含水量對電廠玉米秸稈燃料自加熱特性的影響

閆泓池,陳鑫科,馬 侖,蘇現強,方慶艷

(華中科技大學 煤燃燒國家重點實驗室,湖北 武漢 430074)

0 引 言

在國家碳達峰、碳中和戰略方針指導下,尋找新型低碳能源替代化石燃料,降低化石能源消耗勢在必行[1-3]。在眾多可再生能源中,生物質是可再生能源的重要組成部分,我國每年生物質能源開采量相當于11.7億t標準煤,占開采清潔能源總量的54.5%,分別是水電的2.0倍和風電的3.5倍[4-5]。此外,生物質的碳中性特性較顯著,有效利用生物質能對解決能源問題和生態環境問題具有重要意義。如我國北方地區以直燃發電方式發展利用生物質資源,秸稈資源品種主要包括小麥、玉米、棉花、秸稈以及林業剩余物等[6]。然而,生物質具有能量密度低、季節性和區域性等缺點,為滿足生產系統中生物質原料穩定供應,需對大量生物質材料收集、加工、運輸和儲存[7-8]。在實際過程中,供應鏈各階段都存在大量生物質存儲[9-10]。在堆積儲存過程中,生物質堆垛內部產生的熱量無法充分散失到周圍環境中,可能發生自加熱現象,導致存儲溫度升高甚至自燃[11-13]。生物質自加熱過程中會由于物理、生物、化學作用而引發自加熱效應[14-15]。生物質產熱作用主要發生在0～70 ℃,生物質堆垛內微生物代謝活動產生熱量,從而導致溫度升高[15];隨溫度不斷升高,化學產熱作用逐漸取代生物產熱作用,80～90 ℃ 時[16],化學產熱作用逐漸占據主導地位;化學產熱溫度進一步升高,生物質會發生快速熱解、氧化直至自燃[17];物理產熱作用主要是水分的吸附、凝結和潤濕,該過程貫穿整個自加熱過程[15]。

微生物活動是生物質材料自加熱的主要原因[18-19]。FERRERO等[18]和KRIGSTIN等[19]通過建模研究發現,自加熱啟動并通過微生物作用達到化學氧化的臨界溫度是自燃發生的前提條件,微生物活動及其熱效應在自加熱過程中至關重要。研究表明[15],生物質在環境中堆積儲存時,由于細菌、真菌等微生物活動產熱,堆垛內部會快速升溫至60～70 ℃,并維持數周。之后溫度逐漸下降,或在一定條件下,基于緩慢化學氧化等復雜的化學反應過程,堆垛內部溫度逐漸升高至臨界溫度后,化學氧化反應加速,溫度快速升高直至著火[20]。因此,前期生物質生物作用產熱過程是決定堆垛能否進入化學氧化產熱的關鍵。國外研究主要集中在木質燃料化學氧化的熱效應,對微生物活動產熱[20-21]和其他燃料自加熱進程[13,22-23]研究相對較少。我國學者對生物質自燃問題已開展了部分研究[24-26],但尚未形成系統的研究內容并建立相應的防范監測體系。研究表明,水分對微生物活動存在較大影響[27-28]。含水量低于臨界含水量時,微生物活性極低[29-30];介于臨界含水量與適宜微生物生長的最佳含水量時,微生物活性隨含水量增加呈線性[31]或指數增加[29-30];含水量超過最佳含水量時,存在水溶性營養物質濃度過低和氧氣運輸困難等問題,微生物活性隨含水量增加趨于平穩或下降[19,30]。探究含水量對微生物活性影響時,集中以呼吸強度體現微生物活性,并未將產熱與微生物活性關聯,且文獻多集中在不同種類生物質臨界含水量的確定[32-33],鮮見適宜微生物生長的最佳含水量研究。同時,已有生物質自加熱試驗均將生物質堆垛視為整體,鮮有對堆垛不同區域自加熱現象開展討論。生物質堆垛越靠近中心處氧氣濃度越低,由此將堆垛分為氧氣濃度較低的中心層與氧氣濃度較高的外層。對堆垛外層儲存條件的研究常進行適當開孔通風處理[26]。不過由于外層對流與導熱散熱量相對中心層更大,堆垛內部溫度相對更高[15]。開展基于堆垛中心層的低氧濃度條件下生物質自加熱特性試驗具有重要意義。

