0、引 言 全（quán）世界大約一半的人口燃用固體顆粒燃（rán）料做飯、燒水和取暖。固體燃料包括木材、農（nóng）作物秸杆、木炭、動物糞便和各（gè）種廢棄物等。世界衛生組織估計，每年大約有150萬人死於固體（tǐ）燃（rán）料燃燒引起（qǐ）的空氣汙染。生物質燃料是一種清（qīng）潔可再生燃料，但（dàn）是需要用專門設計的燃（rán）燒爐具才能使其高效、清潔地（dì）燃燒。 國內外專家（jiā）學者設計了多種生物質爐（lú）並對其汙染物排放規律開展了大量（liàng）的工（gōng）作，積累了（le）一些重要的研究方法和數據，但是（shì），其結論幾乎都是基（jī）於生物（wù）質爐（lú）的（de）穩定燃燒狀況。然而（ér），對於體積較大的燃（rán）燒設備，它們的（de）啟停時間較長，以（yǐ）本次試驗的生物質成型燃料爐為例，該爐點火所需時間約27min，熄火所需時間為（wéi）15min。考慮到（dào）大部分家庭（tíng）的作息時間，一天內該取（qǔ）暖爐工作時間約為4h，點火和熄火時間占整個工作時間的17. 5%。而且，點火和熄火（huǒ）過程為非穩態過程（chéng），期間，燃料（liào）進行不完全燃燒，汙染物排放規律與穩態時不同。 為了得到（dào）該生物質（zhì）成型燃料（liào）爐點火和熄火過程汙染物排放規律，更全麵的分（fèn）析其性（xìng）能，本文分析了點火和熄火過程中汙染物(CO．NOx)排放量隨排煙溫度的變化關係，並通過比（bǐ）較冷爐點火過程和熱爐點火過（guò）程汙染物排（pái）放規（guī）律的不同，提出了降低本爐點火過程（chéng）汙染物排（pái）放量的方法，而且（qiě），還采用回歸（guī）分析的方法（fǎ）總結了冷爐點火過程中（zhōng）CO、NO.和排煙溫度之間的規律，指出了降低汙染（rǎn）物排放的新（xīn）方向，草莓污视频新能源生產銷售木屑顆粒（lì）機、秸稈壓塊機等生物質燃料成型機械設備。 1、生物質成型燃（rán）料爐工作原理 試驗用生物質成型燃料（liào）爐額（é）定功率為10kW，主要由爐膛、爐排、輻射及對流傳熱麵、點火棒、引風機、貫流風（fēng）機（jī）、料鬥、螺（luó）旋給料（liào）器等組成，其結構如圖1所示。生物質成型燃料爐工作過程（chéng）；啟動生物質成型燃料爐的開關，點火棒（bàng）開始工作，與此（cǐ）同時，螺旋給料器將料鬥內（nèi）的生物質顆（kē）粒輸送（sòng）到燃燒室中的爐排上，經過一小段時間，顆粒開始（shǐ）著火並在爐排上燃燒。室外的助燃空氣從燃燒室後牆的孔洞引入。產生的高溫煙氣通過換熱器加熱（rè）由貫流（liú）機引入的室內冷（lěng）空氣（qì），最（zuì）後由引風機經（jīng）過（guò）排煙管道排到室（shì）外（wài）。產生的熱空氣從爐體的上部（bù）排出。當爐膛溫度上升（shēng）到一定值時，貫流風機功（gōng）率自（zì）動加大。需要停爐時，按下停爐按鈕，引風（fēng）機會隨之抽吸室外冷空氣冷爐。 2、試（shì）驗儀器和方法 2.1 試驗方法 在本次試驗中（zhōng），點（diǎn）火過程定（dìng）義為從燃燒室爐排上剛出現小火焰到排煙溫度達（dá）到穩（wěn）態所對應的值時的過程（chéng），點火采用冷爐點火（huǒ）和熱（rè）爐（lú）點火兩（liǎng）種方式，冷爐點火是指在環境溫度下直接點火的方式，熱爐點火是指等爐子鼓（gǔ）風冷（lěng）卻（què）結束後再立（lì）即點火的方式。熄火過程定義為，按下（xià）停爐按鈕後，爐子自動鼓風冷（lěng）爐過程。根據用木塊（kuài）點燃的住宅空（kōng）間（jiān）加熱設備要求和試驗方法(EN 14785-2006),在環境溫度為9下，對該取暖爐點火和熄火過程煙氣中汙染物（wù）(CO、NOx)的排放量和排煙溫度進行檢測。為了避開渦流（liú）區（qū），煙氣采樣孔取在距法（fǎ）蘭下遊方向6倍管徑處，如圖（tú）1中所示。排（pái）煙溫度測點取在距法蘭下遊20mm處，熱電阻垂直伸至（zhì）管（guǎn）中心（xīn）線處，如圖1中（zhōng）所示。為了（le）保證數據的可靠性，每個排煙溫度所對應的汙染（rǎn）物排放量，連續（xù）讀取兩次，再取其平均值。 