吉林省農(nóng)作物剩余物用于顆粒燃料時(shí)的差異性探討

孟黎鵬， 李季平， 崔鐵花， 付曉霞， 孫 偉， 劉鑫榮， 劉 冰

(吉林省林業(yè)科學(xué)研究院木材所，吉林 長(zhǎng)春 130032)

吉林省秸稈資源豐富，秸稈產(chǎn)出量10.87噸/公頃，排全國(guó)第一位，近5年的秸稈產(chǎn)量大約平均為4 500萬(wàn)噸/年，可利用資源十分豐富，如果充分得以利用，對(duì)吉林省的生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展都將具有重要意義[1]。因此，本文將對(duì)吉林省的農(nóng)作物剩余物資源進(jìn)行研究，分析探討秸稈剩余物用于顆粒燃料加工時(shí)的區(qū)域性和種類(lèi)性差異。

1 試驗(yàn)分析依據(jù)

顆粒燃料具有兩個(gè)重要指標(biāo)，灰分值和燃燒值?；曳种翟降?，燃料燃燒后殘留的殘?jiān)缴伲謇頎t膛的頻次越低；燃燒值越高，燃料越抗燃燒，燃燒后產(chǎn)生的熱能越高[2-4]。一般來(lái)說(shuō)，灰分值越高，燃燒值相應(yīng)的會(huì)降低。為了對(duì)比方便，試驗(yàn)中的燃燒值和灰分值均為絕干狀態(tài)下測(cè)量。

樣品處理方式：將采集回來(lái)的農(nóng)作物剩余物和木材進(jìn)行清洗，去除泥土等雜質(zhì)，烘箱干燥后粉碎到30目，烘箱烘絕干，封袋保存，待試驗(yàn)。

樣品種類(lèi)：玉米、大豆、水稻、高粱、花生、楊木、刺槐和雜木粉。農(nóng)作物剩余物采集于吉林省東部(延吉、敦化、安圖)、西部(大安)、中北部(長(zhǎng)春、農(nóng)安、德惠、九臺(tái)、扶余)和南部(四平)；木材采于吉林省林科院院內(nèi)。

儀器設(shè)備為馬弗爐(濟(jì)南精銳SX2-8-10T)、微機(jī)全自動(dòng)量熱儀(鶴壁銀華ZDHW-6000)。

2 數(shù)據(jù)及分析

2.1 區(qū)域性差異

選擇四平市山門(mén)鎮(zhèn)山門(mén)村和大安市良種場(chǎng)兩個(gè)村子，從每個(gè)村子的不同地塊分別采集6個(gè)和3個(gè)批次的玉米秸稈。不同地區(qū)同一村子玉米秸稈樣品結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同地區(qū)同一村子玉米秸稈樣品結(jié)果

(1)同一個(gè)村子的燃燒值也具有一定的差異，如山門(mén)村的燃燒值范圍是4 083～4 438 cal/g之間，最大差異率達(dá)到了9%；灰分值的范圍是3.7%～10.8%，差異顯著，最大差異率達(dá)到了192%。大安地區(qū)良種場(chǎng)村也存在著同樣的狀況。

(2)兩個(gè)地區(qū)的燃燒值平均值分別為4 285 cal/g和4 337 cal/g，總體差異不大；灰分值分別為6.8和4.2，具有一定的差異性。

(3)兩個(gè)地區(qū)燃燒值和灰分值的平均值差異不大。農(nóng)作物屬于自然生長(zhǎng)物，剩余物與其長(zhǎng)勢(shì)、土地及氣候條件有關(guān)，會(huì)產(chǎn)生一定的差異，總體來(lái)說(shuō)，燃燒值差異比較小，灰分值具有一定的差異。