在生物質自加熱特性研究試驗樣品選擇與試驗設備方面,以往實驗室規模試驗中,被測樣品多以粉末形態[26,34-38]儲存于較小體積(小于10 L)的容器內,然而實際應用中農林類燃料大量堆積且多以稈狀或片狀形態儲存[29,39]。基于此可進一步組織更符合實際條件的試驗方案,開展生物質自加熱特性研究:在試驗樣品方面,采用原始秸稈形態樣品較粉末形態更具代表性;在試驗設備方面,構建體積更大且保溫性能更優的試驗箱有利于更好探究生物質自加熱過程中的熱量積累現象。

筆者設計并搭建了內部儲存空間120 L自加熱保溫試驗箱,并測試其保溫性能,構建系統熱平衡方程;以10～15 cm長度自然風干下的玉米秸稈樣品為研究對象,將不同含水量玉米秸稈置于保溫箱中儲存至溫度穩定,試驗期間通過對比不同含水量的玉米秸稈內部溫度和產熱特性,探究含水量對自加熱過程的影響;最后,通過分析不同含水量時樣品內部微生物比生長速率,探究不同含水量玉米秸稈內部的微生物活性差異。

1 試 驗

1.1 試驗材料與預處理

采用當季新鮮收割且自然風干的玉米秸稈,可避免試驗原料經歷多樣、復雜的中間處理及儲存過程導致其組成和特性改變,保證樣品一致性和可比性。工業分析依據GB/T 28731—2012《固體生物質燃料工業分析方法》,元素分析依據ASTM E777—17a《垃圾衍生物燃料分析樣品中碳和氫的標準測試方法》和ASTM E870—82(2019)《木材燃料分析的標準測試方法》,分析測定結果見表1。為盡可能保持玉米秸稈原始形態,對玉米秸稈采取如下預處理:用鍘刀對玉米秸稈適當切段,每段玉米秸稈長度為10～15 cm,以便后續放置于試驗箱內開展試驗。切段后的玉米秸稈晾曬2 d后置于陰涼干燥倉庫中備用。

表1 玉米秸稈樣品的工業及元素分析

1.2 120 L自加熱保溫試驗箱

設計并搭建的120 L自加熱保溫試驗箱如圖1所示。為保證較好的保溫效果,保溫箱采用內外雙層結構。內層采用厚60 cm泡沫保溫箱,保溫箱內部尺寸為長53 cm、寬48.5 cm、高47.5 cm,總容積約120 L;外層則在泡沫保溫箱基礎上包裹一層75 mm阻燃橡膠保溫棉,并在保溫箱外側貼一層錫紙。同時,在保溫箱底部高5 cm位置安裝一片亞克力材質開孔篩板,用于滲漏水排出和插入測點定位棒。

圖1 120 L自加熱保溫試驗箱示意Fig.1 Schematic diagram of 120 L self-heating insulation test chamber

保溫試驗箱內部設置9個測溫點,分別在保溫箱水平截面幾何中心位置、幾何中心與其中1條邊中點位置、幾何中心與其中1個角中點位置3處設置定位點A、B、C;并在3處定位點將測點定位棒插入亞克力篩板孔中固定,而后3根測點定位棒分別沿各自高度6、18與30 cm設置3個測溫點。測溫點具體分布方式:A處由下至上,依次為A1、A2、A3;B處由下至上,依次為B1、B2、B3;C處由下至上,依次為C1、C2、C3。同時在自加熱試驗箱四周布置測溫點,用于環境溫度采集。這些測溫點實時監測不同位置樣品的溫度及環境溫度,并通過數據采集器與計算機連接。

1.3 玉米秸稈自加熱特性試驗

玉米秸稈自加熱試驗開始前,首先測試裝置保溫特性。在箱內填入35 cm純凈水,用電加熱棒加熱,同時用絕緣棒將水充分攪拌均勻,直至保溫箱中水整體升溫至60 ℃;然后,從水面垂放下一根熱電偶,保持其測點懸停在水體幾何中心處;最后,蓋上保溫試驗箱的泡沫蓋與保溫棉,并用錫紙膠帶對外部接縫處密封處理。在數據采集端每隔1 min記錄一次內部水溫與外部環境溫度。后續可分析保溫箱在一定內外溫差作用下的散熱量,進而構建保溫箱系統熱平衡方程。

