0、引 言（yán） 全世界大約一半的人口燃用固體顆粒燃料做（zuò）飯、燒水和取暖（nuǎn）。固體燃料包括（kuò）木材、農作物秸杆、木炭、動物糞便和各種廢棄物等。世（shì）界衛生組織估計，每年大約（yuē）有150萬人死於固體燃料（liào）燃（rán）燒引起的空氣汙染。生物質燃料是一種清潔可再生燃料（liào），但是需要用專門設（shè）計的燃燒爐具（jù）才能使其高效、清潔（jié）地燃燒（shāo）。 國內外專家學者設計了多種生物質爐並對其汙染物排放規（guī）律（lǜ）開展了大量的工作，積累了（le）一些重要的（de）研究方法和數據，但是，其結論幾（jǐ）乎（hū）都是基於生物質爐的穩定燃燒狀況。然而，對於體積較大的燃燒設備，它們的啟停時間較長，以本次試驗的生物質（zhì）成型（xíng）燃料爐為例，該爐點火所需時間約27min，熄火所需時間（jiān）為15min。考慮到大部分家庭的作息時間，一天內該取暖爐工作時間約為4h，點火和熄火（huǒ）時間占整個工作時間（jiān）的（de）17. 5%。而且，點火和熄（xī）火過程為非穩態過程，期間，燃料進行不完全燃（rán）燒，汙（wū）染物排放（fàng）規律與穩態時不同。 為了得到該生物質（zhì）成型燃料爐（lú）點火和熄火過程汙染物排放規律（lǜ），更全麵的分析其（qí）性能，本文分析（xī）了點火和熄火過程中汙染物(CO．NOx)排（pái）放量隨排煙溫度的變化關係，並通過比較冷爐點火過程和（hé）熱爐點火過程汙染物排放規律的（de）不同，提出了降低本爐點火過程汙染（rǎn）物排放量的方法，而且，還采用回歸分析的方法總結了冷爐點火（huǒ）過程（chéng）中CO、NO.和排煙（yān）溫度之間的規律，指出了降低汙染物排放的新方向，麻豆影视传媒文化新能源生產銷售木（mù）屑顆（kē）粒機、秸稈壓塊機等生物質燃（rán）料成型機械設備。 1、生物質成型燃料爐工作原理 試驗用生物質（zhì）成（chéng）型燃料爐額定（dìng）功率為10kW，主要由爐膛、爐排（pái）、輻射及對流傳熱麵、點火棒、引風機、貫流風機、料鬥、螺旋給（gěi）料器等組成，其結構如圖1所示。生物質成型燃料爐工作過程；啟動生物質成型燃料（liào）爐的開關（guān），點火棒開始（shǐ）工作，與此同時，螺旋給料器將料鬥內的生物質（zhì）顆粒輸送到燃燒室中的爐排上，經過一小段時間，顆粒（lì）開始著火並在爐排上燃燒。室外的助燃空氣從燃燒室（shì）後牆的（de）孔洞引入。產生的高溫煙氣通過換熱（rè）器加熱由貫流機引（yǐn）入的室內冷空氣，最後由引風機經過排煙管道排到室外（wài）。產生（shēng）的（de）熱空氣從爐體的上部排出。當（dāng）爐膛溫（wēn）度上（shàng）升到一定值時，貫流風機功率自動加大。需要停爐時，按下停爐按鈕（niǔ），引風機會隨之抽吸室外冷空（kōng）氣冷爐。 2、試驗儀器和方法 2.1 試驗方法 在本次試驗中，點（diǎn）火過程定義為從燃燒室爐排上剛出現小火焰到排煙溫度達到穩態所對應的值時的過程，點火采用冷爐點火和熱爐點火兩種方式，冷爐點火是指在環境溫度下（xià）直接點火的方式，熱爐點火是指等爐子鼓風冷（lěng）卻結束後再立即點火的方式。熄（xī）火過程定義為，按下停（tíng）爐按鈕後，爐子自動鼓風冷爐過程。