民用固體燃料燃燒排放污染物研究現狀

路 飛

（上海大學環境與化學工程學院，上海 200444）

生物質燃料和煤（通稱為固體燃料）具有分布廣、價格低、便于獲取等優點，在地區農村及城市郊區被尋常使用，用于烹飪與取暖等[1]。這些一般都為不完全燃燒，而且煙氣也沒有經過處理，就直接排放出大量有機污染物，對環境質量、氣候變化及人體健康等方面，形成巨大的威脅。有研究表明，民用爐灶的污染物排放因子（Emission factor,EF）比工業鍋爐燃燒的EF高出兩個數量級[2]。然而，不同方法和不同研究人員對同一源的排放估計值存在差異[3]。目前，相關的EF報道集中在發達國家，不能直接適用于發展中國家。因此，對民用固體燃料燃燒過程的污染物排放的研究成為重點，本文正式針對這一緊迫任務，對現有的民用燃燒研究狀況進行綜述。

1 民用煤燃燒

煤炭在燃燒的過程中，會排放出大量的污染物質，主要包括有PM2.5、有機碳（OC）、BC以及PAHs等，對環境空氣質量造成嚴重影響，同時也危害人體健康[4]。民用燃煤排放的污染物及其對人類健康與環境的危害程度，可能會比工業煤炭燃燒排放的更高更嚴重。無論是實際燃燒還是實驗室模擬燃燒，都表明煤燃燒的燃燒效率低，污染物排放量大。家庭煤爐還存在著，不完全燃燒、不具有煙氣處理裝置、甚至露天燃燒等情況。當前，對民用燃煤的污染防治辦法：使用無煙煤；使用新制式型煤；研發新型煤爐。

2 民用生物質燃燒

生物質在燃燒過程中能過釋放出大量的有害物質，主要包含顆粒物、揮發性有機物（VOCs）以及含氮有機物等。據報道，中國農村地區47.6%的家庭使用生物質燃料，19.0%的家庭使用生物質燃料取暖[1]。民用爐灶的燃燒條件差，排放出大量污染物，對區域和全球環境質量以及氣候變化具有嚴重影響。與此同時，由于民用生物質燃燒多發生在室內，致使室內的污染物濃度升高，居民長時間暴露于其中，會引發一系列疾病（包括肺癌），嚴重影響其身體健康。據報道，與通風良好的廚房相比，長期使用環境較差的廚房，患肺癌的風險增加49%[5]。

3 民用固體燃料燃燒研究方法與難點

研究燃燒源排放的方法分為兩類，分別為實際燃燒采樣和實驗室模擬燃燒采樣。煤的性質與燃燒條件是導致煤燃燒產生不同類型與弄得的污染物的重要因素。煤的熱解過程主要分為三個部分，分為別煤炭熱解，焦油燃燒，焦炭燃燒[6]。民用煤炭燃燒具有諸多的復雜性：煤炭的復雜性；燃燒條件的復雜性；燃燒過程的復雜性。

正是民用燃煤的復雜性，致使目前關于民用燃燒的污染物排放因子的研究之間，存在較大的差異性。而要理解這些差異，就需要從燃燒本質上研究民用燃煤污染物排放規律。

生物質燃燒機理主要基于生物質的纖維素、半纖維素和木質素主要成分的熱解（熱分解）。由于化學結構不同，其分解溫度不同，纖維素降解溫度在 240～350°C，木質素降解在 280～500°C。生物質熱解過程可以分為以下三個階段：1）干燥階段，這一階段主要是完成生物質中水分的去除；2）揮發分析出階段，熱解主要的化學反應都在這一階段發生，生物質中的纖維素、半纖維素和木質素發生分解和重組，導致1,5-縮醛鍵C—O—C斷裂，形成CO2、CO、CH4和酚類等化合物[7]，這一階段有羰基化合物開始生成；3）碳化階段，經過脫揮發分的生物質半焦，在高溫厭氧條件下芳環化和石墨化最終形成焦炭。

4 總結與展望

本文對國內外的民用固體燃料燃燒的研究現狀以及研究方法和難點，進行了綜述。隨著社會對環境質量與人類健康的重視，民用燃燒所帶來的環境污染問題日益重視。目前的工作重點，應該放在燃料類型以及燃燒溫度對燃燒過程的污染物排放特征的影響上，這樣便可以更好的解決這一類的污染問題。