锥形量热仪法生物质燃烧颗粒物排放特性的研究

Biomass burning is an important source of particulate pollutants in the atmosphere, which leads to haze. So it is the key to control the particulate pollution to learn and master the emission characteristics of biomass burning. However, the mechanism is still unclear due to the variety of combustion apparatus. In the proposal, the particulate emissions of straw, wood and panel is investigated based on the cone calorimeter (CONE), by which the controlled combustion can be realized. The concentrations of PM10, PM2.5, and PM1 in the combustion process are measured by a laser dust monitor. The yields, morphology, and chemical composition of particles are characterized by microtechnique, elemental analysis, GC-MS and so on. The influence of the biomass types, burning temperature, and burning stage on the emissions of the biomass combustion is studied. The emission laws of the biomass combustion are revealed. The formation mechanism of particles is explored. The evaluation method of the particle emission of the biomass combustion based on CONE is established. This offers the theoretical grounds and scientific basis for the atmospheric pollution control and the technology of cleaner and more efficient biomass energy.

大气颗粒物是霾污染的主要诱因，生物质燃烧是大气颗粒物的重要来源之一。了解掌握生物质燃烧颗粒物排放的一般规律和形成机理是颗粒物污染治理的关键。本项目针对现有研究中由于燃烧设备不规范所带来的燃烧条件对颗粒物排放特性的影响及机制还无定论，致使生物质燃烧颗粒物排放的一般规律及形成机理仍不统一明晰的问题，拟基于锥形量热仪（CONE）这种适应性更强且可控燃烧的燃烧装置，开展对秸秆、木材和人造板等燃烧颗粒物排放特性的研究。通过粉尘仪检测燃烧过程中PM10、PM2.5和PM1的浓度，通过显微成像、气质联用等技术对颗粒物的产率、物理形态和化学组成等排放特性进行表征，考察生物质类型、燃烧温度和燃烧阶段对生物质颗粒物排放特性的影响，揭示生物质燃烧颗粒物排放的一般规律，探讨生物质燃烧颗粒物的形成机理，建立基于CONE的颗粒物排放评价方法。为大气颗粒物污染治理和更清洁高效的利用生物质能源技术提供理论基础和科学依据。

大气颗粒物是霾污染的主要诱因，生物质燃烧是大气颗粒物的重要来源之一。了解掌握生物质燃烧颗粒物排放的一般规律和形成机理是颗粒物污染治理的关键。本项目基于锥形量热仪（CONE）这种适应性更强且可控燃烧的燃烧装置，开展对秸秆、木材和阻燃人造板等燃烧性能和颗粒物排放特性的研究。（1）构建了基于CONE 构建生物质燃烧颗粒物排放评价方法。基于CONE-粉尘仪联用的测试平台，结合颗粒物物理化学结构表征手段建立了基于锥形量热仪的颗粒物排放评价方法；（2）探明了生物质组成对颗粒物排放特性的影响。以稻草、麦秸、玉米秸等三种生物质秸秆为研究对象，考察其化学组成、热力学性能和热分解产物。玉米秸秆C、H、O含量要高于两种生物质燃料，含碳量高，500度时秸秆残余质量分数为稻草18.50%、小麦秸秆16.58 % 、玉米秸秆6.45%。在燃烧过程中PM2.5的质量浓度变化趋势与质量损失速率的变一致。玉米秸秆燃烧过程中气态产物占有的比重更高，颗粒相产物相对于小麦秸秆较低。表征了生物质燃烧颗粒物的形态和化学组成。稻草的主要颗粒物规则球状，多聚集在一起形成烟尘集合体。EDS元素分析其主要组成元素为C、O、Si、Fe，说明颗粒物主要由有机物碳构成。麦秸部分颗粒物表面粗糙是由于表面吸附了超细颗粒物或二次颗粒物，主要组成元素为C、O、Si，还含有少量的P、Ca、Al、Mg，属于硅铝飞灰颗粒。玉米秸秆的颗粒物中检测出硫酸盐。（3）考察了生物质燃烧状态对颗粒物排放特性的影响。基于TG-FTIR考察了不同燃烧状态下，生物质的热解和燃烧性能。产生的气态产物主要为CO、CO2、CH4、羰基化合物（酮类、醛类、酸类）、烷烃、醇类化合物。阴燃阶段颗粒物产率最高。基于阻燃处理，实现燃烧的不同状态，并考察了人造板的燃烧性能。本项目的完成，为大气颗粒物污染治理和更清洁高效的利用生物质能源技术提供了理论基础和科学依据。.