自加熱試驗主要探討玉米秸稈在試驗箱內儲存時,含水量對其內部產熱與微生物代謝生長特性影響。含水量是影響生物質儲存時自加熱過程的重要因素,主要體現在微生物活動[40]、化學氧化反應及其產熱和傳熱過程2方面[39,41]。基于濕基20%～95%含水量設置了6組對比試驗,即含水量分別為20%、35%、50%、65%、80%、95%(基于濕基,原始含水量為7.69%)。由于單次試驗所需玉米秸稈樣品量大,故不適合采用機械霧化加濕后在低溫環境中充分浸潤的方式提高樣品含水量;本文在自制旋轉滾筒中采用霧化加濕(霧化粒徑約5 μm)充分攪拌的方式提高樣品初始含水量。

玉米秸稈在霧化加濕達到目標含水量后,填入保溫試驗箱中。填充高度為35 cm,利用重力進行自然堆積,密度為61.11 kg/m3,與實際電廠燃料儲存時整包秸稈的堆積密度相近。試驗樣品填裝完畢后將氧氣濃度測試儀放置在樣品頂部,而后蓋上保溫試驗箱的泡沫蓋與保溫棉,并用錫紙膠帶對外部接縫處密封。在數據采集端每隔1 min記錄一次內部所有測點溫度、外部環境測點溫度與樣品頂部的氧氣濃度。自加熱試驗箱置于約24 ℃實驗室內。自加熱試驗箱的外觀與布置方式如圖1所示。

2 結果與討論

2.1 試驗裝置保溫特性及系統熱平衡方程構建

60 ℃溫水保溫特性試驗過程中,測點溫度隨時間變化如圖2所示。可知環境溫度為(24±2) ℃,變化幅度相對較小;裝置內部水溫隨時間呈線性下降,且1 d內溫降僅4.4 ℃,裝置保溫效果相對較好。

圖2 保溫試驗過程中內部水溫隨時間變化Fig.2 Water temperature variation respect with time during the insulation experiment

裝置系統熱平衡方程為式(1)。適用于保溫試驗的系統熱平衡及相關公式為式(2)～(5),并依據系統保溫試驗相關數據,得到試驗裝置散熱方程為式(6)。

(1)

(2)

Qout=kAΔT2,

(3)

ΔT2=Tin-Tout,

(4)

(5)

Qout=0.774 51ΔT2,

(6)

式中,QS為系統內部產熱,J/(sm3);Qin為系統吸收外界熱量,J/(sm3);Qout為系統向外界環境散發熱量,J/(sm3);Cp(H2O)為水的比熱容,J/(kgK);m(H2O)為水的質量,kg;T1為箱內測點處水溫,℃;ΔT1/Δt為水溫隨時間變化,℃/s;T2為內部水溫與外部環境溫度差值,℃;Tin為內部水溫,℃;Tout為外界環境溫度,℃;k為總傳熱系數,W/(m2℃);A為傳熱面積,m2;λ1、λ2分別為泡沫箱和保溫棉的導熱系數,W/(m℃);δ1、δ2分別為泡沫箱和保溫棉的壁厚,m;h1、h2分別為箱內水的等效換熱系數和箱外空氣的對流換熱系數,W/(m2℃)。

玉米秸稈自加熱過程系統熱平衡方程為式(7)。由式(7)～(13)可得玉米秸稈自加熱過程中系統內部產熱,即QS-all:

(7)

(8)

Qout=KAΔT3=0.774 51ΔT3,

(9)

(10)

(11)

ΔT3=Taverage-Tout,

(12)

QS-all=QS1+QS2,

(13)

式中,Cp為玉米秸稈比熱容,J/(kgK);m為玉米秸稈質量,kg;Taverage為樣品內部平均溫度,℃;ΔTaverage/Δt為樣品內部平均溫度隨時間變化,℃/s;QS1為玉米秸稈內微生物有氧呼吸產熱,J/(sm3);QS2為微生物無氧呼吸產熱,J/(sm3);Q(H2O)為水分吸附、凝結過程中吸收、釋放熱量總和,J/(sm3);m′(H2O)為玉米秸稈內水分質量,kg;T3為內部平均溫度與外部環境溫度差值,℃;TAi、TBi、TCi分別為試驗裝置內A、B、C組的測點溫度,其中i=1、2、3分別對應測點在6、18、30 cm高度的溫度,℃;QS-all為玉米秸稈內部微生物產熱總和,J/(sm3)。

