棉秆燃烧过程中的颗粒物排放特性

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1、第33卷第19期农业工程学报Vol.33No.192017年10月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringOct.2017223棉秆燃烧过程中的颗粒物排放特性11,2※11,21成伟，陈汉平，杨海平，邵敬爱，杨伟，32朱有健，李佳硕（1.华中科技大学能源与动力工程学院，煤燃烧国家重点实验室，武汉430074；2.华中科技大学能源与动力工程学院，新能源科学与工程系，武汉430074；3.郑州轻工业大学能源与动力工程学院，郑州450002）摘要：该文利用滴管炉结合D

2、EKATI低压撞击采样器，研究燃烧温度和原料粒径对棉秆燃烧过程中颗粒物排放特性的影响，并结合扫描电镜和X射线光谱分析仪探讨了颗粒物的微观结构和元素组成。结果表明PM1排放量随燃烧温度升高3333而显著降低，从68.90mg/m降低至14.02mg/m；颗粒物总排放量从75.41mg/m降低至16.30mg/m；颗粒物分布峰值33从0.609μm附近移至0.261μm附近；原料粒径减小使得PM1排放量下降，从39.84mg/m降低23.06mg/m，而PM1-1033排放量增加，从5.18mg/m增至8.38mg/m。分析表明细颗粒物

3、（0.028～0.261μm）主要由K、Cl及少量S元素组成，形成途径主要为碱金属化合物如KCl、KOH及K2SO4等的蒸发-凝集作用，并呈现较规则的微观结构，存在形式主要为KCl；粗颗粒物（1.590～9.860μm）主要由Ca、Mg及少量Si、P组成，主要通过大颗粒的破碎或富Ca、Mg和Si颗粒物的异质凝结转化形成，多呈较规则的球形结构；中间段颗粒物（0.261～1.590μm）属于过渡段，介于细颗粒物和粗颗粒物之间，微观结构较为复杂。关键词：秸秆；燃烧；颗粒物；粒径分布；微观结构doi：10.11975/j.issn.1002

4、-6819.2017.19.029中图分类号：TK6文献标志码：A文章编号：1002-6819(2017)-19-0223-06成伟，陈汉平，杨海平，邵敬爱，杨伟，朱有健，李佳硕.棉秆燃烧过程中的颗粒物排放特性[J].农业工程学报，2017，33(19)：223－228.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.19.029http://www.tcsae.orgChengWei,ChenHanping,YangHaiping,ShaoJingai,YangWei,ZhuYoujian,LiJiashuo

5、.Emissioncharacteristicsofparticulatematterduringcombustionofcottonstalk[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2017,33(19):223－228.(inChinesewithEnglishabstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.19.029http://www.tcsae.org比

6、例的增加对PM10排放影响很大，且温度越高，影响越0引言[12]明显。另有研究表明煤燃烧产生的PM1和PM1～10的化生物质是一种可再生能源，具有环境友好、二氧化学成分不同：PM1中主要由Na、K的硫酸盐组成，而在[1]PM中则主要为硅酸盐和硅铝酸盐，Ca和Fe在PM1碳“零排放”等优点，受到国内外学者的广泛关注。基1～10[13]于这些优点，生物质逐渐成为化石燃料的替代能源，被和PM1～10中的含量基本相等，通常呈现双峰分布。[2]生物质燃烧特性和元素组成与煤显著不同，故PM排人们称为仅次于煤炭、石油、天然气的“第四大能源”。在燃

7、烧过程中，生物质中有机组分与氧气燃烧产生CO2、放特性也有较大差异。研究表明，与煤燃烧相比，生物[3]质燃烧状况良好，炭黑及有机物颗粒的生成量很少，颗H2O和少量碳氢化合物并释放热量。同时，部分挥发性无机物如KOH、KCl等释放到气相，经历复杂的物理化学粒物主要是碱金属和碱土金属化合物通过均质/异质凝结[4]产生[14]。Garcia-Maraver等[15]发现橄榄成型颗粒燃烧时排反应生成颗粒物（particulatematter）。这些颗粒物造成环[5]3境污染并严重威胁人类健康，因此相关研究受到高度关注。放颗粒物以PM2.5为

8、主，排放量为100～600mg/m，分析[6-9]早期关于颗粒物排放的研究主要集中在煤炭燃烧。表明其主要通过碱蒸气的均相成核形成超细颗粒。Sippula[16]煤中含有大量的Si、Al、Fe、Ca等无机矿物质，主要通过等发现芬兰木材燃