CN105606758B - 研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的方法，其步骤为：采用激光剥蚀原理，以单颗粒气溶胶质谱仪对原煤进行化学成分及粒径的分析；利用质子转移反应质谱及单颗粒气溶胶质谱探测燃煤中挥发性有机物及颗粒物的化学成分与粒径分布；利用烟雾箱体系考察不同燃烧时间下燃煤在光化学反应中气体、颗粒物的化学成分、粒径等参数及其变化趋势，分析中间态数据，并比对静态煤剥蚀实验及静态煤燃烧实验数据，得出燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶过程的机理。本发明还公开一种装置。本发明能模拟燃煤在不同大气环境中的演变过程，准确捕捉其中间态产物，并量化煤燃烧及燃烧后光氧化的影响。

Description

研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种研究煤燃烧产物演变过程的方法和装置，特别是涉及一种研究燃煤光氧化反应的机理的方法和装置，应用于大气治理技术领域。

背景技术

煤炭是我国的基础能源。近年来，受国民经济快速发展的推动，我国煤炭产量和消费量呈现快速增长的势头。我国是“富煤、贫油、少气”的国家，这一特点决定了煤炭将在一次性能源生产和消费中占据主导地位且长期不会改变。目前我国煤炭可供利用的储量约占世界煤炭储量的11.67%，位居世界第三。我国是当今世界上第一产煤大国，煤炭产量占世界的35%以上。我国也是世界煤炭消费量最大的国家，煤炭一直是我国的主要能源和重要原料，在一次能源生产和消费构成中煤炭始终占一半以上。作为一次能源，煤的利用方式在我国主要是燃烧，我国每年生产的煤炭其中84%直接用于燃烧。据《中国青年网》称，过度使用煤炭等污染型能源，是中国雾霾问题的最主要原因。在近来公布的《煤炭使用对中国大气污染的贡献》中有数据显示，煤炭直接燃烧对中国环境空气PM2.5的浓度贡献为37%，煤炭使用对中国环境PM2.5浓度的贡献总体在61%左右。数量巨大的煤燃烧为我们提供充足的热源和电力资源的同时，也会带来严重的污染。

煤中几乎包含了元素周期表中所有的元素，煤炭在燃烧过程中，这些元素会以各种形式直接或间接的进入大气，除此以外，煤燃烧的同时不仅会生成大量的一次颗粒物和挥发性有机物，还会生成很多二次颗粒物的前体，这些前体包含于大气中在光的催化下发生复杂的光化学反应，进而形成成份异常复杂的二次有机气溶胶。目前，对于二次有机气溶胶的形成机理还不是十分清楚，特别是对于煤燃烧后究竟是怎样一步步生成二次有机气溶胶的更是知之甚少，这一方面是因为缺少体系化的研究系统以及可以实现实时在线准确捕捉中间态产物的精密仪器，另一方面是缺乏系统的研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的方法。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的方法和装置，烟雾箱体系，可准确捕捉燃煤在光氧化反应中各中间态的成份、浓度及其变化趋势。本发明利用烟雾箱体系考察不同燃烧时间下燃煤在光化学反应中气体、颗粒物的化学成分、粒径等参数及其变化趋势，分析中间态数据，并比对静态煤剥蚀实验及静态煤燃烧实验数据，得出燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶过程的机理。该方法可模拟燃煤在不同大气环境中的演变过程，准确捕捉其中间态产物，并量化煤燃烧及燃烧后光氧化的影响。

为达到上述发明创造目的，采用下述技术方案：

一种研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的方法，包括如下步骤：

a．静态煤剥蚀实验分析：利用激光剥蚀方法，采用激光器对煤块表面进行剥蚀，将剥蚀的原煤颗粒物经载气送入单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)中，进行化学成分及粒径分析，得出原煤颗粒物的化学成分和粒径分布数据；

b．静态煤燃烧实验分析：将煤块置于燃烧炉内燃烧，在煤燃烧的同时将燃煤产物烟气样品分别引入质子转移反应质谱仪(PTR-MS)及单颗粒气溶胶质谱仪中，测定燃煤产物烟气中的VOCs及颗粒物的化学成分和粒径分布数据；