根據用木塊點燃的住宅空間加熱設備要求和試驗方法(EN 14785-2006),在環境溫度為9下（xià），對該取暖爐點火和熄火過程煙氣（qì）中汙染物(CO、NOx)的排放量和排煙溫度進行檢測。為了避開渦流區，煙氣采（cǎi）樣孔取在距法蘭下遊方向6倍管徑處，如圖1中所示。排煙溫度測點取在距法蘭下遊20mm處，熱電阻垂直伸至管中心線處，如圖1中所示。為了保（bǎo）證數據的可靠性，每個排煙溫度所對應的汙染物（wù）排放量（liàng），連續讀取兩次，再取其平均值。 2.2成型燃料的理化特性 試驗中分別燃用（yòng）玉（yù）米秸稈和木質兩種成型燃料，粒徑分別為8.5和6.5 mm，長度約為20 mm。試驗前利用GR-3500型氧彈式（shì）熱量計（jì）、5E-MAG6600型工業分析儀和Vario EL III型元素分析儀分別對兩種燃料的低位發熱量、工業分析和元素分析值進行了（le）測量，結果見表1。 3、結果與分析 采用熱爐點火（huǒ）的方式，初始（shǐ）爐膛（táng）溫度比環境溫度高30左右，而且爐體的散熱量也（yě）不同。由於汙染物的排放量與爐膛溫度、過剩空氣係（xì）數有關，因（yīn）此（cǐ），本文通過（guò）對熱爐點火過程和冷爐點火過程汙染物排放（fàng）的（de）比較，以尋找降低汙染物排放量的方法。 3.1 冷爐點火過程（chéng） 3.1.1 冷爐點火過程NOx；的排放規律（lǜ） 整個點火過程中，燃用（yòng）秸（jiē）稈成型燃料（liào）時，煙氣中的NO；含有NO和NOx（質量分數：2.6%～6.9%)，燃用木質成型燃料時（shí），煙氣中的NOx隻有NO。標準大氣壓下（xià）兩（liǎng）種成型燃料NOOOO的（de）排放量(mg／ma)隨排煙溫度()的變化情況如圖2所示。 圖2表明：冷爐點火過程中，兩（liǎng）種成型燃料（liào）NO的排放呈相同規律。隨著排煙溫度的升高，NO的質量濃度（dù）呈增大趨勢，且達（dá）到一定值時，NO的（de）排放量（liàng）趨（qū）於穩定。這（zhè）兩（liǎng）種燃料趨（qū）於穩（wěn）定時達到的排煙溫度和NO的排放量不同。在排（pái）煙溫度上升到某（mǒu）一值（秸（jiē）稈：39，木質：45）之前，爐排上火焰很小，NO的質量濃度緩慢上升，主要是因（yīn）為隨著爐膛溫度的升高（gāo），燃料的揮發份析（xī）出不（bú）斷（duàn）加快，釋放出的揮發分中含有（yǒu）NO的緣故。這段過程（chéng），生成的NO，絕（jué）大部分是析出的揮發（fā）份NOx。之後，隨著爐膛溫度的進一步升高，靠火焰前（qián）沿的（de）傳播，使其（qí）餘部分燃料達到著火燃燒，促使釋放（fàng）出的NH3、HCN與充足的氧氣反應，生成（chéng）燃料型NOx，加速了NO。的生成，因（yīn）此（cǐ），從圖Z可以看出，NOx的生成速度明顯加快。這（zhè）段過程生成的NOx大部分是燃料型（xíng）NOx。燃用玉米秸稈NO；生成速度開始加快對應（yīng）的排煙溫度比燃用木質的要低。整個點火過程中，燃用木質成型燃料，NOx的最高排放量為70.1mg/m3，平均排放量為33.1mg/m3；燃用秸稈成型燃料，NO，的最高（gāo）排放量為126 mg／m3，平均排放量為70.4mg/m3。