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全球化石能源的大量燃烧导致温室效应逐年加重，在以燃煤为主要能量来源的中国，对农林生物质进行能量化利用成为热门的研究趋势。生物质焦作为生物质热预处理后的固体产物，既拥有生物质能的碳中和性和可再生性，又相较生物质在燃料特性上有大幅度的提升，有望成为煤的替代品。在国家严格的环保政策下，燃烧污染物的排放问题需得到重视，前人研究表明生物质焦燃烧气体污染物排放问题较轻，但涉及其PM10排放特性的研究甚少。本文采用典型农林生物质通过实验室规模热预处理或半工业化规模热预处理制备生物质焦，对其燃烧PM10排放特性进行系统研究。
首先揭示热预处理制备农林生物质焦中无机元素各赋存形态的含量与PM1和PM1-10排放量间的联系，探究农林生物质焦燃烧时PM10的生成机理。以热预处理制备的柳树焦和麦草焦为原料，对其进行逐级提取，随后在沉降炉中进行燃烧实验。研究结果表明农林生物质焦燃烧时PM1的生成与水溶态和醋酸铵溶态的K、Cl和S间呈现近似线性的关系；林业生物质焦PM1-10主要由含Ca矿物组成，其排放量与各赋存形态的Ca含量近似线性相关，而农业生物质焦PM1-10主要由含Si矿物组成，各赋存形态无机元素的脱除会导致硅酸盐含量减少，同时由硅酸盐引起的聚合作用会减弱，两者对PM1-10的排放影响相反，综合作用下PM1-10的排放量与水溶态和醋酸铵溶态无机元素的含量关联较小。
其次探究实验室规模的多种热预处理方式制备农业生物质焦燃烧时的PM10排放特性。采用烘焙、慢速热解和水热碳化三种常见热预处理方式制备稻草焦，原稻草以及三种焦样在沉降炉中进行单烧或者与煤混烧实验，所混煤种为高硅铝含量烟煤，生物质燃料掺混比例为20%和50%。结果显示样品燃烧时在0.3-1μm间出现中间模态，因此将PM1更细致划分为PM0.3和PM0.3-1两段进行讨论。基于单位灰分输入，PM0.3排放量由20.22mg/g(原稻草)下降到9.17mg/g(烘焙)、6.61mg/g(慢速热解)、1.15mg/g(水热碳化)，稻草燃烧时PM0.3主要由KCl成核团聚形成，其排放量降低比例与预处理过程中Cl的释放率呈现较为明显的正相关性；PM0.3-1主要由KCl异相凝结形成，排放量远小于PM0.3，变化趋势与PM0.3类似；基于单位灰分输入，PM1-10排放量由49.97mg/g(原稻草)下降到41.88mg/g(烘焙)、30.02mg/g(慢速热解)、15.20mg/g(水热碳化)，其主要由含Si小颗粒在硅酸盐和磷酸盐的作用下聚合形成，灰分上升和无机元素脱除均会造成其排放量降低。混烧时，PM10理论值与实验值的差别主要集中在PM0.3，煤中硅铝酸盐与生物质燃料中碱及碱土金属间的交互反应会使PM0.3的排放量出现降低，降低比例与预处理过程中Cl的释放率呈现较为明显的负相关性。
随后探究复合预处理：先水洗后碳化、先碳化后水洗和水热碳化三种热预处理制备农业生物质焦(稻草焦和芝麻杆焦)的PM10排放特性，此外也探究了水洗条件改变成高液固比/长洗涤时间对预处理生物质焦燃烧PM10排放特性的影响。在沉降炉中进行燃烧实验，结果表明水洗与碳化相结合制备农业生物质焦的PM1排放量为0.14-0.77mg/g，与烟煤相当；相比原生物质，PM1排放量的降低比例由预处理对Cl+S和Na+K含量的脱除效果共同决定，水热碳化效果最佳，先水洗后碳化次之，先碳化后水洗效果最差。增加水洗的时间和液固比可以增加无机元素的脱除效果，从而进一步提升PM1排放量的降低比例，先水洗后碳化的降低比例在水洗条件改变后甚至提升到与水热碳化相当的程度。水洗与碳化相结合制备农业生物质焦的PM1-10排放量由农业生物质类型、无机元素含量多少和燃烧时破碎程度的变化共同决定。
最后探究半工业化程度的中温热解(热解多联产示范基地)制备林业生物质焦的PM10排放特性。杨木热解焦在沉降炉中进行单烧或与煤混烧实验，所选煤种为高Si烟煤，热解焦掺混比例为20%、50%和80%。单烧时，两者PM1排放量基本一致(0.78-0.82 mg/g)，热解焦的PM1-10排放量(5.6 mg/g)略高于煤(4.1 mg/g)；混烧时，热解焦中高熔点的含Ca矿物的稀释作用和化学反应会促使煤中矿物更多的进入到PM1-10，而煤中大粒径的矿物易粘附热解焦中小粒径的矿物进入到PM10+，减少热解焦中进入PM1-10的矿物量。综合作用下，混烧PM1-10的排放量仅在20%热解焦掺混相较于理论值出现明显增加。煤、生物质焦和混烧时PM1的浓度均较低且相互接近，对于沾污内层生成机理由小颗粒主导的煤、生物质焦和混烧，三者沾污内层的生成速率较为接近。