c．动态煤燃烧光氧化实验分析：将煤块置于燃烧炉内进行燃烧，对不同燃烧时间的燃煤产物烟气进行采样后通入烟雾箱内，利用烟雾箱体系的测试分析系统测定燃煤产物烟气在光化学反应中各时间阶段，所生成的燃煤光化学二次反应产物中的气体及颗粒物的化学成分与粒径参数及其相应检测数据的变化趋势，通过分析燃煤在光化学反应中的各中间态数据，并与在步骤a中进行的静态煤剥蚀实验数据及在步骤b中进行的静态煤燃烧实验数据进行对比，进而得出燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶过程的机理。优选烟雾箱体系的测试分析系统主要包括质子转移反应质谱仪和单颗粒气溶胶质谱仪，来分别检测燃煤产物烟气中的气体及颗粒物的化学成分与粒径参数及其相应检测数据的变化趋势。作为本发明优选的技术方案，还将烟雾箱中的燃煤产物烟气在光氧化条件下生成的燃煤光化学二次反应产物引入相应的其他检测仪器，进行臭氧分析和氮氧化物分析，将检测得到的臭氧分析数据和氮氧化物分析数据一并作为分析燃煤在光化学反应中的各中间态数据，来分析燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶过程的机理。本发明优选对不同燃烧时间的燃煤产物烟气进行每次采样时间间隔不超过1分钟。

作为本发明另一种优选的技术方案，步骤b进行的静态煤燃烧实验分析和步骤c进行动态煤燃烧光氧化实验分析非同时进行，当步骤b完成对燃煤产物烟气中的VOCs及颗粒物的化学成分和粒径分布数据的测定后，再将此时采集的燃煤产物烟气通入烟雾箱，同时使质子转移反应质谱仪及单颗粒气溶胶质谱仪停止步骤b的静态煤燃烧实验分析工作，并用氮气冲洗质子转移反应质谱仪及单颗粒气溶胶质谱仪的流体管路，清除在步骤b的静态煤燃烧实验分析中的仪器中样品残留物，然后将烟雾箱中的燃煤产物烟气在光氧化条件下生成的燃煤光化学二次反应产物引入质子转移反应质谱仪及单颗粒气溶胶质谱仪中，对燃煤光化学二次反应产物的化学成分和粒径分布数据检测。

一种研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的装置，由配气系统、静态煤剥蚀实验分析系统、静态煤燃烧实验分析系统、动态煤燃烧光氧化实验分析系统和相应连接管路组成，配气系统包括零空气发生器、配气平台和多通阀组成，零空气发生器将空气输送到配气平台后进入多通阀的一个入口，静态煤剥蚀实验分析系统包括单颗粒气溶胶质谱仪，将原煤颗粒物通过配气系统送入单颗粒气溶胶质谱仪中，进行化学成分及粒径分析，得出原煤颗粒物的化学成分和粒径分布数据，静态煤燃烧实验分析系统包括燃烧炉、单颗粒气溶胶质谱仪、颗粒物过滤器和质子转移反应质谱仪，将煤块置于燃烧炉内进行燃烧，在煤燃烧的同时将燃煤产物烟气样品分别通过专用管路引入质子转移反应质谱仪及单颗粒气溶胶质谱仪中，测定燃煤产物烟气中的VOCs及颗粒物的化学成分和粒径分布数据，颗粒物过滤器安装在燃烧炉和质子转移反应质谱仪之间的专用管路上，对进入质子转移反应质谱仪的燃煤产物烟气样品进行过滤，动态煤燃烧光氧化实验分析系统主要由配气系统、采集器和烟雾箱体系测试分析系统组成，烟雾箱体系测试分析系统包括反应器主体部分、照射系统、光化学测试分析系统和排气系统，反应器主体部分包括化学反应腔和温湿度控制室，化学反应腔设置于温湿度控制室内，数据分析与控制系统控制温湿控系统，对温湿度控制室内的温度和湿度进行调控，排气系统能将化学反应腔中的烟气进行排放或收集，配气系统的多通阀的一个出口与化学反应腔的进口连通，在燃烧炉中生成的燃煤产物烟气样品通过采集器的采集后进入配气系统的多通阀的另一个入口后，经配气系统中载气进入化学反应腔，照射系统设对化学反应腔内部空间进行光学照射，光化学测试分析系统包括质子转移反应质谱仪和单颗粒气溶胶质谱仪，化学反应腔的二次反应产物出口分别通过另一个多通阀分别与质子转移反应质谱仪和单颗粒气溶胶质谱仪的入口管路连通，其中化学反应腔的出口经由多通阀之后还要再通过另一个颗粒物过滤器与质子转移反应质谱仪的入口管路连通，将煤块置于燃烧炉内进行燃烧，对不同燃烧时间的燃煤产物烟气进行采样后通入化学反应腔内，利用光化学测试分析系统测定燃煤产物烟气在光化学反应中各时间阶段，所生成的燃煤光化学二次反应产物中的气体及颗粒物的化学成分与粒径参数及其相应检测数据的变化趋势，通过数据分析与控制系统分析燃煤在光化学反应中的各中间态数据，并与静态煤剥蚀实验分析系统测试分析的数据和静态煤燃烧实验分析系统测试分析的数据进行对比分析，进而得出燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶过程的机理，数据分析与控制系统还控制配气系统、静态煤剥蚀实验分析系统、静态煤燃烧实验分析系统和动态煤燃烧光氧化实验分析系统的协调工作。