2.2 不同種類(lèi)農(nóng)作物秸稈性能研究

以區(qū)域?yàn)閯澐郑诓煌牡貐^(qū)采集不同種類(lèi)的農(nóng)作物秸稈，玉米、大豆和水稻為吉林省主要種植作物，分布普遍，玉米采樣批次24個(gè)，大豆和水稻采樣批次在5個(gè)以上，高粱和花生采樣批次在3個(gè)以上。不同地區(qū)不同種類(lèi)的秸稈剩余物的燃燒值、灰分值和總平均值見(jiàn)表2。

表2 不同地區(qū)不同種類(lèi)的秸稈剩余物的燃燒值、灰分值和總平均值

(1)受生長(zhǎng)條件等因素影響，不同區(qū)域內(nèi)的同種農(nóng)作物秸稈的燃燒值和灰分值略有差異，總體來(lái)說(shuō)，燃燒值差異并不明顯，基本可看做一致，灰分值各地區(qū)會(huì)有一定的差異。

(2)總體趨勢(shì)是灰分值高的地區(qū)，燃燒值會(huì)略低，灰分值和燃燒值的呈負(fù)相關(guān)。

(3)玉米、大豆、高粱和花生殼的燃燒值差別不大，平均值均在4 300 cal/g左右，沒(méi)有顯著的差異。

(4)水稻的燃燒值和灰分值和其他4類(lèi)作物具有明顯的差異性，由于水稻秸稈為中空管狀結(jié)構(gòu)，管壁上附著有蠟質(zhì)層，蠟質(zhì)層中硅類(lèi)物質(zhì)較多。因此，稻草的灰分值較高，燃燒值較低。

3類(lèi)木材的燃燒值、灰分值和平均值見(jiàn)表3。

表3 3類(lèi)木材的燃燒值、灰分值和平均值

2.3 農(nóng)作物剩余物和木材的差異

將3種木材按照同樣的方法進(jìn)行檢測(cè)，將木材的平均值和農(nóng)業(yè)剩余物的總平均值進(jìn)行對(duì)比。

(1)木材類(lèi)的燃燒值平均4 680 cal/g，玉米、大豆、高粱和花生在4 300 cal/g左右，燃燒值相當(dāng)于木材的90%以上；灰分值也均在5%左右，基本一致。

(2)水稻的燃燒值相對(duì)較低，只有木材的80%左右，燃燒后產(chǎn)生的灰分是木材的3倍左右。

(3)從理論上講，玉米、大豆、高粱和花生完全可以替代木材用于顆粒燃料加工，水稻還有一定的差距。

3 總結(jié)與討論

(1)農(nóng)作物秸稈屬于天然資源，吉林省內(nèi)不同地區(qū)，同一個(gè)村不同地塊的相同作物剩余物也會(huì)有燃燒值和灰分的差異?？傮w來(lái)說(shuō)，燃燒值相差不大，灰分值差異明顯。

(2)吉林省內(nèi)農(nóng)作物的灰分值和燃燒值整體呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)趨勢(shì)，灰分值越高，燃燒值越低。

(3)吉林省內(nèi)各地不同作物中，玉米、大豆、高粱和花生殼類(lèi)物質(zhì)燃燒值相差不大，平均值均在4 300左右，灰分值相差也不大，在4%～6%的范圍之內(nèi)。

(4)水稻剩余物由于水稻秸稈為中空結(jié)構(gòu)，稻草秸稈僅僅是一層管狀壁，管壁外側(cè)為光滑的蠟質(zhì)層，富含硅類(lèi)灰分物質(zhì)，因此，水稻的燃燒值較低，灰分值較高。

(5)玉米、大豆、高粱和花生類(lèi)物質(zhì)的燃燒值相當(dāng)于木材的90%，灰分值基本一致，完全可以替代木材用于顆粒燃料生產(chǎn)。稻草燃燒熱量相當(dāng)于木材的80%，但是燃燒后的灰分物質(zhì)是木材的3倍，在燃燒過(guò)程中，清理爐膛的頻率顯著增加，燃燒性能要稍差于其他幾類(lèi)作物剩余物。