燃用秸稈成型燃料NOx的排放量是燃用木質燃料的2倍，主要是因為木質燃料的（de）含氮（dàn）量高於秸稈燃料。而且，兩種燃料穩定燃燒時N0。的排放量高於點火過程（chéng）的（de）排放量。 3.1.2 冷爐點火過程CO的（de）排放規律 生物質顆粒燃料的燃燒（shāo）過程分為脫水、揮發分析出、揮發分燃燒、焦炭（tàn）燃（rán）燒和燃燼階段，各個階段對應的溫度範圍不同。其中，co的生成主要是（shì）在第三、四階段。冷爐點（diǎn）火過（guò）程兩種成（chéng）型燃料CO的排放量（liàng）隨排煙溫度的變（biàn）化趨勢如圖3所示。 冷爐點火過程中，兩種（zhǒng）成型（xíng）燃（rán）料CO的（de）排放呈相似（sì）規律（lǜ），整個過程中co的排放量出現（xiàn）了兩個峰值（zhí）。當爐膛溫度達到一定值時，爐排上的料逐漸達到著火燃燒，這時由於爐膛溫度較低，燃料進行不完（wán）全燃燒，促進了CO的生成，而且，爐排上料層較薄，通風條件好，煙氣停留時（shí）間短，生成的CO來不及被氧化就離開爐膛，因此，煙氣中（zhōng）CO的質量濃度逐漸增大。與木質顆粒相比，玉米秸稈具有較低的活化能，揮發分析出（chū）速率快，易達（dá）到著（zhe）火濃度（dù）而點燃，著火溫度低，因此，燃用（yòng）玉米秸稈CO質量濃度達到第一個峰值對應的（de）排煙溫度(30)比燃用木質顆粒的(34)要低。隨後，爐膛溫度（dù）逐漸升高，有利於CO的氧化反應，CO的質量濃（nóng）度隨排煙溫度的升高而（ér）降低。當爐膛溫度上升到一定值時，貫流風機功率（lǜ）增大，強化了換熱，這時，爐排上的火焰極不穩定，CO的質量濃度隨排煙溫度近似呈直線關係增大（dà），並達到第二個峰值（zhí）。 由於爐膛溫度的（de）進一步升高，有利於CO的氧化反應，而且，料層的厚（hòu）度增厚，通風阻力增大，延長了煙氣的停留時間，由圖3可（kě）以看出，CO的排放量逐漸（jiàn）減小，並達（dá）到一定的穩定值。燃用玉米秸稈，當排（pái）煙（yān）溫度為（wéi）53時，CO的排放量達到最大值(748 mg/m3)，整個（gè）過程平均質量濃度為385mg／m3，最後達到的穩定值為153 mg/m3；燃用木質成型燃料，當排煙（yān）溫（wēn）度為33時，CO的（de）質量濃（nóng）度達到最大值(401mg／m3)，整個過（guò）程平均排放量為218 mg／m3，最後達到的穩定值為101mg／m3。由（yóu）此可見，點火過程CO的（de）排放量遠（yuǎn）高（gāo）於穩態燃燒（shāo）時的排放量。 3.1.3 冷爐點火過程CO與NO質量比隨排煙 溫度的變化規律 冷爐點火過程CO與NO質量比隨排煙溫度的變化規律如圖4所示。 在冷爐（lú）點火的過（guò）程中，本文通過回歸（guī）分（fèn）析得出，CO與NO.的質量比有一定的規律性，對於燃（rán）用玉米秸稈（gǎn）燃料，CO與NOx的質量比隨排煙溫度的升高呈指數關係減（jiǎn）小；燃用木質顆粒（lì），CO與NOx的質量比隨排煙溫度的（de）升高呈乘冪關係減小。Kituyi等在研究燃用木質燃料生物質爐的CO和NO：的排放規律時指出NO；/C02和CO/C02的值接近為一個常數，對於不同的爐型，其值不同。