考虑用户对可持续储备提供响应意愿的灵活负荷储备容量评估方法 欧仲曦、 钱丽红、 彭帅、 吴伟杰、 张亮、 冯明谦、 洪传远、 沈浩然、 戴伟

《Energies》：Flexible Load Reserve Capacity Evaluation Method Considering User Response Willingness for Sustainable Reserve Provision Zhongxi Ou, Lihong Qian, Sui Peng, Weijie Wu, Liang Zhang, Mingqian Feng, Chuyuan Hong, Haoran Shen and Wei Dai

　　**摘要**
由人类活动产生的黑碳（BC）排放主要来自化石燃料和固体生物质的燃烧，以及由于不完全燃烧而产生的交通燃料排放。目前黑碳污染的最大来源是柴油交通工具和燃烧固体化石燃料或生物质的家用加热设备。本研究使用了木柴和颗粒燃料作为黑碳的研究对象。实验中使用了四种使用木材和农业废弃物颗粒的家用加热设备，以及多种类型的木柴。测试采用了重量分析方法来确定颗粒物的总量。在进一步的物理和化学分析中，将这些排放物分解为可分离并称重的已知成分。在我们的研究中，黑碳排放量根据锅炉类型（自动或手动）、燃烧方式（基于氧气供应）和燃料类型的不同而有所不同。在现代颗粒燃料自动控制锅炉中，黑碳排放量在0-8毫克/兆焦之间；而在木柴用水加热锅炉中，黑碳排放量在1-25毫克/兆焦之间，其中软木（云杉）的排放量最高。在自动供料和控制的颗粒燃烧器中，黑碳排放量在1-120毫克/兆焦之间；而在木柴燃烧的壁炉中，黑碳排放量在6-80毫克/兆焦之间，其中白桦木柴的排放量最高。

**1. 引言**
黑碳是一种污染物，主要以PM2.5颗粒物（固体颗粒和液滴）的形式存在，当固体生物质或化石燃料不完全且低效燃烧时会产生黑碳。原则上，黑碳的形成过程会导致所有污染物的大量排放，尤其是二氧化碳（CO）和各种挥发性有机化合物（VOCs）。根据“减少短期气候污染物的气候与清洁空气联盟”[1]的数据，黑碳对气候变化和农业生产力有显著影响，会加速冰层融化，并危害人类健康。黑碳对全球变暖的影响是相同量二氧化碳的1500倍。全球黑碳排放的主要领域包括家庭能源（43.4%）、交通（25.5%）、工业（12.7%）、农业（5.2%）、废弃物（5.1%）、化石燃料使用（2.9%）和其他行业（0.6%）[2]。黑碳的主要来源是柴油发动机、加热设备、家用炉灶和森林火灾。由于这些因素，黑碳的生成量正在增加，可能会对气候变化产生更大的负面影响[3]。2022年，全球黑碳排放总量约为533万吨，其中大部分来自生物质的使用，尤其是在住宅和商业领域。全球10%的人口造成了超过一半的碳排放量：中国（131,475千吨，22%）、印度（71,113千吨，11.9%）、美国（70,786千吨，11.8%）、俄罗斯（27,283千吨，4.6%）和英国（25,798千吨，4.3%）[4]。无论不同大陆或国家之间有何差异，全球黑碳排放量都在持续增长。1960年至2017年的全球清单[5]涵盖了73个详细的排放源。由于人口增长、能源消耗增加、车辆数量增加以及低效家用炉灶的持续使用，估计的年排放量比之前的多项清单高出32%。

研究表明，黑碳排放量在不同地区差异很大，并具有深远的影响。对北半球冰芯中的黑碳研究（受北美、英国、俄罗斯和北欧的影响[6]，以及南半球的南极洲[7]（受非洲、南美洲和澳大利亚的影响）表明，化石燃料和生物质燃烧产生的黑碳会使积雪变暗并加速其融化。由于近年来南极洲人口的增长，研究和旅游活动导致黑碳足迹可能有所增加[8]。此外，黑碳排放还对海洋环境产生影响，因为秋季（北方冬季之前）的黑碳排放与厄尔尼诺指数呈正相关。厄尔尼诺现象通过加剧干燥空气条件，使黑碳排放增加十倍，从而显著升温并影响西太平洋上空的大气环流[9]。

