生物质燃烧碳烟的物化特性及生成机理研究.pdf

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1、第4l卷第1O期燃料化学学报Vo1．41No．1O2013年10月JournalofFuelChemistryandTechnology0ct．20l3文章编号：0253—2409(2013)10—1184-07生物质燃烧碳烟的物化特性及生成机理研究吕建赕，石晓斌(华北电力大学环境科学与工程学院，河北保定071003)摘要：以棉花秸秆和木屑为研究对象，设定不同的燃烧工况，在管式炉中进行燃烧并采集碳烟物质，采用TEM、EDS、GC—MS等检测方法对生物质燃烧过程中生成碳烟的物化特性进行研究，并根据检测结果对碳烟生成机理进行分析和推测。检测及分析结果表明，碳烟颗粒典型形貌有胶囊状、球状、

2、链状、网状等。燃烧工况影响燃烧过程使碳烟颗粒表现出不同的微观形貌。碳烟生长过程中伴随着颗粒的碰撞和凝并，形成形貌复杂的链状或网状颗粒聚团。生物质燃烧中碳烟主要由纤维素热裂解生成，成分包括糠醛类、酚类、醛类、呋喃、烷烃、烯烃等含碳化合物。推测碳烟生成机理为，在生物质燃烧过程中，纤维素发生化学键的断裂与重排，生成CO、CO和残炭分子碎片等，而残余碳基再通过重整、脱水、碳化、断键等反应生成各种醛类、酮类等产物，醛类、酮类化合物之间通过缩聚、环化反应生成苯环结构，再进一步转化为苯酚、甲苯等化合物。关键词：生物质燃烧；碳烟；物化特性；生成机理中图分类号：TK16；X513文献标识码：APhys

3、icochemicalpropertiesandformationmechanismofsootduringbiomassburningLUJian—yi，SHIXiao—bin(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering，NorthChinaElectricPowerUniversity，Baoding071003，China)Abstract：Cottonstalkandwoodscrapswereburntinatubefurnacetogeneratesootunderdifferentcombustionconditions．Soo

4、tparticlesweresampledanddetectedbyTEM．EDSandGC—MStostudytheirphysicochemicalproperties，thentheformationmechanicsofsootduringbiomassburningwasdeduced．Theresultsshowthatthetypicalmorphologicalstructuresofsootarecapsule—like，spherical，catenulatedandreticular．Combustionconditionsenfluencetheburning

5、processandresultinthedifferentmorphologyofthesoot．Thesootparticlescollidedandcoagulatedduringnucleationandgrowthofsoot，whichleadstoformationofcomplicatedclusteredparticles．Duringbiomassburningthesootismainlygeneratedfrompyrolysisofcellulose，whichcontainsfurfurans，phenols，aldeh)des，furans，alkane

6、sandalkenes．Theformationmechanicsofsoothasbeenspeculated．Duringburningofbiomass，thechemicalbondsofcellulosefracturedandrestructured，whichgenerateCO，CO，，residualcarbonmoleculefragments，andSOon．Thenresidua1carbongoesonaseriesofreactionssuchasreforming。dehydration。carbonizationandbond-breakingtoge

7、neratealdehydesandketones．Andthesecompoundspolymerizedandcyclizedtoformbenzeneringstructure．andfurtherconvertedtotoluenesandphenols．Keywords：biomassburing；soot；physicochemicalproperties；formationmechanics碳质颗粒物是大气细颗粒物的重要组成部分，文效应下转变