路 飛

（上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，上海 200444）

生物質(zhì)燃料和煤（通稱為固體燃料）具有分布廣、價(jià)格低、便于獲取等優(yōu)點(diǎn)，在地區(qū)農(nóng)村及城市郊區(qū)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(jīng)過(guò)處理，就直接排放出大量有機(jī)污染物，對(duì)環(huán)境質(zhì)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(yè)鍋爐燃燒的EF高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)[2]。然而，不同方法和不同研究人員對(duì)同一源的排放估計(jì)值存在差異[3]。目前，相關(guān)的EF報(bào)道集中在發(fā)達(dá)國(guó)家，不能直接適用于發(fā)展中國(guó)家。因此，對(duì)民用固體燃料燃燒過(guò)程的污染物排放的研究成為重點(diǎn)，本文正式針對(duì)這一緊迫任務(wù)，對(duì)現(xiàn)有的民用燃燒研究狀況進(jìn)行綜述。

1 民用煤燃燒

煤炭在燃燒的過(guò)程中，會(huì)排放出大量的污染物質(zhì)，主要包括有PM2.5、有機(jī)碳（OC）、BC以及PAHs等，對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，同時(shí)也危害人體健康[4]。民用燃煤排放的污染物及其對(duì)人類健康與環(huán)境的危害程度，可能會(huì)比工業(yè)煤炭燃燒排放的更高更嚴(yán)重。無(wú)論是實(shí)際燃燒還是實(shí)驗(yàn)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(dāng)前，對(duì)民用燃煤的污染防治辦法：使用無(wú)煙煤；使用新制式型煤；研發(fā)新型煤爐。

2 民用生物質(zhì)燃燒

生物質(zhì)在燃燒過(guò)程中能過(guò)釋放出大量的有害物質(zhì)，主要包含顆粒物、揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）以及含氮有機(jī)物等。據(jù)報(bào)道，中國(guó)農(nóng)村地區(qū)47.6%的家庭使用生物質(zhì)燃料，19.0%的家庭使用生物質(zhì)燃料取暖[1]。民用爐灶的燃燒條件差，排放出大量污染物，對(duì)區(qū)域和全球環(huán)境質(zhì)量以及氣候變化具有嚴(yán)重影響。與此同時(shí)，由于民用生物質(zhì)燃燒多發(fā)生在室內(nèi)，致使室內(nèi)的污染物濃度升高，居民長(zhǎng)時(shí)間暴露于其中，會(huì)引發(fā)一系列疾病（包括肺癌），嚴(yán)重影響其身體健康。據(jù)報(bào)道，與通風(fēng)良好的廚房相比，長(zhǎng)期使用環(huán)境較差的廚房，患肺癌的風(fēng)險(xiǎn)增加49%[5]。

3 民用固體燃料燃燒研究方法與難點(diǎn)

研究燃燒源排放的方法分為兩類，分別為實(shí)際燃燒采樣和實(shí)驗(yàn)室模擬燃燒采樣。煤的性質(zhì)與燃燒條件是導(dǎo)致煤燃燒產(chǎn)生不同類型與弄得的污染物的重要因素。煤的熱解過(guò)程主要分為三個(gè)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(fù)雜性：煤炭的復(fù)雜性；燃燒條件的復(fù)雜性；燃燒過(guò)程的復(fù)雜性。

正是民用燃煤的復(fù)雜性，致使目前關(guān)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(zhì)上研究民用燃煤污染物排放規(guī)律。

生物質(zhì)燃燒機(jī)理主要基于生物質(zhì)的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素主要成分的熱解（熱分解）。由于化學(xué)結(jié)構(gòu)不同，其分解溫度不同，纖維素降解溫度在 240～350°C，木質(zhì)素降解在 280～500°C。生物質(zhì)熱解過(guò)程可以分為以下三個(gè)階段：1）干燥階段，這一階段主要是完成生物質(zhì)中水分的去除；2）揮發(fā)分析出階段，熱解主要的化學(xué)反應(yīng)都在這一階段發(fā)生，生物質(zhì)中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素發(fā)生分解和重組，導(dǎo)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(jīng)過(guò)脫揮發(fā)分的生物質(zhì)半焦，在高溫厭氧條件下芳環(huán)化和石墨化最終形成焦炭。

4 總結(jié)與展望

本文對(duì)國(guó)內(nèi)外的民用固體燃料燃燒的研究現(xiàn)狀以及研究方法和難點(diǎn)，進(jìn)行了綜述。隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境質(zhì)量與人類健康的重視，民用燃燒所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題日益重視。目前的工作重點(diǎn)，應(yīng)該放在燃料類型以及燃燒溫度對(duì)燃燒過(guò)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(wèn)題。