隨著可再生能源利用技術(shù)的快速發(fā)展,生物質(zhì)能源的利用越來(lái)越受到研究者的關(guān)注。秸稈是我國(guó)主要的生物質(zhì)能源,每年產(chǎn)約8億噸。目前,燃燒等熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)是秸稈等生物質(zhì)能應(yīng)用的主要方式。這些過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的灰,秸稈灰中含有鉀、磷、鈣、鎂等農(nóng)作物生長(zhǎng)所需要的多種營(yíng)養(yǎng)元素,若其能有效還田,可實(shí)現(xiàn)這些營(yíng)養(yǎng)元素在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)。然而,秸稈燃燒時(shí)溫度過(guò)高,特別是固相成灰物質(zhì)溫度(灰化溫度)過(guò)高時(shí),秸稈灰會(huì)出現(xiàn)軟化、結(jié)渣和燒結(jié)等現(xiàn)象。燒結(jié)灰中營(yíng)養(yǎng)元素不能在土壤中溶解,從而無(wú)法被作物吸收。因此,研究灰化溫度對(duì)秸稈灰溶解特性的影響,對(duì)秸稈灰的還田應(yīng)用以及實(shí)現(xiàn)秸稈能源化可持續(xù)應(yīng)用均具有十分重要的意義。本文以我國(guó)三種典型作物秸稈—玉米秸、麥秸和稻秸—為例,在預(yù)實(shí)驗(yàn)及分析生物質(zhì)熱化學(xué)轉(zhuǎn)化技術(shù)常用溫度的基礎(chǔ)上,選擇400-800°C灰化溫度制灰,采用X射線熒光光譜(XRF),輔以場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)、電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)、火焰光度計(jì)(FP)和鉀離子選擇性電極(PISE)分析手段,結(jié)合質(zhì)量守恒法,研究了灰化溫度對(duì)秸稈灰水溶性、秸稈中營(yíng)養(yǎng)可循環(huán)含量的影響,分析了這些參數(shù)與溫度的平衡關(guān)系,探討了玉米秸灰中水溶速效鉀含量與溫度和停留時(shí)間的關(guān)系。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:(1)研究了灰化溫度對(duì)三種秸稈灰及灰中主要營(yíng)養(yǎng)元素水溶性的影響。結(jié)果表明,不同灰化溫度下,三種秸稈灰水溶性由大到小基本遵循:麥秸灰玉米秸灰稻秸灰;在三種秸稈灰中,鉀、鈉、硫和氯是水易溶性元素,磷、鈣、鎂、硅、鐵和鋁是水不溶性元素;隨著灰化溫度從400°C升高至800°C,玉米秸灰、麥秸灰和稻秸灰的水溶性分別從約38%、50%和38%降至約10%、9%和6%,三種灰中鉀的水溶性分別從約82%、85%和85%降至約32%、48%和15%;硫的水溶性均在75%以上;鈉和氯的水溶性不同程度地隨溫度升高而降低。(2)研究了灰化溫度對(duì)三種秸稈中養(yǎng)分可循環(huán)含量和玉米秸中鉀可循環(huán)含量的影響。結(jié)果表明,不同灰化溫度下,三種秸稈中養(yǎng)分可循環(huán)含量差異不顯著;隨著溫度從400°C升高至800°C,玉米秸、麥秸和稻秸中可循環(huán)物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別從4.2%、4.9%和5.2%降至0.8%、0.6%和0.7%,玉米秸中鉀的可循環(huán)含量從約89%降至約20%�？梢�(jiàn),低溫燃燒可有效提高秸稈中養(yǎng)分(鉀)在自然界中循環(huán)的比例。(3)分析了三種秸稈灰水溶性、灰中鉀水溶性和水溶速效鉀含量與溫度的平衡關(guān)系。結(jié)果表明,隨溫度從400°C升高至600°C時(shí),玉米秸灰和麥秸灰水溶性、灰中鉀水溶性和水溶速效鉀含量均緩慢下降;當(dāng)從600°C升至700°C時(shí),三者均快速下降;當(dāng)溫度高于700°C時(shí),隨著溫度升高,它們基本穩(wěn)定不變;稻秸灰的這些參數(shù)隨溫度升高呈線性下降的變化趨勢(shì)。(4)探討了不同溫度下,停留時(shí)間對(duì)玉米秸灰及灰中鉀水溶性的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同溫度下,停留時(shí)間對(duì)玉米秸灰及鉀水溶性的影響程度差異較大;600°C以下,停留時(shí)間對(duì)灰及鉀水溶性的影響較小;700°C時(shí),隨停留時(shí)間從10min延長(zhǎng)至240min,灰及鉀水溶性分別從約18%和49%降至約8%和29%;在800°C停留時(shí)間從10min延長(zhǎng)至120min時(shí),灰及鉀水溶性分別從約11%和42%降至約7%和31%,當(dāng)停留時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí),二者水溶性基本保持不變。
【學(xué)位單位】：山東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TK6
【部分圖文】：

