验制备了不同的混凝土试件。试验使用万能压力机检测了混凝土的抗压强度作为基础参数,同时采用快冻法对试件进行冻融试验,研究混凝土的抗冻性。结果表明:5%秸秆灰掺量时,混凝土的抗压强度损失最小,损失率为1.3%;所制备的试件都满足生态混凝土的强度要求。冻融循环作用后,生态多孔混凝土与普通混凝土相比质量损失率更大;冻融试验早期,生态混凝土大孔隙的特点起到了保护混凝土的作用;随着试验次数的增加,混凝土的质量损失率逐渐增大,到100次冻融时混凝土完全破坏。研究发现秸秆灰掺量与混凝土抗冻性没有明显的联系。

生物质秸秆气化灰渣基多元素农作物复合肥的研制

利用生物质秸秆灰渣中的营养元素和有益元素对土壤水稳定性团聚体具有重要作用,开展生物质秸秆气化灰渣基多元素农作物复合肥的研究。试验以生物质秸秆气化灰渣为原料,废硫酸量、蒸馏水量、堆置时间和不同生物质秸秆气化灰渣为影响因素,研究多元素农作物复合肥的制备方法和条件。结果表明:多元素农作物复合肥制备的最佳工艺条件为废硫酸量60%(以40 g生物质秸秆气化灰渣为标准),蒸馏水量为总质量的80%,油菜秸秆气化灰渣,堆制时间30 d。将该条件下制备的多元素农作物复合肥均匀撒入含水率≥45%的土壤中养护30 d,测得土壤中粒径≥2 mm(指2 mm<粒径<3 mm、3 mm<粒径<5 mm、粒径>5 mm团聚体含量的总和)水稳定性大团聚体含量为59.7%,粒径<0.25 mm水稳定性微团聚体含量为41.4%,与未加入多元素农作物复合肥的土壤相比,粒径≥2 mm水稳定性大团聚体含量增加了40.9%,粒径<0.25 mm水稳定性微团聚体含量下降了10.9%。这说明多元素农作物复合肥有效地起到改良土壤、废弃资源再利用的作用。