劉冰 孟黎鵬 李繼平 崔鐵花 付曉霞

(吉林省林業(yè)科學(xué)研究院，吉林 長春 130033)

吉林省是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地[1]，耕地土質(zhì)肥沃，集中連片，素有“黃金玉米帶”的美稱。由于吉林省玉米種植面積較大，所以其副產(chǎn)物——秸稈產(chǎn)量也較大。

秸稈是成熟農(nóng)作物莖葉(穗)部分的總稱，玉米秸稈通常指玉米在收獲后的剩余部分。秸稈光合作用產(chǎn)生的氮、磷、鉀、鈣、鎂和有機質(zhì)利用價值豐富，如果把秸稈資源有效轉(zhuǎn)化利用，秸稈將成為寶貴的可再生的生物資源[2]。但是一直以來大量的秸稈資源或是被直接就地焚燒，或是直接被廢棄在田中，造成了巨大的資源浪費和環(huán)境污染[3]。由此可見玉米秸稈作為生物質(zhì)能源長期以來并未得到足夠的重視和很好的利用[4]。實際上，歐美一些發(fā)達國家很早就將生物質(zhì)作為能源進行綜合利用[5]。20世紀70年代，美國、加拿大等多個國家嘗試生產(chǎn)并應(yīng)用顆粒燃料[6]。經(jīng)過20年的發(fā)展，現(xiàn)在技術(shù)已極為成熟，在瑞典、丹麥及奧地利等歐洲國家，也進行了生物質(zhì)能的開發(fā)和應(yīng)用[7]。

本文對采集自吉林省東部、中部和西部的玉米秸稈進行分析，通過測定其熱值和灰分，分析吉林省不同區(qū)域玉米秸稈資源的燃燒性能，并通過與木材燃燒性能的比較，進而探討其用作生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料的原料的可行性。從而促進吉林省玉米秸稈資源化工程建設(shè)，改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境、提高農(nóng)民生活質(zhì)量，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[8]。

1 吉林省玉米秸稈資源情況

2020年吉林省玉米年產(chǎn)量為2 973.44×104t[9]。根據(jù)已有的研究結(jié)果[3,10]，確定的吉林省玉米的草谷比為1.32，收集系數(shù)為0.91，計算得出吉林省玉米秸稈可收集資源量(見表1)。吉林省玉米秸稈資源量為3 571.70×104t?？臻g分布上，長春市、松原市和四平市玉米秸稈資源量分別位于吉林省前三位，長春市秸稈資源量最高，達到1 188.24×104t，占吉林省玉米秸稈資源總量的33.27%；其次為松原市和四平市，分別占玉米秸稈資源總量的19.03%和13.38%?？梢钥闯黾质∮衩捉斩捹Y源主要集中在中部地區(qū)和偏西部地區(qū)的糧食主產(chǎn)區(qū)。

表1 2020年吉林省各地區(qū)玉米秸稈可收集資源量

2 試驗原料及主要設(shè)備

2.1 試驗原料

本次試驗的原料為玉米秸稈和木粉，玉米秸稈分別采集自吉林省的東部、中部和西部。包括：東部的延邊州；中部長春市(九臺、農(nóng)安、德惠)、四平市；西部的大安市、扶余市。共計20余個村(屯)。木粉為楊木、刺槐枝條和雜木分別粉碎而成。

2.2 試驗主要設(shè)備

(1)馬弗爐：SX2-8-10T，濟南精銳分析儀器有限公司；(2)電熱恒溫鼓風干燥箱：DHG-9070A，上海精宏實驗設(shè)備有限公司；(3)電子分析天平：FA1004B，上海精天電子儀器設(shè)備有限公司；(4)微機自動量熱儀：ZDHW-6000，鶴壁市銀華儀器儀表有限公司；(5)秸稈纖維制備機：定制，哈爾濱東大林業(yè)技術(shù)裝備有限公司；(6)粉碎機：2500C，永康市紅太陽機電有限公司。