2.2 玉米秸稈自加熱特性分析

2.2.1 含水量對玉米秸稈自加熱過程中溫度的影響

不同含水量玉米秸稈在試驗箱內儲存時,內部各測點溫度隨時間變化如圖3所示。6組樣品內部溫度變化規律相似,存在誘導期、溫度上升期、溫度下降平穩期3個階段。同時,實驗室環境溫度為(24±2) ℃,變化幅度較小,環境溫度變化對自加熱進程的影響相對較小。

圖3 不同含水量玉米秸稈樣品自加熱過程中內部溫度隨時間變化Fig.3 Temperature variation respect with time of corn straw during self-heating under different water contents

試驗樣品經過短暫誘導期后進入溫度上升期,27 ℃后樣品內部溫度升高速率加快,樣品內部發生明顯的自加熱反應。不同含水量的樣品均在試驗開啟后1.5 d內達到各自對應的峰值溫度,并進入溫度下降階段,樣品內部溫度下降至溫度穩定,最終樣品溫度與室溫保持一定溫差。不同初始含水量的玉米秸稈最終溫度都穩定在(31±2) ℃,與環境溫度之間存在7 ℃左右溫差。

在溫度上升期,不同初始含水量樣品內,樣品中、上層區域溫度較高,樣品下層區域溫度相對較低。其中,樣品下、中、上層區域以底層試驗裝置亞克力篩板作為基準面,按照豎直方向區分,分別為0～120、120～240、240～360 mm。各區溫度差異現象所處位置的樣品含水量、氧濃度和散熱條件綜合作用的結果[15]。隨玉米秸稈初始含水量增加,最高溫區域出現由中層中心區域(20%、35%、50%)向頂層中心區域(65%、80%、95%)轉移。

自加熱熱量積累的初始階段,玉米秸稈內部產熱來源主要為微生物生長代謝,而水分對這一過程至關重要。含水量低于某一臨界含水量時,微生物失活,中層區域保溫性能相較頂層和底層更好,因此低含水量的中層最先出現高溫區;含水量在臨界和適宜微生物生長的最佳含水量時,隨含水量增加,可供微生物利用的水溶性碳水化合物溶出量增加,微生物活性呈線性或指數增加[15,29-31],且保溫箱頂層有一定空腔氧氣供給相較其他區域較多,故高含水量的頂層最先出現高溫區。

表2 初始含水量對玉米秸稈自加熱最大溫度升高值的影響

通過觀察玉米秸稈的自加熱過程發現,樣品內外溫差隨著含水量的增加先增加后減少,在含水量50%時,內外溫差達到最大。低水分環境不利于微生物生長代謝,而高含水量玉米秸稈相較低含水量玉米秸稈,水分吸收了更多熱量。為了更加準確判斷微生物代謝活動強度,進一步從產熱角度進行相關分析。

2.2.2 含水量對玉米秸稈自加熱過程中產熱的影響

依據試驗箱內部系統熱平衡方程及其相關方程,繪制不同含水量時玉米秸稈自加熱過程中內部產熱隨時間變化曲線,如圖4所示。可知6組樣品內部產熱變化規律相似,存在誘導期、產熱上升期、產熱下降平穩期3個階段。

圖4 不同含水量玉米秸稈樣品自加熱過程中內部產熱隨時間變化Fig.4 Heat production variation respect with time of corn straw during self-heating under different water contents

試驗初始階段,由于霧化加濕后樣品溫度略高于環境溫度,存在一定向外釋放熱量階段,該部分熱量不屬于微生物自加熱產熱,同時該過程與誘導期有一定重合。在誘導期后,樣品內部產熱緩慢上升,但由于初始含水量對微生物代謝活動的影響[28],產熱初值存在差異。進入產熱上升期,樣品內部產熱顯著升高,表明樣品內部發生了明顯的自加熱作用。隨含水量增加,玉米秸稈內部微生物活動產熱峰值先升高后降低,并在含水量80%時出現最高產熱峰值157 J/(sm3)。最后,進入產熱下降平穩階段,玉米秸稈內部產熱下降至穩定,不同初始含水量玉米秸稈最終穩定熱值相差不大,各含水量玉米秸稈儲存穩定后產熱基本維持在10～20 J/(sm3)。

