秸秆资源利用LCA及其燃烧特性分析

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中国是一个农业大国,农村有着大量的富余秸杆资源,长期以来均得不到合理利用。统计数据表明,这些秸秆资源如果能利用起来,可以为国家每年节省数以亿t的标准煤消耗量。合理利用秸秆资源,即可以消除污染,又可以获得能源产品,也可以达到C02减排的效果,应当得到大力发展。   一方面,本文依据生命周期评价( Life Cycle Assessment,LCA)的技术框架和原则,对秸秆直燃发电从秸秆种植、运输、干燥粉碎、燃烧发电等过程进行了LCA研究,获得了该产品系统的两项重要评价指标,即资源耗竭系数和环境影响负荷。以水稻秸秆为例,研究结果表明,100kg水稻秸秆直燃发电生命周期环境影响负荷(EnvironmentalImpact Loading,EIL)为270.48mPEr2000,资源耗竭系数(Resource Depletion Index,RDI)为0.07mPR2000,客观地反映了秸秆直燃发电的环境性能;从环境的角度看,秸杆直燃发电的环境影响负荷主要来源于烟尘和灰尘,占总量的70,66%,其余的环境影响有全球变暖效应、固体废弃物、酸化,富营养化,光化学臭氧合成效应,其所占的比例都比较小;从资源保护与节约来看,秸杆直燃发电的资源耗竭主要来源于粉碎、干燥生产过程中消耗的煤,煤的消耗对秸杆直燃发电的资源耗竭贡献达97.18%,接下来是油耗,占2.82%。从生命周期各过程来看,燃烧发电过程是秸杆直燃发电生命周期中最为重要的环境影响阶段,占总环境影响的89.75%。   另一方面,本文通过热重分析法,分析了秸秆及秸秆建材在不同氧气浓度下的燃烧特性,得到了着火温度,最大失重速率,最大失重速率所对应的温度等随氧气浓度变化的关系。建立了非线性动力学模型并求得了燃烧反应的动力学参数,并分析了氧气浓度对秸秆和秸秆建材燃烧反应的影响。研究结果表明,在升温速率为30K/min时,氧气浓度对秸秆建材和秸秆燃烧的影响并不占据主要影响因素。秸秆建材的着火温度比秸秆和未经阻燃处理的木材的着火温度要高,更难着火。秸秆建材的热解性能较水稻秸大大降低,具有很好的防火性能。
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