摘要：生物質(zhì)原料能源化利用的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)之一是發(fā)熱量，3種秸稈炭的發(fā)熱量分別為棉稈炭26.53 MJ/kg、玉米稈炭24.62 MJ/kg，稻秸炭23.27 MJ/kg。3種秸稈炭的發(fā)熱量有一定的差異，以棉稈炭的最高，稻秸炭的發(fā)熱量最低。

       
         關(guān)鍵詞：農(nóng)作物,秸稈,論文發(fā)表

　　工業(yè)分析包括：水分、灰分、揮發(fā)分和固定炭含量。在3種秸稈炭中，稻秸炭的灰分含量最高(12.65%);玉米稈炭的揮發(fā)分最高(31.87%);棉稈炭的固定炭含量最高(65%)，這可能和工藝條件有關(guān)。秸稈炭可根據(jù)不同秸稈原料，選擇合適的碳化工藝，提高固定炭含量。

　　棉稈炭、玉米稈炭和稻秸炭的物理特性和化學(xué)特性各有差異，含水率均在10%左右，易于加工成型;堆積密度以稻秸炭最大，玉米稈炭次之，棉稈炭最小;3種秸稈炭的堆積角較大，屬于流動(dòng)性較差的物料;不同種類的秸稈炭最大靜摩擦系數(shù)均大于滑動(dòng)摩擦系數(shù)，與金屬的摩擦系數(shù)小于與橡膠的摩擦系數(shù)，外摩擦系數(shù)以棉稈炭最大，玉米稈炭次之，稻秸炭最小;發(fā)熱量以棉稈炭最高，稻秸炭最低;灰分以稻秸炭最高;揮發(fā)分以玉米稈炭最高;棉稈炭中的固定炭含量最高。

　　在加工生產(chǎn)過(guò)程中，建議針對(duì)不同秸稈炭要充分考慮原料自身特點(diǎn)，優(yōu)化碳化工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)合理的碳化、加工秸稈炭設(shè)備。本研究?jī)H選擇了3種秸稈炭進(jìn)行研究，材料較少。在今后的研究中，要選擇更多的秸稈炭種類進(jìn)行分析，從而為大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的秸稈炭提供理論依據(jù)。

　　目前，對(duì)秸稈物料在化學(xué)、物理特性方面的研究包括：工業(yè)分析、低位發(fā)熱量、元素分析、全水分、堆積密度、外摩擦角、靜態(tài)堆積角等[1，2]。對(duì)麥秸、飼草等軟莖稈秸稈的拉伸強(qiáng)度、彈性模量、剪切強(qiáng)度等物理特性和松散原料物理特性的研究也較多， 如小麥、玉米、大豆等作物[5-10]。這些研究為秸稈類生物質(zhì)原料的儲(chǔ)存、輸送、加工等提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。研究者大多對(duì)秸稈物料的理化特性進(jìn)行了研究，而對(duì)秸稈經(jīng)碳化工藝制成秸稈炭的理化特性參數(shù)進(jìn)行研究，還未見(jiàn)報(bào)道。

　　本試驗(yàn)選取3種秸稈炭作為研究對(duì)象，分別對(duì)其全水分、堆積密度、堆積角、摩擦系數(shù)、流動(dòng)特性等物理特性和發(fā)熱量、工業(yè)分析等化學(xué)特性進(jìn)行試驗(yàn)，旨在為秸稈類生物質(zhì)炭的儲(chǔ)存、輸送、加工等系統(tǒng)設(shè)計(jì)和選型提供基礎(chǔ)性參考依據(jù)。

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗(yàn)材料

　　選取新疆南疆極旱地區(qū)當(dāng)年的棉花秸稈、玉米秸稈和水稻秸稈3種生物質(zhì)原料秸稈炭作為研究對(duì)象。

　　1.2 試驗(yàn)儀器

　　HLP型粉碎機(jī)(篩孔徑10 mm，北京環(huán)亞天元機(jī)械有限公司);馬弗爐(上海市實(shí)驗(yàn)儀器總廠);XP204型分析天平(精度0.01 mg)、JJ200B 型電子天平(精度0.001 g)(瑞士梅特勒-托利多公司);101-1A型電熱鼓風(fēng)干燥箱、標(biāo)準(zhǔn)樣品分析篩(河南省鶴壁市天弘儀器有限公司);堆積密度測(cè)量?jī)x(自制，容積為3 L，有效直徑125 mm，有效高度200 mm)、堆積角測(cè)量?jī)x(自制);HZJ型振動(dòng)平臺(tái)(新鄉(xiāng)偉達(dá)振動(dòng)設(shè)備有限公司);外摩擦系數(shù)測(cè)定儀(自制);角度尺;游標(biāo)卡尺;ZJ-2型等應(yīng)變直剪儀;計(jì)時(shí)器;托盤等。

