灰化溫度對秸稈灰溶解特性影響的實驗研究.pdf

1、隨著可再生能源利用技術的快速發(fā)展，生物質能源的利用越來越受到研究者的關注。秸稈是我國主要的生物質能源，每年產(chǎn)約8億噸。目前，燃燒等熱化學轉化技術是秸稈等生物質能應用的主要方式。這些過程會產(chǎn)生大量的灰，秸稈灰中含有鉀、磷、鈣、鎂等農(nóng)作物生長所需要的多種營養(yǎng)元素，若其能有效還田，可實現(xiàn)這些營養(yǎng)元素在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)。然而，秸稈燃燒時溫度過高，特別是固相成灰物質溫度（灰化溫度）過高時，秸稈灰會出現(xiàn)軟化、結渣和燒結等現(xiàn)象。燒結灰中營養(yǎng)元素不

2、能在土壤中溶解，從而無法被作物吸收。因此，研究灰化溫度對秸稈灰溶解特性的影響，對秸稈灰的還田應用以及實現(xiàn)秸稈能源化可持續(xù)應用均具有十分重要的意義。
　　本文以我國三種典型作物秸稈—玉米秸、麥秸和稻秸—為例，在預實驗及分析生物質熱化學轉化技術常用溫度的基礎上，選擇400-800℃灰化溫度制灰，采用 X射線熒光光譜（XRF），輔以場發(fā)射掃描電子顯微鏡（SEM）、電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）、火焰光度計（FP）和鉀離子選擇性電極

3、（PISE）分析手段，結合質量守恒法，研究了灰化溫度對秸稈灰水溶性、秸稈中營養(yǎng)可循環(huán)含量的影響，分析了這些參數(shù)與溫度的平衡關系，探討了玉米秸灰中水溶速效鉀含量與溫度和停留時間的關系。主要研究內(nèi)容和結果如下：
　?。?）研究了灰化溫度對三種秸稈灰及灰中主要營養(yǎng)元素水溶性的影響。結果表明，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

4、不溶性元素；隨著灰化溫度從400℃升高至800℃，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

5、度從400℃升高至800℃，玉米秸、麥秸和稻秸中可循環(huán)物質質量分數(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%。可見，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。
　?。?）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系。結果表明，隨溫度從400℃升高至600℃時，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

6、從600℃升至700°C時，三者均快速下降；當溫度高于700℃時，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。
　?。?）探討了不同溫度下，停留時間對玉米秸灰及灰中鉀水溶性的影響。結果發(fā)現(xiàn)，不同溫度下，停留時間對玉米秸灰及鉀水溶性的影響程度差異較大；600℃以下，停留時間對灰及鉀水溶性的影響較??；700℃時，隨停留時間從10min延長至240min，灰及鉀水溶性分別從約18%和49%降至約8%和