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摘要：针对中国生物质固体成型燃料燃烧过程中颗粒物排放粒径分布不清、燃烧功率和空气量对颗粒物分布影响不明等问题，该文在生物质燃烧试验平台上，采用低压电子冲击仪（ELPI）设备，对玉米秸秆、棉杆、木质等三种固体生物质成型燃料开展了燃烧颗粒排放研究，重点研究了三种生物质成型燃料在不同功率下和不同进气量下的颗粒物的数量浓度分布和质量浓度分布。试验结果表明，三种燃料的颗粒物的数量浓度峰值主要集中在5、6、7三级，占颗粒物总数量的70%以上；颗粒物质量峰值在7级和12级，占颗粒物总质量的50%以上。随着功率增加，颗粒物排放量先减小后增大，在14KW时颗粒物排放最少。随着进气量的增加，颗粒物总量减少。
0引言
我国具有丰富的农作物秸秆，每年可收集秸秆总量达6.87亿吨，约2.15亿吨秸秆被焚，其焚烧所释放的颗粒物造成了严重空气污染[1-2]。空气中的颗粒物微粒主要以核模态、积聚模态和粗粒子模态三种模态存在，其空气动力学直径在0.01~10μm之间[3-5]。据统计，我国大气颗粒物污染主要源于煤炭和农作物燃烧、扬尘、车辆排放等，其中煤炭和农作物燃烧约占总颗粒物的30%[6-7]。
生物质固体成型燃料是通过专门设备将秸秆、稻壳、木屑等农业废弃物压缩成特定形状来增加其密度的固体燃料，具有高效、洁净、点火容易、CO2零排放等优点，可替代煤炭等化石燃料应用于炊事、供暖等民用领域和锅炉燃烧、发电等工业领域[8-9]。
对于固体生物质燃料燃烧后的颗粒物排放问题，国内外都做了一些研究，国外主要集中在木质成型燃料方面，研究了木质成型燃料的颗粒物分布状况，国内主要集中在生物质原始状态下燃烧后颗粒物排放总量方面，主要研究了水稻、小麦、玉米秸秆等生物质直接燃烧生成颗粒物状况[10-13]，但对生物质固体成型燃料燃烧过程中的颗粒物质量和数量的浓度分布等尚未研究。跟欧美的木质生物质成型燃料相比，中国的生物质成型燃料主要以玉米秸秆、棉杆、水稻、小麦等农作物生产剩余物为主，在工业成分、燃烧特性、污染排放的方面都和木质颗粒燃料有一定差异[14-16]。
因此，本文采用低压电子冲击仪（ELPI），在农业部规划设计研究院搭建的生物质固体成型燃料燃烧平台上，对玉米秸秆、棉杆、木质三种生物质固体成型燃料开展燃烧试验，对三种燃料燃烧后的颗粒物排放的数量浓度和质量浓度开展研究。
1试验燃料和方法
1.1试验燃料
中国的生物质颗粒燃料主要以农作物秸秆为主，选择目前市场上常见的玉米秸秆、棉秆、木质三种颗粒成型燃料作为对比分析，所用玉米秸秆和棉杆生物质颗粒燃料于2012年12月在北京大兴礼贤生物质颗粒燃料公司生产，由农业部规划设计研究院研制的485型生物质颗粒燃料成型机压制而成，颗粒燃料均压缩加工为圆柱型，直径8mm，长度10~30mm，三种生物质颗粒燃料的工业分析、元素分析、热值如表1。
1.2仪器与设备
1）生物质固体成型燃料燃烧试验平台
生物质成型燃料燃烧试验平台以生物质燃烧器和生物质锅炉为核心，包括料仓，进料装置，风机，控制箱，电脑记录软件等为一体的科研平台。其中，进料的速度以及燃烧时配风量的大小均可调可控，在燃烧运行时，实现自动点火，自动配风，自动进料，自动清渣。实验装置示如图1。
燃烧器采用由农业部规划设计研究院研发的生物质自动高效燃烧器[17]，最大功率为20KW的上进料式燃烧器（PB-20）。
2）低压电子冲击仪
本试验的测量仪器为低压电子冲击仪（ELPI），是芬兰坦佩雷大学开发的用于实时测量气溶胶粒径分布的仪器。其主要部件有低压级联撞击器、电晕放电器和多通道静电计等。ELPI把颗粒物分成12级，从0.003～10μm，如表2，能够对每级的颗粒数目和质量进行瞬态记录[18]。
1.3试验参数和方法
1.3.1试验参数
试验所测的参数为颗粒物排放的数量浓度和质量浓度。除了总颗粒数量浓度和质量浓度外，主要测不同粒径（12个级别）颗粒物的数量浓度和质量浓度。数量浓度是指在每平方厘米内含颗粒物个数。质量浓度是指在每平方米内含颗粒物质量。所测数据能准确地反映所排放颗粒物中所包含的不同粒径级别下的数量和质量。