首先揭示热预处理制备农林生物质焦中无机元素各赋存形态的含量与PM1和PM1-10排放量间的联系，探究农林生物质焦燃烧时PM10的生成机理。以热预处理制备的柳树焦和麦草焦为原料，对其进行逐级提取，随后在沉降炉中进行燃烧实验。研究结果表明农林生物质焦燃烧时PM1的生成与水溶态和醋酸铵溶态的K、Cl和S间呈现近似线性的关系；林业生物质焦PM1-10主要由含Ca矿物组成，其排放量与各赋存形态的Ca含量近似线性相关，而农业生物质焦PM1-10主要由含Si矿物组成，各赋存形态无机元素的脱除会导致硅酸盐含量减少，同时由硅酸盐引起的聚合作用会减弱，两者对PM1-10的排放影响相反，综合作用下PM1-10的排放量与水溶态和醋酸铵溶态无机元素的含量关联较小。
其次探究实验室规模的多种热预处理方式制备农业生物质焦燃烧时的PM10排放特性。采用烘焙、慢速热解和水热碳化三种常见热预处理方式制备稻草焦，原稻草以及三种焦样在沉降炉中进行单烧或者与煤混烧实验，所混煤种为高硅铝含量烟煤，生物质燃料掺混比例为20%和50%。结果显示样品燃烧时在0.3-1μm间出现中间模态，因此将PM1更细致划分为PM0.3和PM0.3-1两段进行讨论。基于单位灰分输入，PM0.3排放量由20.22mg/g(原稻草)下降到9.17mg/g(烘焙)、6.61mg/g(慢速热解)、1.15mg/g(水热碳化)，稻草燃烧时PM0.3主要由KCl成核团聚形成，其排放量降低比例与预处理过程中Cl的释放率呈现较为明显的正相关性；PM0.3-1主要由KCl异相凝结形成，排放量远小于PM0.3，变化趋势与PM0.3类似；基于单位灰分输入，PM1-10排放量由49.97mg/g(原稻草)下降到41.88mg/g(烘焙)、30.02mg/g(慢速热解)、15.20mg/g(水热碳化)，其主要由含Si小颗粒在硅酸盐和磷酸盐的作用下聚合形成，灰分上升和无机元素脱除均会造成其排放量降低。混烧时，PM10理论值与实验值的差别主要集中在PM0.3，煤中硅铝酸盐与生物质燃料中碱及碱土金属间的交互反应会使PM0.3的排放量出现降低，降低比例与预处理过程中Cl的释放率呈现较为明显的负相关性。
随后探究复合预处理：先水洗后碳化、先碳化后水洗和水热碳化三种热预处理制备农业生物质焦(稻草焦和芝麻杆焦)的PM10排放特性，此外也探究了水洗条件改变成高液固比/长洗涤时间对预处理生物质焦燃烧PM10排放特性的影响。在沉降炉中进行燃烧实验，结果表明水洗与碳化相结合制备农业生物质焦的PM1排放量为0.14-0.77mg/g，与烟煤相当；相比原生物质，PM1排放量的降低比例由预处理对Cl+S和Na+K含量的脱除效果共同决定，水热碳化效果最佳，先水洗后碳化次之，先碳化后水洗效果最差。增加水洗的时间和液固比可以增加无机元素的脱除效果，从而进一步提升PM1排放量的降低比例，先水洗后碳化的降低比例在水洗条件改变后甚至提升到与水热碳化相当的程度。水洗与碳化相结合制备农业生物质焦的PM1-10排放量由农业生物质类型、无机元素含量多少和燃烧时破碎程度的变化共同决定。
最后探究半工业化程度的中温热解(热解多联产示范基地)制备林业生物质焦的PM10排放特性。杨木热解焦在沉降炉中进行单烧或与煤混烧实验，所选煤种为高Si烟煤，热解焦掺混比例为20%、50%和80%。单烧时，两者PM1排放量基本一致(0.78-0.82 mg/g)，热解焦的PM1-10排放量(5.6 mg/g)略高于煤(4.1 mg/g)；混烧时，热解焦中高熔点的含Ca矿物的稀释作用和化学反应会促使煤中矿物更多的进入到PM1-10，而煤中大粒径的矿物易粘附热解焦中小粒径的矿物进入到PM10+，减少热解焦中进入PM1-10的矿物量。综合作用下，混烧PM1-10的排放量仅在20%热解焦掺混相较于理论值出现明显增加。煤、生物质焦和混烧时PM1的浓度均较低且相互接近，对于沾污内层生成机理由小颗粒主导的煤、生物质焦和混烧，三者沾污内层的生成速率较为接近。