2.2成型燃料的（de）理化（huà）特性 試驗中分別燃用玉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（dàn）式熱量計、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（jié）果與分析 采用（yòng）熱爐點火的方式，初始爐（lú）膛溫度比環境溫度高30左右，而且爐體的散熱量也不同。由於汙染物的排放量與（yǔ）爐膛溫（wēn）度、過剩空氣係數有關，因此（cǐ），本文通過（guò）對熱爐點（diǎn）火過程和（hé）冷爐點火過程汙染物排放的比較，以尋找降低汙染物排放量的方法。 3.1 冷爐點火過（guò）程 3.1.1 冷爐點火過程（chéng）NOx；的排（pái）放規律 整個點火過程中（zhōng），燃用秸稈成型燃（rán）料時，煙氣中的NO；含有NO和NOx（質量分數：2.6%～6.9%)，燃（rán）用木（mù）質成型燃料時，煙氣中的NOx隻有NO。標準大氣壓下兩種成型（xíng）燃料NOOOO的排放量(mg／ma)隨排煙溫度()的變化情況如圖（tú）2所示。 圖2表明：冷（lěng）爐點火（huǒ）過程中，兩種（zhǒng）成型燃料NO的排放呈相同規律。隨著排煙溫度的升高，NO的質量濃度呈（chéng）增大趨勢，且達到一定值時，NO的（de）排放量趨（qū）於（yú）穩定。這兩種燃料（liào）趨於穩定時達到的排煙溫度和NO的排放量不同。在（zài）排煙溫度上升到某一值（秸稈：39，木質：45）之前，爐排上火焰很（hěn）小，NO的質量濃度緩慢上升，主要是因為隨著爐膛溫度的升高，燃料的揮發份析出不斷（duàn）加快，釋放出的揮發分中含有NO的緣故。這段過程，生成的NO，絕大（dà）部（bù）分是析出的揮發份NOx。之後，隨著爐（lú）膛溫度的進一步升高，靠火焰前（qián）沿的傳（chuán）播，使其餘部分燃料達到著火（huǒ）燃燒，促使釋放出的NH3、HCN與充足的（de）氧（yǎng）氣反應，生成燃料型（xíng）NOx，加速了NO。的生成，因此，從圖Z可以看出（chū），NOx的生成（chéng）速度明顯加快。這段過（guò）程（chéng）生成的NOx大部分是燃料型NOx。燃用玉米秸稈NO；生（shēng）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（pái）放（fàng）量為70.1mg/m3，平均排（pái）放量為（wéi）33.1mg/m3；燃用秸稈成型燃料，NO，的最高排放量為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含氮量高於秸稈燃料。而且，兩種燃料穩定（dìng）燃燒（shāo）時N0。的排放量高於點火過程的排放量。 3.1.2 冷爐點火（huǒ）過程CO的排放規律 生物質顆粒燃料的燃燒過程分為脫水、揮發分析出、揮發分燃燒、焦炭燃燒（shāo）和（hé）燃燼（jìn）階段，各個階段對應的溫度範圍不同。其中，co的生成主（zhǔ）要是在第（dì）三、四階段。冷爐點火過程兩種成型（xíng）燃料CO的排放量隨排煙溫度的變（biàn）化趨（qū）勢如圖3所示。 冷爐點火過程中，兩（liǎng）種成型燃料CO的排放呈相似規律，整個過程中（zhōng）co的排放量出現（xiàn）了兩個峰值。當爐膛溫度達到一（yī）定值時，爐排上的料逐漸達到著（zhe）火燃燒，這（zhè）時由於爐膛溫（wēn）度較低，燃料進（jìn）行不完全燃燒，促進了CO的生成，而且，爐排上料（liào）層較薄，通風條件好，煙氣（qì）停留時間短，生成的CO來不及被氧（yǎng）化（huà）就離開爐膛，因此（cǐ），煙（yān）氣中CO的質（zhì）量濃度逐漸增大。與木質顆粒相比，玉米秸稈（gǎn）具有較低的活化能，揮發分析出速率快，易達到著火濃度而點（diǎn）燃（rán），著火溫度低，因此，燃用玉米秸稈CO質量濃（nóng）度達到第一個峰值對應的排煙溫度(30)比燃用（yòng）木質（zhì）顆粒的(34)要低（dī）。隨後，爐膛溫（wēn）度逐（zhú）漸升高，有利於CO的氧化反應，CO的（de）質（zhì）量濃度隨排煙溫度的（de）升高而降低。當爐膛溫度上（shàng）升（shēng）到一定值時，貫流風機功率增大，強化（huà）了換熱（rè），這時，爐排上的（de）火焰極不穩定，CO的（de）質量濃度隨排煙溫度近似呈直線關係增大，並達到第二個峰值。 