【摘要】：生物質(zhì)燃燒后的固體產(chǎn)物-生物質(zhì)灰,包含植物生長所必需的幾乎所有的營養(yǎng)元素。生物質(zhì)灰作為肥料還田利用,可減少固廢存放場地和處理費用,減少農(nóng)業(yè)化肥使用和生產(chǎn)成本,促進農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)元素的循環(huán)和維護生態(tài)平衡,對可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。然而,關(guān)于生物質(zhì)灰肥特性的檢測和表征方法以及燃燒條件對灰肥特性影響方面的研究仍十分缺乏。本文以玉米秸為實驗物料,對這兩方面進行了研究,主要工作內(nèi)容及結(jié)果如下:(1)通過文獻分析和實驗,建立了以順序浸出為基礎(chǔ),能夠檢測灰中營養(yǎng)元素種類、含量的檢測方法和描述灰肥特性的矩陣表征方法。具體如下:通過對生物質(zhì)灰溶解性的大量實驗,選擇了以去離子水、體積比為1:10的0.5 mol/L的乙酸-乙酸銨溶液、2%的檸檬酸溶液為浸出溶劑,建立了生物質(zhì)灰的順序浸出和使用X射線熒光光譜儀對不溶灰中各營養(yǎng)元素含量測定的灰肥檢測方法;根據(jù)生物質(zhì)灰中營養(yǎng)元素種類和賦存形態(tài)多的特點,提出了以灰中主要營養(yǎng)元素(鉀、磷、鈣等)種類為矩陣行元素,以灰中營養(yǎng)元素的總量、順序浸出溶量(速效含量、緩效含量、長效含量等釋放特性)為矩陣列元素的矩陣表征方法。(2)搭建了以臥式管式爐為基礎(chǔ)的燃燒實驗臺(包括燃燒設(shè)備、供風系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等),在此實驗臺中進行了不同燃燒條件(溫度、顆粒尺寸、空氣流量)對玉米秸成型顆粒燃燒過程影響的實驗,并對不同溫度下的玉米秸成型顆粒灰進行了肥性檢測。結(jié)果表明:1)當溫度高于700℃時,繼續(xù)升高溫度對于燃燒過程的影響不大;顆粒尺寸和空氣流量對于燃燒過程的影響很小,幾乎可以忽略不計;玉米秸成型顆粒燃燒比木質(zhì)顆粒燃燒所需要的二次風少,滯留時間長;2)對比顆粒灰與粉體灰的水溶性,發(fā)現(xiàn)顆�；业乃苄暂^低,均13%,在700℃以下,粉體灰的溶解性是顆粒灰的2倍以上,這說明顆粒內(nèi)部溫度與爐溫不一致;通過對植物在生長過程中所需鉀元素的量與灰肥矩陣的比較和計算,發(fā)現(xiàn)低溫灰(500℃)作為肥料應(yīng)用有很大的潛能,單位面積土地產(chǎn)生的玉米秸全部返田,能夠滿足植物生長過程中所需鉀元素的量(玉米秸成型顆�；姨峁�34%的鉀,土壤提供66%)。(3)在馬弗爐和臥式管式爐中對玉米秸粉進行了不同溫度、停留時間的燃燒實驗,并將所得的灰進行了肥性檢測。結(jié)果表明:溫度對灰中金屬營養(yǎng)元素溶解性(鉀、鈣、鎂)的影響要大于對非金屬營養(yǎng)元素(磷、硫)的影響;溫度對灰中營養(yǎng)元素總含量的影響不大,而對于灰中營養(yǎng)元素釋放特性的影響較大,這說明灰中的營養(yǎng)元素隨溫度的升高發(fā)生了相變;通過對比玉米秸成型顆粒灰和粉體灰的肥性矩陣可知,顆�；抑懈鳡I養(yǎng)元素的總量和可溶解的量都遠小于粉體灰的,550℃的粉體灰中的K總含量、可溶含量分別要相比顆�；业拇�80%、148%。(4)對不同溫度、停留時間下的玉米秸粉灰肥性數(shù)據(jù)進行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn):僅使用動力學方程對生物質(zhì)灰肥的變化規(guī)律難以進行描述。下一步將研究擴散等流動特性對生物質(zhì)灰肥特性的影響。
【學位授予單位】：山東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TK6
【圖文】：

圖 1.2 營養(yǎng)元素在農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中的循環(huán)Fig 1. 2 Recycling of nutrients in the agricultural system生物質(zhì)灰的研究現(xiàn)狀 生物質(zhì)灰特性的研究現(xiàn)狀物質(zhì)在燃燒過程中會產(chǎn)生大量的灰[14, 19]，生物質(zhì)灰是生物質(zhì)在燃燒后產(chǎn)生有機-無機混合物（固廢）。世界上每年約有 70 億噸生物質(zhì)燃燒，會產(chǎn)生

基本不存在團聚體；圖中的e-g，灰分出現(xiàn)結(jié)渣，團聚體增多；圖中的 h，灰樣表面積凹孔多，灰樣疏松，顆粒分散，灰樣的比表面積大。圖1.5 不同灰化條件下油菜灰樣掃描電子顯微鏡掃描結(jié)果[40]Fig. 1.5 Scanning electron microscope results of ashsample of rape straw under different conditions[40]余春江[41]等人針對生物質(zhì)熱解過程中的 K、Cl、S、Si、Ca 等的轉(zhuǎn)化和析出進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，熱解在 1200 s 結(jié)束后，分別有 27.29%的 KOH 和 6.62%的 KCl 通過蒸發(fā)進入氣相。在這里，灰中元素析出量的多少主要取決于熱解時間。Biricik[42]等人將小麥秸稈在570~670 ℃下進行煅燒，發(fā)現(xiàn)煅燒 5 h 得到的灰的性能是最好的，將其添加到混凝土中，這時的混凝土的性能最優(yōu)。從上述可知，燃燒時間和燃燒溫度都是影響燃燒過程的主要因素。燃燒時間不但決定了燃燒過程是否完成

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本文編號：2735677