　　1.3 試驗(yàn)方法

　　將收集的秸稈除去根部、莖稈表面泥土后，用鍘草機(jī)切成小段，再用粉碎機(jī)粉碎過(guò)篩。將秸稈粉稱重后放入馬弗爐內(nèi)密閉熱解。熱解工藝參數(shù)：升溫速率10 ℃/min、熱解溫度450 ℃和保溫時(shí)間1 h。熱解后殘?zhí)坑醚欣徠扑椤?/p>

　　采用GB/T 212—2001方法測(cè)定工業(yè)分析組成，全水分采用《NY/T 1881.2—2010生物質(zhì)固體成型燃料試驗(yàn)方法全水分》測(cè)定，堆積密度采用《NY/T 1881.6—2010生物質(zhì)固體成型燃料試驗(yàn)方法堆積密度》測(cè)定，堆積角采用《JB/T 9014.7—1999連續(xù)輸送設(shè)備散粒物料堆積角的測(cè)定》測(cè)定，摩擦系數(shù)采用《JB/T 9014.9—1999連續(xù)輸送設(shè)備散裝物料外摩擦系數(shù)的測(cè)定》測(cè)定，流動(dòng)特性采用Carr流動(dòng)性指數(shù)法評(píng)價(jià)流動(dòng)性能，發(fā)熱量采用《NY/T 12—1985生物質(zhì)燃料發(fā)熱量測(cè)試方法》測(cè)定。

　　2 結(jié)果與分析

　　2.1 物理特性

　　2.1.1 全水分 全水分是生物質(zhì)原料能源轉(zhuǎn)化利用的重要因素之一，水分在10%～25%的生物質(zhì)原料易于成型。稱取秸稈炭400 g測(cè)量全水分，經(jīng)碳化工藝處理后，3種秸稈炭含水率均在10%左右，棉稈炭為10.125%、玉米稈炭為9.782%、稻秸炭為9.253%，均屬于易于加工成型的原料。

　　2.1.2 堆積密度 不同秸稈炭堆積密度有一定的差異，棉稈炭為421 kg/m3，玉米稈炭為468 kg/m3， 稻秸炭為543 kg/m3。由于秸稈物料成分不同，棉稈中含有的木質(zhì)素最高，熱解成秸稈炭的固體剩余物較高，相對(duì)其他兩種秸稈揮發(fā)分較少，棉稈炭堆積密度較其他兩種秸稈炭小。

　　2.1.3 堆積角 不同秸稈炭靜態(tài)堆積角有一定的差異。靜態(tài)堆積角越大，流動(dòng)性就越差。3種秸稈炭堆積角分別為棉稈炭58.16°、玉米稈炭59.83°、稻秸炭61.45°，都屬于流動(dòng)性較差的物料。

　　2.1.4 摩擦系數(shù) 外摩擦系數(shù)對(duì)摩擦、磨損機(jī)理的研究和秸稈炭加工設(shè)備的選用均有參考價(jià)值。由表1可知，3種秸稈炭的最大靜摩擦系數(shù)均大于滑動(dòng)摩擦系數(shù)，與金屬的摩擦系數(shù)小于與橡膠的摩擦系數(shù)。

　　2.1.5 流動(dòng)特性 3種秸稈炭的靜態(tài)堆積角在58.16°～61.45°，均屬于流動(dòng)性較差的原料。采用Carr流動(dòng)性指數(shù)法評(píng)價(jià)其流動(dòng)性能。Carr指數(shù)法采用堆積角、壓縮率、板勺角、均勻度來(lái)評(píng)價(jià)原料的流動(dòng)性[15]。流動(dòng)性指數(shù)范圍在69～76之間，屬于流動(dòng)性一般的材料。結(jié)果可知，3種秸稈炭的的流動(dòng)性指數(shù)為棉稈炭69.1、玉米稈炭75.2、稻秸炭71.6。

　　2.2 化學(xué)特性

　　研究秸稈炭的發(fā)熱量和工業(yè)分析，都以秸稈炭的干燥基為基準(zhǔn)。

　　我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，每年農(nóng)業(yè)收獲后產(chǎn)生的大量農(nóng)作物秸稈廢料被焚燒，不僅污染環(huán)境，而且造成資源浪費(fèi)。若能將農(nóng)作物秸稈回收利用，既保護(hù)了環(huán)境又實(shí)現(xiàn)了資源的有效利用。采用碳化工藝將秸稈制成炭是一種有前景的利用方式，如制活性炭、無(wú)煙燒烤炭等。任何碳含量較高且價(jià)格低廉的材料均可作為生產(chǎn)活性炭的原料，農(nóng)作物秸稈在除灰后可制成高質(zhì)量的活性炭。隨著對(duì)環(huán)保問(wèn)題的日趨重視和人民生活品質(zhì)的不斷提高，各行業(yè)對(duì)活性炭的需求逐年增加，這也給秸稈炭的利用提供了市場(chǎng)。