作为本发明装置的优选技术方案，动态煤燃烧光氧化实验分析系统的光化学测试分析系统还包括臭氧分析仪、氮氧化物分析仪和气相色谱仪中的任意几台辅助分析仪器，化学反应腔的出口经由颗粒物过滤器后，再分别与各辅助分析仪器的入口管路连通，进行辅助分析，将检测得到的辅助分析数据一并作为分析燃煤在光化学反应中的各中间态数据，来分析燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶过程的机理。

作为上述装置技术方案的进一步优选技术方案，在动态煤燃烧光氧化实验分析系统中，照射系统采用黑光灯，化学反应腔为透明箱体内腔，黑光灯设置于在透明箱体外部，且黑光灯设置于温湿度控制室内壁上，温湿度控制室内壁为反射镜面。

作为上述装置技术方案的进一步优选技术方案，在动态煤燃烧光氧化实验分析系统中，排气系统采用抽气泵，抽气泵的吸气口与化学反应腔连通，通过数据分析与控制系统控制对化学反应腔进行排气。

作为上述装置技术方案的进一步优选技术方案，颗粒物过滤器的最小过滤粒径为0.01 μm。

作为上述装置技术方案的进一步优选技术方案，燃煤光化学二次反应产物进入单颗粒气溶胶质谱仪入口的连接管路采用不锈钢管，燃煤光化学二次反应产物进入质子转移反应质谱仪入口的连接管路采用PFA管。

作为上述装置技术方案的进一步优选技术方案，配气系统采用的载气为氮气或惰性气体。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 本发明通过建立烟雾箱体系，利用气相及颗粒相实时在线分析仪器实现对燃煤光氧化反应中间态产物的准确捕捉，而且本发明分别针对静态原煤剥蚀，静态煤燃烧直接检测分析，以及烟雾箱体系下燃煤光氧化三方面开展，两两之间建立对立面，可以准确量化煤燃烧及燃烧后光氧化的影响，并比对静态煤剥蚀实验及静态煤燃烧实验数据，得出燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶过程的机理；

