吉林省农作物剩余物用于颗粒燃料时的差异性探讨

孟黎鹏， 李季平， 崔铁花， 付晓霞， 孙 伟， 刘鑫荣， 刘 冰

(吉林省林业科学研究院木材所，吉林 长春 130032)

吉林省秸秆资源丰富，秸秆产出量10.87吨/公顷，排全国第一位，近5年的秸秆产量大约平均为4 500万吨/年，可利用资源十分丰富，如果充分得以利用，对吉林省的生态环境和经济发展都将具有重要意义[1]。因此，本文将对吉林省的农作物剩余物资源进行研究，分析探讨秸秆剩余物用于颗粒燃料加工时的区域性和种类性差异。

1 试验分析依据

颗粒燃料具有两个重要指标，灰分值和燃烧值。灰分值越低，燃料燃烧后残留的残渣越少，清理炉膛的频次越低；燃烧值越高，燃料越抗燃烧，燃烧后产生的热能越高[2-4]。一般来说，灰分值越高，燃烧值相应的会降低。为了对比方便，试验中的燃烧值和灰分值均为绝干状态下测量。

样品处理方式：将采集回来的农作物剩余物和木材进行清洗，去除泥土等杂质，烘箱干燥后粉碎到30目，烘箱烘绝干，封袋保存，待试验。

样品种类：玉米、大豆、水稻、高粱、花生、杨木、刺槐和杂木粉。农作物剩余物采集于吉林省东部(延吉、敦化、安图)、西部(大安)、中北部(长春、农安、德惠、九台、扶余)和南部(四平)；木材采于吉林省林科院院内。

仪器设备为马弗炉(济南精锐SX2-8-10T)、微机全自动量热仪(鹤壁银华ZDHW-6000)。

2 数据及分析

2.1 区域性差异

选择四平市山门镇山门村和大安市良种场两个村子，从每个村子的不同地块分别采集6个和3个批次的玉米秸秆。不同地区同一村子玉米秸秆样品结果见表1。

表1 不同地区同一村子玉米秸秆样品结果

(1)同一个村子的燃烧值也具有一定的差异，如山门村的燃烧值范围是4 083～4 438 cal/g之间，最大差异率达到了9%；灰分值的范围是3.7%～10.8%，差异显著，最大差异率达到了192%。大安地区良种场村也存在着同样的状况。

(2)两个地区的燃烧值平均值分别为4 285 cal/g和4 337 cal/g，总体差异不大；灰分值分别为6.8和4.2，具有一定的差异性。

(3)两个地区燃烧值和灰分值的平均值差异不大。农作物属于自然生长物，剩余物与其长势、土地及气候条件有关，会产生一定的差异，总体来说，燃烧值差异比较小，灰分值具有一定的差异。

2.2 不同种类农作物秸秆性能研究

以区域为划分，在不同的地区采集不同种类的农作物秸秆，玉米、大豆和水稻为吉林省主要种植作物，分布普遍，玉米采样批次24个，大豆和水稻采样批次在5个以上，高粱和花生采样批次在3个以上。不同地区不同种类的秸秆剩余物的燃烧值、灰分值和总平均值见表2。

表2 不同地区不同种类的秸秆剩余物的燃烧值、灰分值和总平均值

(1)受生长条件等因素影响，不同区域内的同种农作物秸秆的燃烧值和灰分值略有差异，总体来说，燃烧值差异并不明显，基本可看做一致，灰分值各地区会有一定的差异。

(2)总体趋势是灰分值高的地区，燃烧值会略低，灰分值和燃烧值的呈负相关。

(3)玉米、大豆、高粱和花生壳的燃烧值差别不大，平均值均在4 300 cal/g左右，没有显著的差异。

(4)水稻的燃烧值和灰分值和其他4类作物具有明显的差异性，由于水稻秸秆为中空管状结构，管壁上附着有蜡质层，蜡质层中硅类物质较多。因此，稻草的灰分值较高，燃烧值较低。

3类木材的燃烧值、灰分值和平均值见表3。

表3 3类木材的燃烧值、灰分值和平均值

2.3 农作物剩余物和木材的差异

将3种木材按照同样的方法进行检测，将木材的平均值和农业剩余物的总平均值进行对比。

(1)木材类的燃烧值平均4 680 cal/g，玉米、大豆、高粱和花生在4 300 cal/g左右，燃烧值相当于木材的90%以上；灰分值也均在5%左右，基本一致。

(2)水稻的燃烧值相对较低，只有木材的80%左右，燃烧后产生的灰分是木材的3倍左右。

(3)从理论上讲，玉米、大豆、高粱和花生完全可以替代木材用于颗粒燃料加工，水稻还有一定的差距。

3 总结与讨论

(1)农作物秸秆属于天然资源，吉林省内不同地区，同一个村不同地块的相同作物剩余物也会有燃烧值和灰分的差异。总体来说，燃烧值相差不大，灰分值差异明显。

(2)吉林省内农作物的灰分值和燃烧值整体呈现出负相关趋势，灰分值越高，燃烧值越低。

(3)吉林省内各地不同作物中，玉米、大豆、高粱和花生壳类物质燃烧值相差不大，平均值均在4 300左右，灰分值相差也不大，在4%～6%的范围之内。

(4)水稻剩余物由于水稻秸秆为中空结构，稻草秸秆仅仅是一层管状壁，管壁外侧为光滑的蜡质层，富含硅类灰分物质，因此，水稻的燃烧值较低，灰分值较高。

(5)玉米、大豆、高粱和花生类物质的燃烧值相当于木材的90%，灰分值基本一致，完全可以替代木材用于颗粒燃料生产。稻草燃烧热量相当于木材的80%，但是燃烧后的灰分物质是木材的3倍，在燃烧过程中，清理炉膛的频率显著增加，燃烧性能要稍差于其他几类作物剩余物。