本文采用文獻[9]的測量值，也得（dé）到與本次試（shì）驗（yàn）相似的結（jié）果（guǒ），見圖4。此外，Balland-Tremeer和Jawurekno]在分析燃用木質（zhì）燃料炊事爐的性（xìng）能時，指（zhǐ）出S02/CO接近一個常數。因此，可以推斷（duàn），一種汙染（rǎn）物的排放量不僅與爐膛溫度、過剩空氣係數有（yǒu）關，還與其他（tā）汙染物的（de）排放量有關，但是，其中的內在關係，還尚（shàng）待研究（jiū）。 3.2熱爐點火過程 3.2.1熱爐點火過程NO.的（de）排放規律 熱爐點（diǎn）火過程兩種成型燃料NO：的排（pái）放量隨排煙溫度的變化趨勢如圖（tú）5所（suǒ）示。 熱爐點火過程中，隨著排煙溫度的升高，NOx的（de）質（zhì）量濃度呈增大（dà）趨勢。燃用（yòng）秸稈成型（xíng）燃料時，NOx的排放（fàng）量與排煙溫度近似呈線性關係，這（zhè）與冷爐點火的（de）規律（lǜ）不同。燃用木質（zhì）成型燃料時，排煙溫度在78之前（qián），NOx的排放量緩（huǎn）慢上升，之後NO。的排（pái）放速度增大，排放規律與冷爐點火相似。熱爐點火（huǒ）時，燃（rán）用木質顆粒，NOx的平均（jun1）排（pái）放量為13.6 mg／m3，僅為冷爐點火的（de）41%。而燃用玉米秸稈成型燃料，N0；的平均排放量為100.6mg，m3，比（bǐ）冷爐點火的要高。 3.2.2 熱爐點火過程（chéng）CO的排放規律 熱爐點火過程兩種成型燃料CO的（de）排放量隨排煙溫度（dù）的變化趨勢如圖6所示。 熱爐點火過程，燃（rán）用玉米（mǐ）秸稈的CO排放規律與燃用木質的不同。燃用玉米秸稈時，隨著（zhe）排煙溫度（dù）的升（shēng）高，CO的質（zhì）量濃度呈先增大後減小的趨勢，且排煙（yān）溫度達到一定值時，CO的生成趨於（yú）一穩定值，為144 mg／m3。當排煙溫度為89時，CO的質量濃度達到最大值，為360 mg／m3。燃用木質燃料時，排煙溫度由40上升到61的過程中，CO的質量濃度隨排煙溫度（dù）的升高而增大，排煙溫度由61上升（shēng）到（dào）92的過程（chéng）中（zhōng），隨著排煙溫度的升高（gāo），CO的質量濃度近似不變，維持在(125士18) mg／m3，之後，隨著排（pái）煙溫度的升高，CO的質量濃度成下降趨勢（shì），且趨於（yú）一穩定值，為77 mg/m3。整個過程中，燃用玉米秸（jiē）稈,CO的平均質量濃度為178mg/m3，為冷爐點火的46%;燃用木質燃料，CO的平均（jun1）質量濃度為106mg／m3，為冷（lěng）爐（lú）點火的48%。與冷爐點火相比，熱（rè）爐點火CO的質量濃度變化範圍（wéi）要小，而且穩定燃燒達到的排煙溫度（dù）也高。 通過對點火過程結果的分（fèn）析可知，點火過（guò）程中，co的排（pái）放量遠高於穩態時的濃度，采用熱爐點火的方式，CO的排放量可以降低至原來（lái）的一半左右，而且，還提高了爐膛溫度，提高了熱效率。因此，加強爐體的保溫，有（yǒu）助於降低CO的（de）排放。對於熱爐點火和冷爐點火（huǒ）過程NO，的排放，兩種燃料（liào）出現了不同的結果，因此，要想降低NO。的排放，對於不同的燃料，要采取（qǔ）不同（tóng）的措施。 