【摘要】：隨著市場經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和城市的不斷擴大，大片森林被砍伐用于個人家裝和經(jīng)濟建設，林木資源正面臨采伐殆盡的危險，該現(xiàn)狀為我國秸稈建材工業(yè)的發(fā)展提供廣闊的前景；此外，秸稈建材以異氰酸酯為膠粘劑，固化后不產(chǎn)生游離甲醛，是很好的綠色環(huán)保材料，符合當前政府和民眾對綠色產(chǎn)品的需求，成為家具和建筑行業(yè)的良好原料，因此，秸稈建材工業(yè)將成為我國農(nóng)作物秸稈綜合利用的主要發(fā)展方向之一。 本文以秸稈瓦、秸稈板材作為研究對象，利用熱重試驗臺、管式爐煙氣試驗臺、生命周期評價方法（LCA），對秸稈建材燃燒時的失重特性、動力學參數(shù)、排放情況及其生產(chǎn)各階段的環(huán)境影響進行了較為全面的研究，并將秸稈建材的燃燒特性和環(huán)境影響評價與秸稈、一般建材作對比，為秸稈建材的綜合評價及秸稈建材工業(yè)的環(huán)保健康發(fā)展提供參考。 利用熱重法對水稻秸稈、秸稈瓦和秸稈板在30℃/min加熱速率，兩種氧氣濃度下的燃燒特性進行了研究。氧氣濃度對水稻秸稈、秸稈瓦和秸稈板的著火溫度的影響較不明顯，但會對樣品殘余重量有較大的影響，氧氣濃度的提高有助于燃燒更完全。樣品最大燃燒速率對應的溫度從高到低的排序為：秸稈板＞秸稈瓦＞水稻秸稈，樣品最大燃燒速率從高到低的排序都為：水稻秸稈＞秸稈瓦＞秸稈板。兩種秸稈建材都比水稻秸稈更難燃燒。秸稈板的著火溫度比水稻秸稈、秸稈瓦和未經(jīng)阻燃處理的木材的著火溫度要高，更難著火。秸稈板的著火時間超過10min，且同在20vol%氧氣濃度氣氛下，秸稈板的著火時間比相同條件下秸稈原料的著火時間遲約3min左右，根據(jù)火災發(fā)生最初的5到10分鐘的最佳時間判斷，秸稈板具有較好的防火性能。 利用熱重法對秸稈瓦、三夾板、石棉吸聲板、普通石膏板、礦棉天花板和PVC板在純氮氣和空氣氣氛中以10℃/min、20℃/min和30℃/min為加熱速率進行熱解、燃燒失重特性研究。在升溫速率為20℃/min空氣中燃燒時，秸稈瓦的失重曲線與PVC板最為相似。最大失重速率從大到小依次為：三夾板＞秸稈瓦＞PVC板＞普通石膏板＞礦棉天花板＞石棉吸聲板；最大失重速率對應溫度從大到小依次為：石棉吸聲板＞三夾板＞秸稈瓦＞PVC板＞礦棉天花板＞普通石膏板；固體殘留量從大到小依次為：石棉吸聲板＞普通石膏板＞礦棉天花板＞PVC板＞秸稈瓦＞三夾板。綜合燃燒特性指數(shù)值從大到小依次為：三夾板＞秸稈瓦＞PVC板＞普通石膏板＞礦棉天花板＞石棉吸聲板。秸稈瓦的綜合燃燒特性指數(shù)值與PVC板和普通石膏板處于同一數(shù)量級，而與三夾板、礦棉天花板和石棉吸聲板相差較大。對三夾板、普通石膏板、PVC板和秸稈瓦來說，升溫速率的增加會明顯導致TG曲線有向右（高溫方向）移動，最大失重速率也有所增加，并且升溫速率對著火時間和綜合燃燒特性指數(shù)的影響較大。當升溫速率為10℃/min和20℃/min，，秸稈瓦在10分鐘前不會著火。 結合失重規(guī)律，利用一級分階段反應模型對秸稈瓦和五種一般建材的動力學參數(shù)進行了計算。在20℃/min升溫速率的空氣氣氛下燃燒時，活化能從大到小依次為：石棉吸聲板＞普通石膏板＞礦棉天花板＞三夾板。而秸稈瓦和PVC板的三個反應過程的活化能相差較大，第二個反應過程的活化能最小。秸稈瓦的前兩個反應過程的動力學參數(shù)比PVC板小，第三個反應過程的動力學參數(shù)比PVC板略大。氧氣濃度的提高，使秸稈瓦的每一個反應活化能略微變小，說明氧氣濃度的提高對反應的進行有一定促進作用。 在管式爐-煙氣分析實驗臺上對水稻秸稈和秸稈瓦在三種氧氣濃度、五種溫度下的氣體污染物排放進行了研究。溫度對秸稈和秸稈瓦的CO_2的排放濃度峰值的影響較小，CO_2的排放濃度峰值會隨著燃燒氣氛中的氧氣濃度下降而略有上升。CO、NO_x和SO_2排放物濃度的峰值隨溫度的變化規(guī)律與氣氛中氧氣濃度、物料、排放物種類有關。只有在高溫段，水稻秸稈和秸稈瓦CO的排放濃度峰值才會隨氧氣濃度的降低而上升，燃燒惡化。同一溫度下，秸稈和秸稈瓦NO_x的排放濃度峰值隨氧氣濃度的下降而下降。低溫段秸稈和秸稈瓦SO_2的排放濃度峰值在空氣氣氛下最大，而高溫段秸稈和秸稈瓦SO_2的排放濃度峰值在極度缺氧氣氛下最大。在同一燃燒氣氛下，秸稈瓦粉末的CO_2排放濃度比水稻秸稈粉末略小，NO_x排放濃度比水稻秸稈要小，但CO和SO_2排放濃度比秸稈瓦要高。 利用LCA手段對某年產(chǎn)5萬m~3秸稈人造板的生產(chǎn)項目進行定性、定量的評價分析，得如下結論：秸稈人造板項目每生產(chǎn)1m~3的秸稈人造板需消耗212.58kg標煤和0.16kg油，總資源耗竭系數(shù)2.18mPR90，總能耗為6228.56MJ，總環(huán)境影響潛值為15.03PET2010，此項目整個生命周期中主要消費的能源是煤炭，對酸化的不利影響最大，對粉塵和富營養(yǎng)的不利影響次之，對光化學臭氧合成的影響幾乎可忽略，而對全球變暖的影響是有益的。
【圖文】：

