碳烟颗粒作为超细颗粒物的重要组成部分,给环境和人体带来了严重的危害。目前,国内外学者对燃油、燃气等小分子碳氢燃料燃烧生成碳烟的物化性质、生成规律和生成机理进行了深入的研究,对清洁高效燃烧技术的开发起到了重要指导作用。然而,煤和生物质作为碳烟颗粒的主要排放源之一,对于其燃烧火焰中碳烟的演化和理化特性研究得还比较少,需要对煤和生物质燃烧过程中碳烟的生成和演化特性做进一步研究,这对揭示碳烟的生成机理、抑制固体燃料燃烧过程中碳烟的生成有重要意义。本文为了探究煤和生物质燃烧火焰中碳烟的演变历程以及碳烟的物理化学特性,搭建了一套平面火焰燃烧实验台架,并设计了热泳取样系统和毛细管取样系统。分别以平顶山煤和芝麻杆为研究对象,利用TSPD-TEM技术研究了煤和生物质燃烧初期火焰中碳烟的生成及演化过程,并结合图像处理软件Image J和微晶处理软件Soot Fringe获得了碳烟的粒径分布、分形维数和纳观结构参数。另外,利用拉曼光谱仪和热重分析仪分别研究了碳烟颗粒的有序化程度和氧化活性的演变规律。研究结果表明,煤和生物质燃烧会通过焦油的内部反应、碳化直接转化为碳烟,并伴随着颗粒团聚逐渐形成碳烟团聚体,最后被逐渐氧化。芝麻杆火焰中基本碳烟颗粒的平均粒径为19.76 nm,微晶长度为0.731 nm,微晶曲率为1.135,层间距为0.381nm,碳烟团聚体的分形维数为1.74;平顶山煤火焰中基本碳烟颗粒的平均粒径为40.14nm,微晶长度为0.668 nm,微晶曲率为1.139,层间距为0.385 nm,碳烟团聚体的分形维数为2.07。与生物质燃烧生成的碳烟相比,燃煤碳烟的平均粒径更大,碳烟团聚体更紧凑,纳观结构更无序。拉曼光谱的结果表明,煤和生物质燃烧生成的碳烟颗粒的有序化程度随着火焰高度的增加而逐渐升高。热重实验结果表明,随着碳烟的生成和演变,其氧化活性先降低后增加。而且碳烟颗粒的有序化程度会影响碳烟的氧化活性,碳烟微观结构越有序,其氧化活性越低。与甲烷、乙烯火焰中的碳烟相比,煤和生物质等固体燃料燃烧生成的碳烟颗粒具有更高的氧化活性,更容易发生氧化反应。