由於（yú）爐膛溫度的進一步升高，有利於（yú）CO的氧化反應（yīng），而（ér）且，料層的厚度增厚，通風阻力增大，延長了煙氣的停留時間，由圖3可以（yǐ）看出，CO的排放量逐漸減小（xiǎo），並達到一定的穩定值。燃用玉米（mǐ）秸稈，當排煙溫度為53時，CO的排（pái）放量達到最大（dà）值（zhí）(748 mg/m3)，整個過程平均質（zhì）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，當排煙溫度為33時，CO的質量濃度達到最大值(401mg／m3)，整個過程平均（jun1）排放量為218 mg／m3，最（zuì）後達到的穩定值為（wéi）101mg／m3。由此可見，點火過程CO的排放量遠高於穩態燃燒時（shí）的排放量。 3.1.3 冷爐點火過程CO與NO質量（liàng）比（bǐ）隨（suí）排煙 溫度的變（biàn）化（huà）規律 冷爐點火過程CO與NO質量比隨排煙溫度的變化規律（lǜ）如圖4所（suǒ）示。 在（zài）冷（lěng）爐點火的過程（chéng）中，本（běn）文通過回（huí）歸分（fèn）析得出，CO與NO.的質（zhì）量比有一定的規律性，對於燃用玉米秸稈燃料，CO與NOx的質量比隨排煙溫度的（de）升高呈（chéng）指數關係減小；燃用木質顆粒，CO與NOx的質量比隨排煙（yān）溫度的升高呈乘（chéng）冪關（guān）係減小。Kituyi等在研究燃用木質燃料（liào）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（yú）不同的爐型，其值不同。本文采用文獻[9]的測量值，也得到與本次試驗相似的結（jié）果，見圖4。此外，Balland-Tremeer和Jawurekno]在分析燃（rán）用木質燃（rán）料炊事爐的性能時，指出S02/CO接近一個（gè）常數。因（yīn）此，可以推斷，一種汙染物的排放量不僅與爐膛溫度、過剩空氣係數有關，還與其他（tā）汙染物的排放量有（yǒu）關，但是，其（qí）中的內在關係，還尚待研究。 3.2熱爐（lú）點（diǎn）火過程 3.2.1熱爐點火過程NO.的排放規律 熱爐點火過程兩（liǎng）種成型燃料NO：的排放量隨排（pái）煙（yān）溫度的變化趨勢如圖5所示。 熱爐點火過（guò）程中，隨著排煙溫度的（de）升高，NOx的質量濃度呈增大趨勢。燃用秸稈成型燃料時，NOx的排放量與排煙溫度近似呈線性關（guān）係，這與冷爐點火的（de）規律不同。燃用木質成型（xíng）燃料時，排煙溫度在78之（zhī）前，NOx的排放量緩慢上升（shēng），之後NO。的排放速度增大，排放規律與冷爐點火相似。熱爐（lú）點火時，燃用木（mù）質顆（kē）粒（lì），NOx的平均排（pái）放量（liàng）為13.6 mg／m3，僅為冷爐點（diǎn）火的（de）41%。而燃用玉米（mǐ）秸稈（gǎn）成型燃料，N0；的平均排放量為100.6mg，m3，比冷爐（lú）點火的要高。 3.2.2 熱（rè）爐點（diǎn）火過程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（yān）溫度的變化趨勢如圖6所（suǒ）示。 熱爐點火過程，燃用玉米秸稈的CO排放規律與燃用木質的不同。燃用玉米秸稈時，隨著（zhe）排煙溫度的升高，CO的質量濃度呈（chéng）先增大後減小的趨勢，且排煙溫度達到一定值時，CO的生成趨於一穩定值，為144 mg／m3。當排煙溫度為89時，CO的質量濃（nóng）度達到最大值（zhí），為360 mg／m3。燃用木質燃（rán）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的升高而增大，排煙溫度（dù）由61上升到92的過程中，隨（suí）著排煙溫度的升高，CO的質量濃度近似（sì）不變，維（wéi）持在(125士18) mg／m3，之後，隨著排煙溫度的升高，CO的質量濃度成下降趨勢，且趨於一穩定值，為77 mg/m3。整個過程中，燃用玉（yù）米秸稈,CO的平均質（zhì）量濃度（dù）為178mg/m3，為冷爐點火（huǒ）的46%;燃（rán）用木質燃料，CO的（de）平均質量濃度為106mg／m3，為冷爐點火的48%。