微生物生長代謝作用產熱由有氧呼吸產熱和無氧呼吸產熱2部分組成。樣品儲存于試驗箱的開始階段,箱體內部各處有一定氧氣,產熱主要來源為微生物有氧呼吸,隨著試驗箱各處氧氣濃度下降,微生物代謝逐漸轉為無氧呼吸,生物質內部熱源開始降低。玉米秸稈在試驗箱內堆積儲存時,其內部微生物有氧呼吸產熱集中在前期;后期轉而進入無氧呼吸產熱階段,穩定后各含水量生物質的無氧呼吸產熱數值相差不大。有氧呼吸產熱受含水量影響較大,隨含水量增加,有氧呼吸產熱峰值先增加后降低。含水量20%時,樣品內部有氧呼吸產熱峰值最小,為28 J/(sm3);含水量80%時,樣品內部有氧呼吸產熱峰值最大,為157 J/(sm3)。各含水量生物質樣品無氧呼吸產熱基本維持在10～20 J/(sm3)。含水量對微生物呼吸作用產熱的影響顯著,充足的氧氣供給程度能顯著提升生物質自加熱過程的產熱量。

依據圖4繪制玉米秸稈自加熱過程中內部產熱峰值隨含水量變化曲線,如圖5所示。其中,Qmax,S-all為玉米秸稈峰值產熱量,J/(sm3)。樣品含水量低于35%時,峰值產熱量差異較小;樣品含水量在35%～80%時,峰值產熱量與含水量呈線性關系,每增加15%含水量峰值產熱量平均增加33.43 J/(sm3);樣品含水量超過80%時,峰值產熱量開始下降,80%含水量為玉米秸稈峰值產熱量拐點。

圖5 玉米秸稈樣品自加熱過程內部峰值產熱隨含水量變化Fig.5 Internal peak heat production of corn straw varies with water content during self-heating

2.2.3 含水量對玉米秸稈自加熱過程中氧氣消耗速率的影響

一直很好奇雅昌到底有著怎樣的魅力，不僅被視為深圳印刷業的一張名片，更被稱為一家“文化藝術服務機構”，這次走訪或許讓我們初步找到了答案。

玉米秸稈在試驗箱儲存過程中,不同含水量樣品內部氧氣濃度隨時間變化如圖6所示。隨含水量增加,樣品內部氧氣消耗速率先加快后減慢,且在含水量80%時,氧氣消耗速率最快,與產熱分析結果一致。不同含水量玉米秸稈儲存過程中,其內部氧消耗速率隨時間變化如圖7所示,峰值氧氣消耗速率隨含水量增加先升高后降低,并在含水量80%時氧氣消耗速率最高。

圖6 不同含水量玉米秸稈樣品自加熱過程中內部氧氣濃度隨時間變化Fig.6 Oxygen concentration variation respect with time of corn straw during self-heating under different water contents

圖7 不同含水量玉米秸稈樣品自加熱過程中內部氧氣消耗速率隨時間變化Fig.7 Oxygen rate variation respect with time of corn straw during self-heating under different water contents

(14)

(15)

式(14)為微生物有氧呼吸作用總反應式;式(15)表明1 mol葡萄糖完全燃燒釋放的熱量達2 804 kJ。微生物有氧呼吸所產生的能量并非完全以熱能形式散失,部分用于微生物生長。現假設微生物有氧呼吸產生的能量全部以熱能形式散失,并基于氧氣消耗速率隨時間變化曲線,繪制Q′S-all隨時間變化曲線,擬合QS-all隨時間變化曲線,明確玉米秸稈內部微生物有氧呼吸產生的能量以熱能形式散失的比例,具體如圖8所示。其中,Q′S-all為QS-all的理論值。

圖8 不同含水量玉米秸稈樣品自加熱過程中Q′S-all與QS-all隨時間變化Fig.8 Q′S-all and QS-all respect with time of corn straw during self-heating under different water contents

由圖8可以看出,理論和實際產熱曲線一致性比較好,證明微生物通過有氧呼吸產出能量為完全燃燒的部分能量,其余能量用于微生物生長繁殖,或有機物未被完全分解。隨著樣品內部含水量由20%增至95%時,有氧呼吸產生熱量占完全燃燒釋放熱量的比例依次為1/8.2、1/7.7、1/7.2、1/6.7、1/6.3、1/6.5,即微生物有氧呼吸產生的能量以熱能形式散發的比例先增加后降低,并在含水量80%時達到最大比例。