2. 本发明能够实现针对不同大气环境条件下的煤燃烧模拟实验，该方法操作简便，利于本专业研究人员借鉴，无需花费任何创造性劳动即可再现，实用性强。

附图说明

图1是本发明实施例一研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理装置结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1，一种研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的装置，由配气系统、静态煤剥蚀实验分析系统、静态煤燃烧实验分析系统、动态煤燃烧光氧化实验分析系统和相应连接管路组成，配气系统包括零空气发生器13、配气平台14和多通阀1组成，零空气发生器13将空气输送到配气平台14后进入多通阀1的一个入口，静态煤剥蚀实验分析系统包括单颗粒气溶胶质谱仪10，将原煤颗粒物通过配气系统送入单颗粒气溶胶质谱仪10中，进行化学成分及粒径分析，得出原煤颗粒物的化学成分和粒径分布数据，静态煤燃烧实验分析系统包括燃烧炉11、单颗粒气溶胶质谱仪10、颗粒物过滤器6和质子转移反应质谱仪7，将煤块置于燃烧炉11内进行燃烧，在煤燃烧的同时将燃煤产物烟气样品分别通过专用管路引入质子转移反应质谱仪7及单颗粒气溶胶质谱仪10中，测定燃煤产物烟气中的VOCs及颗粒物的化学成分和粒径分布数据，颗粒物过滤器6安装在燃烧炉11和质子转移反应质谱仪7之间的专用管路上，对进入质子转移反应质谱仪7的燃煤产物烟气样品进行过滤，动态煤燃烧光氧化实验分析系统主要由配气系统、采集器12和烟雾箱体系测试分析系统组成，烟雾箱体系测试分析系统包括反应器主体部分、照射系统、光化学测试分析系统和排气系统，反应器主体部分包括化学反应腔15和温湿度控制室2，化学反应腔15设置于温湿度控制室2内，数据分析与控制系统控制温湿控系统3，对温湿度控制室2内的温度和湿度进行调控，排气系统能将化学反应腔15中的烟气进行排放或收集，配气系统的多通阀1的一个出口与化学反应腔15的进口连通，在燃烧炉11中生成的燃煤产物烟气样品通过采集器12的采集后进入配气系统的多通阀1的另一个入口后，经配气系统中载气进入化学反应腔15，照射系统设对化学反应腔15内部空间进行光学照射，光化学测试分析系统包括质子转移反应质谱仪7和单颗粒气溶胶质谱仪10，化学反应腔15的二次反应产物出口分别通过另一个多通阀1分别与质子转移反应质谱仪7和单颗粒气溶胶质谱仪10的入口管路连通，其中化学反应腔15的出口经由多通阀1之后还要再通过另一个颗粒物过滤器6与质子转移反应质谱仪7的入口管路连通，将煤块置于燃烧炉11内进行燃烧，对不同燃烧时间的燃煤产物烟气进行采样后通入化学反应腔15内，利用光化学测试分析系统测定燃煤产物烟气在光化学反应中各时间阶段，所生成的燃煤光化学二次反应产物中的气体及颗粒物的化学成分与粒径参数及其相应检测数据的变化趋势，通过数据分析与控制系统分析燃煤在光化学反应中的各中间态数据，并与静态煤剥蚀实验分析系统测试分析的数据和静态煤燃烧实验分析系统测试分析的数据进行对比分析，进而得出燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶过程的机理，数据分析与控制系统还控制配气系统、静态煤剥蚀实验分析系统、静态煤燃烧实验分析系统和动态煤燃烧光氧化实验分析系统的协调工作。本实施例的烟雾箱体系主体部分为长方体化学反应腔15，材质为FEP-Teflon，体积1.2m³，比表面积5.7m^-1。箱体相邻面的薄膜边缘由铝型材和橡胶垫加以密闭和固定，并由角件连接组装而成。烟雾箱体系化学反应腔15底部安装有镀有特富龙膜的扰流风扇，烟雾箱体系的配气系统采用零空气发生器13，型号为AADCO 737，并配备多用途三通道配气平台14。烟雾箱体系照射系统为20个40W黑光灯，型号为GE F40BLB，并等数布于外箱体内壁两侧。烟雾箱体系中温湿度控制室2也为长方体，体积4.6m³，外壳由保温材质填充而成，温湿度由电气柜空调控制，型号为KA1500T。烟雾箱体系中各进出烟雾箱口均装有PFA材质单向阀，防止倒流。

在本实施例中，参见图1，动态煤燃烧光氧化实验分析系统的光化学测试分析系统还包括臭氧分析仪8和氮氧化物分析仪9，化学反应腔15的出口经由颗粒物过滤器6后，再分别与臭氧分析仪8和氮氧化物分析仪9的入口管路连通，进行臭氧分析和氮氧化物分析，将检测得到的臭氧分析数据和氮氧化物分析数据一并作为分析燃煤在光化学反应中的各中间态数据，来分析燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶过程的机理。

在本实施例中，参见图1，在动态煤燃烧光氧化实验分析系统中，照射系统采用黑光灯4，化学反应腔15为透明箱体内腔，黑光灯4设置于在透明箱体外部，且黑光灯4设置于温湿度控制室2内壁上，温湿度控制室2内壁为反射镜面。