與冷爐點火相比，熱爐點火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也高。 通（tōng）過對（duì）點（diǎn）火過程（chéng）結果的分析可知，點火過程中，co的排放量遠高（gāo）於穩態時的濃度（dù），采用熱爐（lú）點火的方式，CO的（de）排放量可以降（jiàng）低至原來的一半左右，而且，還提高了爐（lú）膛（táng）溫度，提高了熱效率。因此，加強爐（lú）體（tǐ）的保溫，有助於降（jiàng）低CO的排放。對於（yú）熱爐點火和冷爐點火過程NO，的（de）排放，兩種燃料出現了不同（tóng）的結果，因此，要想降低NO。的排放，對於不同的燃（rán）料，要（yào）采取不同的措施。 4、熄火過程（chéng） 4.1 熄火過程NOx的排放規律 熄火過程（chéng）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，隨著排煙溫度的降低，NO，的質量濃（nóng）度呈下降趨勢。排煙溫度從穩態時的值降到某一值（秸稈：118，木質113）時，爐膛中NO的排放量降低的速（sù）度很（hěn）快，這（zhè）是抽（chōu）吸的冷空氣稀釋煙氣的結果，而且，N0；的質量（liàng）濃度與排煙溫度近似呈線性關係。之後爐膛內火焰突然加長，且（qiě）這一段過程，NO.的排（pái）放量趨於穩定（dìng）。隨後，爐排上的餘料燃盡，NO.的排放量逐漸降低為0。熄（xī）火過程，燃用木質燃料，NO.的（de）平均排放量為8.7 mg／m3；燃用秸稈，NO，的（de）平均（jun1）排放量為45.3 mg/m3，是燃用木質燃料的5倍。 4.2 熄火過程（chéng）CO的排放規律 熄火過程兩種成型燃料CO的排放量隨排煙溫度的變（biàn）化情況如圖8所示。 熄火過程中，co的質量濃度隨（suí）排煙溫度的降低呈先增大後降低（dī）的趨勢（shì），而且，整個過程，C0的質量濃度變化較快。當排煙（yān）溫度降到75左右時，燃用（yòng）兩種燃料的C0的排放量達到最大值，燃用木質燃料時為1 399 mg/m3，高於燃用秸稈燃料的1090mg／m3。這（zhè）主要是因為燃用秸稈燃料時出（chū）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（liàng）濃度為488mg/m3，是穩態燃燒時的4.5倍（bèi）；燃（rán）用秸稈CO的平均質量濃度為543 mg／m3，是（shì）穩態（tài）燃燒時的3.6倍。 通（tōng）過對熄火過程的結果分（fèn）析可知（zhī），熄火過程，NO的排放量很低，但（dàn）是，C0的排放量卻很高，為此,Ozil等指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（yòu）。 5、結 論 1)通過對點火（huǒ）和熄火過程中汙染物(NOz，CO)排放量和排煙（yān）溫（wēn）度（dù）的檢測，可知，點（diǎn）火和熄火過程中汙染物排放規律和穩態時不同（tóng），點（diǎn）火過程（chéng），Nq的平均排放量比穩態（tài）時要低，而cO的平均排放量比穩態時要（yào）高。熄火過程，NO；的平均排放量很低，而CO的平均（jun1）排放量是穩態的4倍左右。 2)通（tōng）過比（bǐ）較冷爐（lú）點火和熱爐點（diǎn）火（huǒ）過程汙染（rǎn）物排放規律的不同，可知，對於NO。的排放，玉米秸稈和木質的結果不同，因此，要（yào）想降低NO的排放，對（duì）於不同的燃料要采取不同的措施；加強爐體的保溫（wēn）可以降低Co的排（pái）放。 3)冷爐點火過（guò）程中，燃（rán）用玉（yù）米秸稈（gǎn）成（chéng）型燃（rán）料，CO與NO的質量比隨排煙溫度（dù）呈（chéng）指數關係減小；燃用木質成型燃料，CO與NO，的質量比隨排煙溫度呈乘冪關係（xì）減小（xiǎo）。因此，一（yī）種（zhǒng）汙染物的排放量不僅與爐膛（táng）溫度，過剩空氣係數有關，還與其他汙（wū）染物的排放（fàng）量有關，其中的內在（zài）關係（xì），尚待進一步研究。