索生物質(zhì)灰的肥料特性，能夠?yàn)榭裳h(huán)的生物質(zhì)高效燃燒。另外，探索灰肥性的研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)能源的可持續(xù)應(yīng)利用，以及我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展均具有十分重要狀質(zhì)中的成灰物質(zhì)、半纖維素、木質(zhì)素、水分、灰分等是生物質(zhì)能的主要成分物質(zhì)種類、生長(zhǎng)時(shí)期、生長(zhǎng)條件等因素。Vassilev[13]、Van Lo生物質(zhì)灰有兩種來(lái)源：一是生物質(zhì)本身固有的無(wú)機(jī)成分，其二是生物質(zhì)生長(zhǎng)過(guò)程或加工處理過(guò)程中摻混進(jìn)去的雜質(zhì)，如圖 1.1 所示，在生物灰（渣）形成過(guò)程中，上述各成分之間現(xiàn)象，且生物質(zhì)固有成分比雜質(zhì)的活性強(qiáng)，特別是在固定碳類容易析出和發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[17]。

東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒燒溫度的升高，三種秸稈灰量均逐漸降低。這說(shuō)明，隨著溫度的升高，生物質(zhì)灰的養(yǎng)分含量可能在降低。另外，當(dāng)溫度一定時(shí)，不同生物質(zhì)的成灰量也有一定的差異。如莊會(huì)永[81]等采陸地生物群落調(diào)查觀測(cè)與分析》方法（550°C 灼燒處理 8h 至恒重）檢測(cè)了 18 種物秸稈的灰分含量，結(jié)果如圖 1.3 所示。從圖中可以看出，18 種農(nóng)作物秸稈的平分含量為 3.7%～20.2%，其中甘薯、竹筍、水稻、花生、苜蓿、小米的灰分含量 10%以上�？梢�(jiàn)，不同生物質(zhì)灰的養(yǎng)分含量或肥性可能存在較大的差異。有研究還表明[83]，隨著灰化溫度從 400°C 升至 900°C（溫度間隔為 100°C），灰的成灰率和外觀顏色變化較小；棉稈成灰率顯著下降；竹子成灰率變化較小，灰顏色由灰色變?yōu)闇\綠色；麥秸成灰率和外觀形貌均發(fā)生較大變化，特別是當(dāng)溫于 600°C 時(shí)成灰率顯著下降的同時(shí)灰分出現(xiàn)收縮板結(jié)，甚至在 700°C 時(shí)發(fā)生熔象，這將嚴(yán)重導(dǎo)致灰的肥性失效。

灰肥性（特別是 K 的速效性或水溶性）影響的研究幾乎沒(méi)有。.4 現(xiàn)有研究總結(jié)和存在問(wèn)題綜合以上文獻(xiàn)分析可以看出，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)生物質(zhì)中的成灰物質(zhì)已有較深的，而且對(duì)生物質(zhì)灰中養(yǎng)分的還田利用及其燃燒過(guò)程中溫度對(duì)灰特性的影響均已經(jīng)了大量的研究工作，并取得了較大的進(jìn)展。然而，生物質(zhì)灰還田利用技術(shù)的研究較短，現(xiàn)有研究工作依然存在許多不足，關(guān)于生物質(zhì)燃燒條件對(duì)灰還田應(yīng)用的影響前還尚未有系統(tǒng)的報(bào)道。生物質(zhì)燃燒過(guò)程非常復(fù)雜，其灰特性不僅受燃燒溫度的影響，且受停留時(shí)間的，進(jìn)而影響灰還田過(guò)程中的肥性。圖 1.5 示意了秸稈可持續(xù)燃燒應(yīng)用時(shí)物質(zhì)循環(huán)量流，目前生物質(zhì)燃燒技術(shù)開(kāi)發(fā)還未重視固體物質(zhì)灰在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)，影響燃燒技術(shù)的可持續(xù)性并可能會(huì)導(dǎo)致生態(tài)平衡破壞、環(huán)境污染等問(wèn)題。本課題于固體物質(zhì)循環(huán)，來(lái)研究灰化溫度對(duì)秸稈灰肥性的影響。為秸稈作為能源和肥料持續(xù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)奠定理論基礎(chǔ)，將引導(dǎo)秸稈燃燒應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展方向。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2818093