在本实施例中，参见图1，在动态煤燃烧光氧化实验分析系统中，排气系统采用抽气泵5，抽气泵5的吸气口与化学反应腔15连通，通过数据分析与控制系统控制对化学反应腔15进行排气。

在本实施例中，参见图1，颗粒物过滤器采用多明尼克过滤器，型号为AA-010BBFX，最小过滤粒径为0.01 μm。

在本实施例中，参见图1，燃煤光化学二次反应产物进入单颗粒气溶胶质谱仪10入口的连接管路采用不锈钢管，燃煤光化学二次反应产物进入质子转移反应质谱仪7入口的连接管路采用PFA管，PFA材质不利于VOCs损失及附着。

在本实施例中，参见图1，配气系统采用的载气为氮气。

在本实施例中，参见图1，一种研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的方法，包括如下步骤：

a．静态煤剥蚀实验分析：利用激光剥蚀方法，采用激光器对煤块表面进行剥蚀，将剥蚀的原煤颗粒物经载气送入单颗粒气溶胶质谱仪10中，进行化学成分及粒径分析，得出原煤颗粒物的化学成分和粒径分布数据；

b．静态煤燃烧实验分析：将煤块置于燃烧炉11内燃烧，在煤燃烧的同时将燃煤产物烟气样品分别引入质子转移反应质谱仪7及单颗粒气溶胶质谱仪10中，测定燃煤产物烟气中的VOCs及颗粒物的化学成分和粒径分布数据；

c．动态煤燃烧光氧化实验分析：将煤块置于燃烧炉内11进行燃烧，对不同燃烧时间的燃煤产物烟气进行采样后通入烟雾箱内，利用烟雾箱体系的测试分析系统测定燃煤产物烟气在光化学反应中各时间阶段，所生成的燃煤光化学二次反应产物中的气体及颗粒物的化学成分与粒径参数及其相应检测数据的变化趋势，通过分析燃煤在光化学反应中的各中间态数据，并与在步骤a中进行的静态煤剥蚀实验数据及在步骤b中进行的静态煤燃烧实验数据进行对比，进而得出燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶过程的机理。

在本实施例中，参见图1，在研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的方法实施过程中，步骤b进行的静态煤燃烧实验分析和步骤c进行动态煤燃烧光氧化实验分析非同时进行，当步骤b完成对燃煤产物烟气中的VOCs及颗粒物的化学成分和粒径分布数据的测定后，再将此时采集的燃煤产物烟气通入烟雾箱，同时使质子转移反应质谱仪及单颗粒气溶胶质谱仪停止步骤b的静态煤燃烧实验分析工作，燃煤样品在烟雾箱内稀释混合均匀之前，用氮气冲洗质子转移反应质谱仪及单颗粒气溶胶质谱仪的流体管路，清除在步骤b的静态煤燃烧实验分析中的仪器中样品残留物，而后烟雾箱体系给予光氧化条件，各出气单向阀开启，将烟雾箱中的燃煤产物烟气在光氧化条件下生成的燃煤光化学二次反应产物引入质子转移反应质谱仪及单颗粒气溶胶质谱仪中，对燃煤光化学二次反应产物的化学成分和粒径分布数据检测。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，动态煤燃烧光氧化实验分析系统的光化学测试分析系统还包括气相色谱仪，对燃煤光化学二次反应产物进行气相色谱辅助分析，将检测得到的气相色谱辅助分析数据一并作为分析燃煤在光化学反应中的各中间态数据，通过多维数据分析，更加精确地得出燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶过程的机理。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的方法和装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a．静态煤剥蚀实验分析：利用激光剥蚀方法，采用激光器对煤块表面进行剥蚀，将剥蚀的原煤颗粒物经载气送入单颗粒气溶胶质谱仪中，进行化学成分及粒径分析，得出原煤颗粒物的化学成分和粒径分布数据；

b．静态煤燃烧实验分析：将煤块置于燃烧炉内燃烧，在煤燃烧的同时将燃煤产物烟气样品分别引入质子转移反应质谱仪及单颗粒气溶胶质谱仪中，测定燃煤产物烟气中的VOCs及颗粒物的化学成分和粒径分布数据；