3 試驗方法與結(jié)果

3.1 試驗方法

(1)采集樣品，僅以品種區(qū)別，不分離根莖葉桿，實現(xiàn)秸稈的全株利用。(2)帶回實驗室后，進行清洗，清除掉表面的泥土等雜質(zhì)。(3)烘箱干燥，干燥到一定程度，進行粉碎，粉碎目數(shù)30目。(4)烘絕干，為了直觀對比各類秸稈資源的熱值和灰分，以絕干狀態(tài)下的秸稈資源為基準進行檢測。(5)封袋保存，進行熱值和灰分的檢測，檢測方法參照相應(yīng)的國家標準。(6)木粉的制作是將枝條清洗后，烘干、粉碎、絕干處理、封袋保存，再進行熱值和灰分的檢測。

3.2 試驗結(jié)果

吉林省東部、中部、西部的玉米秸稈熱值和灰分檢測結(jié)果詳見表2、表3、表4。木粉的熱值和灰分檢測結(jié)果見表5。

表2 吉林省東部玉米秸稈熱值和灰分檢測結(jié)果

表3 吉林省中部玉米秸稈熱值和灰分檢測結(jié)果

表4 吉林省西部玉米秸稈熱值和灰分檢測結(jié)果

表5 木材熱值和灰分檢測結(jié)果

4 結(jié)果與分析

通過玉米秸稈和木粉的熱值測定結(jié)果(見圖1)，可以看出吉林省東、中、西部玉米秸稈的熱值相差不大，其中東部玉米秸稈的熱值最低，中部玉米秸稈的熱值最高。即使是最低的東部地區(qū)，其玉米秸稈的熱值也超過了4 200cal/g，相當于木粉熱值(4 680cal/g)的90%以上，折算成標準煤，1t玉米秸稈的發(fā)熱量相當于0.6t標準煤。

圖1 吉林省東、中、西部玉米秸稈與木材熱值比較

通過玉米秸稈和木粉的灰分測定結(jié)果(見圖2)，可以看出吉林省東、中、西部玉米秸稈的灰分相差不大，其中東部玉米秸稈的灰分最高，明顯高于木粉，中、西部玉米秸稈的灰分相對較低，甚至比木粉略低。

圖2 吉林省東、中、西部玉米秸稈與木材灰分比較

通過比較玉米秸稈和木粉的熱值和灰分這兩項燃燒性能指標，可以看出，玉米秸稈作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)剩余物，完全可以加以利用，替代木材用于生物質(zhì)顆粒燃料的生產(chǎn)。

5 結(jié)論

通過測定采樣自吉林省東、中、西部玉米秸稈的熱值和灰分，并與木材的熱值和灰分進行對比，結(jié)果顯示：玉米秸稈的熱值達到4 200cal/g以上，相當于木材熱值(4 680cal/g)的90%以上。玉米秸稈的灰分與木材十分接近，其中東部地區(qū)玉米秸稈灰分比木材略高，中、西部地區(qū)玉米秸稈灰分比木材略低，綜合看基本持平。由此可見，從燃燒性能上，玉米秸稈替代木材用于生物質(zhì)顆粒燃料的生產(chǎn)是可行的。

總體來說，吉林省東部、中部、西部各個區(qū)域內(nèi)的玉米秸稈的熱值和灰分差異不大，用于生物質(zhì)顆粒燃料加工來說，基本可以認為沒有太大差異。但從玉米秸稈資源分布和可用量來考慮，應(yīng)以長春市、松原市、四平市和吉林市為重點。這4個地區(qū)玉米秸稈總收集量約占全省的77%，交通相對方便，村屯相對密集，秸稈收儲運體系更容易建立。由此可見，在資源供給上，玉米秸稈替代木材用于生物質(zhì)顆粒燃料的生產(chǎn)亦是可行的。