4、熄火過程（chéng） 4.1 熄火過程NOx的排放規律 熄火過（guò）程兩種成型燃料NOx的排放量隨排煙溫度的變化情況如圖7所示。 熄火過程中，隨著（zhe）排煙溫度的降低，NO，的質量濃度（dù）呈下降（jiàng）趨勢。排煙溫度從穩態（tài）時（shí）的值降到（dào）某一值（秸稈：118，木質113）時，爐膛中NO的排放量降低的速度很快，這是抽吸的冷（lěng）空氣稀釋煙氣的結果，而且，N0；的（de）質（zhì）量濃度（dù）與排煙溫度（dù）近似呈線性關係。之後爐膛內火焰突然加長，且這一段過（guò）程，NO.的排放量趨於穩定。隨後，爐排上的餘料燃盡，NO.的排放（fàng）量逐漸降低為0。熄火過程，燃用木質燃料，NO.的平均（jun1）排放（fàng）量為8.7 mg／m3；燃用秸稈，NO，的平均排放量為45.3 mg/m3，是燃用木質燃（rán）料的5倍。 4.2 熄火過程CO的排放規律 熄火過程（chéng）兩種成（chéng）型燃料CO的排放量隨排煙溫度的變化情況（kuàng）如圖（tú）8所示（shì）。 熄火過程（chéng）中，co的質（zhì）量濃度隨排煙溫度的降低呈先增大後（hòu）降低（dī）的趨勢，而且，整個過程，C0的質量（liàng）濃度變化較快。當排煙溫度降（jiàng）到75左右時，燃用兩種燃料的C0的排放量達到最大值，燃（rán）用木質燃料時為1 399 mg/m3，高於燃用秸稈燃料的1090mg／m3。這主要是因為燃用秸稈燃（rán）料時出現結渣現象，增大了通風阻力，延長了煙氣的停留時間，促進了CO的氧化。燃用木質燃料，co的平均質量濃度為488mg/m3，是穩態燃燒時的4.5倍；燃用秸稈CO的平均質量濃度為（wéi）543 mg／m3，是穩態燃燒時的3.6倍。 通過對熄火過程的結果分析可知，熄（xī）火過程（chéng），NO的排放量（liàng）很低，但是，C0的排放量卻很（hěn）高，為此,Ozil等指（zhǐ）出在煙道中安裝一種以氧化鋁為載體的催化劑，可以減排C0 70%左右。 5、結 論 1)通過（guò）對點（diǎn）火和熄火過程中汙染物(NOz，CO)排放量和排煙溫（wēn）度的（de）檢測，可知（zhī），點（diǎn）火和熄火過程中汙染物排放規律和穩態時不同（tóng），點火過（guò）程，Nq的平均排放量比穩態時要低，而cO的平均排放量比穩（wěn）態時要高。熄火過程，NO；的平均排放量很低，而CO的平均排（pái）放量是穩態的4倍左右。 2)通過比較冷爐點火和熱爐（lú）點火過程汙染物排放規律（lǜ）的不同，可知，對於NO。的排放，玉米秸稈和木質的結果（guǒ）不同，因（yīn）此，要想降低NO的排放，對於不同的燃料要采取不同的措施；加強爐體（tǐ）的保溫可以降低Co的排放。 3)冷爐點火（huǒ）過程中（zhōng），燃用玉米秸稈成型燃料，CO與NO的質量比隨（suí）排煙（yān）溫度呈（chéng）指數關係減小；燃用木質成型燃料，CO與（yǔ）NO，的質量比隨排煙溫度呈乘冪關係減（jiǎn）小。因此，一種汙染物的排放量不僅（jǐn）與（yǔ）爐（lú）膛（táng）溫度，過剩（shèng）空氣係數有關（guān），還與（yǔ）其他汙染物的排（pái）放量（liàng）有關，其中的內在關（guān）係，尚待進一步研究。