c．动态煤燃烧光氧化实验分析：将煤块置于燃烧炉内进行燃烧，对不同燃烧时间的燃煤产物烟气进行采样后通入烟雾箱内，利用烟雾箱体系的测试分析系统测定燃煤产物烟气在光化学反应中各时间阶段，所生成的燃煤光化学二次反应产物中的气体及颗粒物的化学成分与粒径参数及其相应检测数据的变化趋势，通过分析燃煤在光化学反应中的各中间态数据，并与在所述步骤a中进行的静态煤剥蚀实验数据及在所述步骤b中进行的静态煤燃烧实验数据进行对比，进而得出燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶过程的机理。

2.根据权利要求1所述研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的方法，其特征在于：在所述步骤c中，烟雾箱体系的测试分析系统主要包括质子转移反应质谱仪和单颗粒气溶胶质谱仪，来分别检测燃煤产物烟气中的气体及颗粒物的化学成分与粒径参数及其相应检测数据的变化趋势。

3.根据权利要求1或2所述研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的方法，其特征在于：所述步骤b进行的静态煤燃烧实验分析和所述步骤c进行动态煤燃烧光氧化实验分析非同时进行，当所述步骤b完成对燃煤产物烟气中的VOCs及颗粒物的化学成分和粒径分布数据的测定后，再将此时采集的燃煤产物烟气通入烟雾箱，同时使质子转移反应质谱仪及单颗粒气溶胶质谱仪停止所述步骤b的静态煤燃烧实验分析工作，并用氮气冲洗质子转移反应质谱仪及单颗粒气溶胶质谱仪的流体管路，清除在所述步骤b的静态煤燃烧实验分析中的仪器中样品残留物，然后将烟雾箱中的燃煤产物烟气在光氧化条件下生成的燃煤光化学二次反应产物引入质子转移反应质谱仪及单颗粒气溶胶质谱仪中，对燃煤光化学二次反应产物的化学成分和粒径分布数据检测。

4.根据权利要求1或2所述研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的方法，其特征在于：在所述步骤c中，还将烟雾箱中的燃煤产物烟气在光氧化条件下生成的燃煤光化学二次反应产物引入相应的其他检测仪器，进行臭氧分析和氮氧化物分析，将检测得到的臭氧分析数据和氮氧化物分析数据一并作为分析燃煤在光化学反应中的各中间态数据，来分析燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶过程的机理。

5.根据权利要求1或2所述研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的方法，其特征在于：在所述步骤c中，对不同燃烧时间的燃煤产物烟气进行每次采样时间间隔不超过1分钟。