2.3 玉米秸稈內部微生物的代謝活性

水分對微生物有氧呼吸活動至關重要,微生物有氧呼吸是在有機物表面以溶液形式發生,分解易降解的碳水化合物和水溶性營養物質[23,42-44],同時產生CO2和水,并釋放熱量。這一過程中,含水量過低時[30],對微生物活動起抑制作用;含水量過高時,水膜會阻礙氧氣擴散至樣品內部,此外,還存在浸出作用,造成營養物質流失,二者都不利于微生物生長[29-30];處于二者之間時,隨含水量增加,微生物代謝活動加強。

基于此,采用菌體生長比速μ(h-1)表征微生物代謝活動。菌體生長比速是單位質量細胞在單位時間內增加的細胞質量(式(16)),μ越大,生物生長繁殖速度越快,自加熱反應越明顯,定義式為式(17)。假設菌落數與單位時間內氧氣消耗速率呈正比,即式(18),k′為比例系數。倍增時間為式(19),并依據菌落數與倍增時間存在關系式為式(20)。玉米秸稈在試驗箱內儲存時,其內部微生物生長比速隨時間、氧氣濃度變化如圖9所示。

圖9 不同含水量玉米秸稈樣品自加熱過程中內部微生物平均生長比速隨時間、氧氣濃度變化Fig.9 Average growth rate of microorganisms respect with time and oxygen concentration of corn straw during self-heating under different water contents

圖10 不同含水量玉米秸稈樣品堆積儲存7 d結果Fig.10 Results of corn straw samples stored for seven days under different water contents

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

式中,X為菌落數,g/L;Xi為ti時刻的菌落數,g/L;dx/dt為單位時間內所增加的細胞質量,g/(Lh);TD為倍增時間,即細胞質量增加1倍所需要的時間,h。

由圖9可知,玉米秸稈在試驗箱儲存過程中,隨時間推進,氧氣濃度逐漸降低,內部微生物生長比速下降。由圖9(a)可知,試驗持續8 h左右時變為負值,微生物群落數量開始減少。由圖9(b)可知,小麥秸稈中微生物群落數量在氧氣體積分數降至7%～10%時停止生長。樣品初始含水量增加可提高微生物生長比速,但氧濃度降至一定程度時,微生物生長受到抑制,且前期微生物生長越快,缺氧后樣品比生長速率越低。推測出現這種現象的原因是大量微生物厭氧呼吸產生的有害物質抑制了微生物進一步生長。試驗箱內不同含水量的玉米秸稈堆積儲存7 d后的結果,可知其表面由菌絲覆蓋;含水量80%時菌絲生長最充分。圖9、10分析結果與產熱分析結果一致,從菌落角度證明水分對微生物活動的影響。

在儲存過程中,隨氧氣消耗,菌落平均生長速度降低,氧氣消耗完全時,有氧呼吸菌落的平均生長周期結束。含水量低于臨界含水量時[30],導致大量微生物失活,菌落平均生長速度較慢,生長周期遠高于高含水量的菌落;含水量在臨界含水量和適宜微生物生長的最佳含水量之間時,隨含水量增加,可供微生物利用的水溶性碳水化合物溶出量增加,微生物活動呈指數增加,菌落平均生長速度加快,周期縮短[29-30];含水量高于最佳含水量時,由于水膜阻礙氧氣擴散至樣品內部,以及水的浸出作用抑制微生物活動[29-30]。

3 結 論

1)通過保溫試驗定量分析了該裝置的保溫特性,確定系統散熱方程,并構建了試驗箱系統熱平衡方程。

2)玉米秸稈通過自加熱能達到的最高溫度和峰值產熱均隨其含水量增加先升高后降低,含水量50%時樣品內部達最高溫度41.1 ℃,含水量80%時樣品內部最高峰值產熱為157 J/(sm3)。

3)玉米秸稈峰值產熱量受含水量影響,含水量低于35%時,峰值產熱量差異較小;含水量在35%～80%,峰值產熱量與含水量呈線性關系,每增加15%含水量,峰值產熱量平均增加33.43 J/(sm3);含水量超過80%時,峰值產熱量下降。

4)玉米秸稈內部微生物比生長速率與氧氣消耗速率存在正比例關系,二者隨含水量增加均先升高后降低,含水量80%時氧氣消耗速率達到最高值0.056%/min,此時微生物代謝活性最強。