【摘 要】
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微生物生化氧化和低温化学氧化是生物质燃料储存时发生自加热及自燃的重要机理,研究秸秆的微生物生化氧化和低温化学氧化过程可以为预测和防范秸秆的自加热及自燃提供理论依据和现实指导。本课题以我国三种主要农作物秸秆（即稻草、麦秸和玉米秸）为对象,采用恒温量热分析法和杜瓦瓶绝热自加热实验对三种秸秆的微生物生化氧化放热特性和自加热过程进行研究;同时,采用工业分析、热重分析（TGA）方法对微生物生化氧化过程对燃料
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微生物生化氧化和低温化学氧化是生物质燃料储存时发生自加热及自燃的重要机理,研究秸秆的微生物生化氧化和低温化学氧化过程可以为预测和防范秸秆的自加热及自燃提供理论依据和现实指导。本课题以我国三种主要农作物秸秆（即稻草、麦秸和玉米秸）为对象,采用恒温量热分析法和杜瓦瓶绝热自加热实验对三种秸秆的微生物生化氧化放热特性和自加热过程进行研究;同时,采用工业分析、热重分析（TGA）方法对微生物生化氧化过程对燃料特性的影响进行研究;此外,采用慢速升温的TGA方法,对三种秸秆的低温氧化热解特性及动力学进行研究。秸秆的恒温量热分析实验结果表明,秸秆的低温微生物生化氧化过程可分为诱导期、生化氧化放热加速期、生化氧化放热减弱停止期。对于初始水分含量为40%～70%（干基）的秸秆而言,水分含量越高,秸秆的微生物生化氧化诱导期越短,生化氧化反应速度越快,产热越显著。同时,三种秸秆在不同温度下（30℃～70℃）的微生物生化氧化放热曲线规律显示,稻草可在小于60℃时发生微生物生化氧化反应,且在30℃～40℃时放热最显著;麦秸可在小于70℃的温度范围内发生微生物活动,且在40℃～50℃时微生物活性最强,产热最显著;玉米秸则可在小于50℃发生微生物生化氧化放热过程,在30℃时微生物活动最剧烈。此外,比较稻草、麦秸、玉米秸的微生物生化氧化放热特性可知,温度为30℃～40℃,稻草的生化氧化放热能力最强;温度大于40℃时,麦秸的微生物生化氧化能力最强。秸秆的杜瓦瓶自加热实验结果表明,秸秆的自加热过程可分为诱导期、温度上升期、温度下降平稳期,且样品内部各阶段的温度变化规律与微生物生化氧化放热特性一致。对于初始水分含量为40%～70%（干基）的秸秆而言,样品的初始水分含量越高,内部达到的最大温升越高,自加热越显著。此外,研究发现秸秆发生自加热过程需要氧气,氧浓度越高,自加热越显著。燃料特性分析结果表明,低温微生物生化氧化反应后,样品的水分和灰分含量都有不同程度的增加,且随初始水分含量增加,增幅越明显,说明秸秆储存时内部微生物生化氧化自加热过程消耗了部分易于降解的物质,生成了水等物质。同时,非等温TGA结果表明,发生微生物生化氧化反应的样品的氧化反应性明显低于原样,这也表明自加热过程造成了易降解物质的消耗。秸秆的低温氧化特性TGA实验得到的热重曲线、特征温度、动力学参数及自燃风险评估结果表明,与麦秸相比,稻草和玉米秸的低温氧化、热解反应性较强,在制粉过程中具有较高的自燃风险。综合三种秸秆的微生物生化氧化自加热特性和低温氧化特性可知,在堆积储存时,稻草具有较高的自加热及自燃风险。
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