6.一种研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的装置，其特征在于：由配气系统、静态煤剥蚀实验分析系统、静态煤燃烧实验分析系统、动态煤燃烧光氧化实验分析系统和相应连接管路组成，所述配气系统包括零空气发生器（13）、配气平台（14）和多通阀（1），所述零空气发生器（13）将空气输送到所述配气平台（14）后进入所述多通阀（1）的一个入口，所述静态煤剥蚀实验分析系统包括单颗粒气溶胶质谱仪（10），将原煤颗粒物通过所述配气系统送入所述单颗粒气溶胶质谱仪（10）中，进行化学成分及粒径分析，得出原煤颗粒物的化学成分和粒径分布数据，所述静态煤燃烧实验分析系统包括燃烧炉（11）、所述单颗粒气溶胶质谱仪（10）、颗粒物过滤器（6）和质子转移反应质谱仪（7），将煤块置于所述燃烧炉（11）内进行燃烧，在煤燃烧的同时将燃煤产物烟气样品分别通过专用管路引入所述质子转移反应质谱仪（7）及所述单颗粒气溶胶质谱仪（10）中，测定燃煤产物烟气中的VOCs及颗粒物的化学成分和粒径分布数据，所述颗粒物过滤器（6）安装在所述燃烧炉（11）和所述质子转移反应质谱仪（7）之间的专用管路上，对进入所述质子转移反应质谱仪（7）的燃煤产物烟气样品进行过滤，所述动态煤燃烧光氧化实验分析系统主要由所述配气系统的多通阀（1）、采集器（12）和烟雾箱体系测试分析系统组成，所述烟雾箱体系测试分析系统包括反应器主体部分、照射系统、光化学测试分析系统和排气系统，所述反应器主体部分包括化学反应腔（15）和温湿度控制室（2），所述化学反应腔（15）设置于所述温湿度控制室（2）内，数据分析与控制系统控制温湿控系统（3），对所述温湿度控制室（2）内的温度和湿度进行调控，所述排气系统能将所述化学反应腔（15）中的烟气进行排放或收集，所述配气系统的多通阀（1）的一个出口与所述化学反应腔（15）的进口连通，在所述燃烧炉（11）中生成的燃煤产物烟气样品通过所述采集器（12）的采集后进入所述配气系统的多通阀（1）的另一个入口后，经所述配气系统中载气进入所述化学反应腔（15），所述照射系统对所述化学反应腔（15）内部空间进行光学照射，所述光化学测试分析系统包括所述质子转移反应质谱仪（7）和所述单颗粒气溶胶质谱仪（10），所述化学反应腔（15）的二次反应产物出口分别通过另一个多通阀（1）分别与所述质子转移反应质谱仪（7）和所述单颗粒气溶胶质谱仪（10）的入口管路连通，其中所述化学反应腔（15）的出口经由多通阀（1）之后还要再通过另一个所述颗粒物过滤器（6）与所述质子转移反应质谱仪（7）的入口管路连通，将煤块置于所述燃烧炉（11）内进行燃烧，对不同燃烧时间的燃煤产物烟气进行采样后通入所述化学反应腔（15）内，利用所述光化学测试分析系统测定燃煤产物烟气在光化学反应中各时间阶段，所生成的燃煤光化学二次反应产物中的气体及颗粒物的化学成分与粒径参数及其相应检测数据的变化趋势，通过数据分析与控制系统分析燃煤在光化学反应中的各中间态数据，并与所述静态煤剥蚀实验分析系统测试分析的数据和所述静态煤燃烧实验分析系统测试分析的数据进行对比分析，进而得出燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶过程的机理，所述数据分析与控制系统还控制所述配气系统、所述静态煤剥蚀实验分析系统、所述静态煤燃烧实验分析系统和所述动态煤燃烧光氧化实验分析系统的协调工作。

7.根据权利要求6所述研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的装置，其特征在于：所述动态煤燃烧光氧化实验分析系统的光化学测试分析系统还包括臭氧分析仪（8）、氮氧化物分析仪（9）和气相色谱仪中的任意几台辅助分析仪器，所述化学反应腔（15）的出口经由所述颗粒物过滤器（6）后，再分别与各所述辅助分析仪器的入口管路连通，进行辅助分析，将检测得到的辅助分析数据一并作为分析燃煤在光化学反应中的各中间态数据，来分析燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶过程的机理。

8.根据权利要求6或7所述研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的装置，其特征在于：在所述动态煤燃烧光氧化实验分析系统中，所述照射系统采用黑光灯（4），所述化学反应腔（15）为透明箱体内腔，所述黑光灯（4）设置在透明箱体外部，且所述黑光灯（4）设置于所述温湿度控制室（2）内壁上，所述温湿度控制室（2）内壁为反射镜面。

9.根据权利要求6或7所述研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的装置，其特征在于：在所述动态煤燃烧光氧化实验分析系统中，所述排气系统采用抽气泵（5），所述抽气泵（5）的吸气口与所述化学反应腔（15）连通，通过所述数据分析与控制系统控制对所述化学反应腔（15）进行排气。

10.根据权利要求6或7所述研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的装置，其特征在于：所述颗粒物过滤器（6）的最小过滤粒径为0.01 μm。

11.根据权利要求6或7所述研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的装置，其特征在于：燃煤光化学二次反应产物进入所述单颗粒气溶胶质谱仪（10）入口的连接管路采用不锈钢管，燃煤光化学二次反应产物进入所述质子转移反应质谱仪（7）入口的连接管路采用PFA管。

12.根据权利要求6或7所述研究燃煤光氧化衍变生成二次有机气溶胶机理的装置，其特征在于：所述配气系统采用的载气为氮气或惰性气体。