稻秸稈取自中國江蘇省徐州市的農(nóng)村。秸稈的工業(yè)分析和元源研究所和華南理工大學電力學院的實驗室共同完成。實驗素分析見表 2-1。表 2-1 水稻秸稈樣品的工業(yè)分析與元素分析Table 2-1 Proximate and element analysis of rice straw工業(yè)分析 /% 元素分析 /%MadAadVadFCadHadCadOad13.40 13.13 67.21 6.26 5.05 38.32 55.74 示，水稻秸稈的揮發(fā)份含量高達 67.21%，高揮發(fā)分含量有利定碳含量很小，僅為 6.26%。揮發(fā)分與固定碳含量的顯著差遠大于固定碳燃燒放熱量；秸稈硫元素的含量只有 0.11%，由此可見，秸稈燃燒生成硫化物對環(huán)境的污染遠低于煤。

第二章 秸稈及秸稈阻燃建材的燃燒特性研究alance system； 2-Thermostatic control； 3-Radiation shield； 4-Sample carrier； ent； 6-Protective tube； 7-gas outlet； 8-Purge gas inlet； 9-Evacuating system； 10 inlet器的主要技術指標為：1）最大載荷：0 g～18g；2）分辨率：2ug （up to 0.00001%）；3）溫度范圍：25℃～1550℃；4）升溫速率：0℃/min～50 ℃/min；5）溫控方式：升溫、降溫、恒溫等；6）控制方式：STA409PC 基本軟件包；7）輸出方式：配微機系統(tǒng)和打印機；8）爐子能源供應：2.0 KVA；9）電源：230V/50/60 H；10）測定氣氛：惰性、還原、氧化、部分腐蝕性氣體（不易燃、無毒）；
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU531

【參考文獻】

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本文編號：2565562