中国的研究显示了该国黑碳浓度最高的地区。自本世纪初以来，中国的黑碳浓度年均下降率为0.36微克/立方米（p < 0.001）。对印度恒河平原黑碳排放量的研究表明，需要更先进的模型来清晰描述黑碳的微观物理特性，并展示生物燃料燃烧对当地空气质量的影响及黑碳对光吸收的增加[10,11]。后续研究揭示了开放生物质燃烧导致全球变暖约0.4K的影响[12]。使用ECLIPSE项目数据计算了包括黑碳在内的各类排放物，并展示了25个地区的结果。尽管亚洲和非洲等大陆的局部黑碳变化不如颗粒物（PM）那么显著，但由于新的排放源（如住宅燃烧和工业过程），全球黑碳排放量仍在增加[13]。此外，人口增长和城市发展导致空气污染加剧，这对人类健康有重大影响。不幸的是，污染物来源没有得到有效控制，排放浓度经常超过世界卫生组织推荐的规范，而且排放浓度或颗粒物组成的季节性变化很小。固体颗粒物含量的最大影响来自有机物质（49±7%）和水溶性无机离子[14]。

全球范围内，人类燃烧的生物质量一直在稳步增加，尽管在中国等一些国家，住宅生物燃料的消费量有所下降。生物质燃烧产生的PM2.5、黑碳和有机碳（OC）的初级排放量分别估计约为51泰克、4.6泰克和29泰克，占所有来源总排放量的近70%、55%和90%。值得注意的是，家用加热设备的排放是这些排放的主要来源[15]。黑碳也被认为是北极变暖的重要驱动因素。引入减排技术可以减少北极乃至全球的变暖[16]。中欧报告称，在2020年的COVID封锁期间，黑碳排放量显著减少。整个欧洲的黑碳排放量平均比前五年（2015-2019年）减少了约23千吨，这突显了疫情造成的停滞带来的显著影响。根据类似地区的黑碳测量数据，自2015年以来的减少幅度与往年相似[17]。2022年，欧盟27个国家的黑碳排放总量为181,000公吨，比2021年减少了6.2%。自2000年以来，这些国家的黑碳排放量下降了47%[18]。

关于各种领域中生物质的有意或无意燃烧（如森林火灾）对环境空气质量的影响，以及此类受污染空气对人类健康的影响已有很多讨论[15]。英国和中国的研究表明，燃烧产生的颗粒物（包括黑碳）的主要影响包括哮喘、肺癌、呼吸系统和心血管疾病、婴儿死亡率和低出生体重[19,20]。其他研究还指出长期黑碳暴露与神经效应有关，包括儿童认知发育受损和围产期健康问题[21]。由于颗粒物尺寸较小，黑碳可以深入呼吸道并进入血液。没有安全的暴露阈值，任何量的黑碳都会造成危害[22,23]。目前正在准备和提交的黑碳排放清单没有像其他强制性监测排放那样受到严格控制和审查。因此，欧盟决定将黑碳报告定为强制性要求而非自愿性手段，这是朝着建立合法报告基础迈出的正确一步[16]。因此，估算和测量黑碳排放量变得非常重要，需要制定可靠的评估方法。EMEP/EEA指南[24]建议将黑碳排放量按颗粒物排放量的百分比计算，并假设元素碳和黑碳是相同的。通常情况下（虽然不完全如此），黑碳因子是以PM2.5排放量的无量纲比例给出的，而不是作为单独的排放因子。

黑碳排放量的评估方法多种多样。在希腊雅典，使用aethalometer模型量化了木材燃烧（以及化石燃料）对黑碳浓度的贡献，结果显示冬季最冷月份黑碳排放量增加了30%[25]。新西兰的黑碳清单通过建模显示，其浓度高于伦敦的0.17–0.33微克/立方米。建模还表明，40年来英国因木材燃料供暖消耗增加14倍，导致黑碳排放量增加了40–55%[26]。测量不同来源（化石燃料与生物质燃烧）的黑碳颗粒的光学特性对于更好地限制其辐射强迫效应和避免透镜效应引起的吸收增强也非常重要[27]。通过量化这些成分，可以评估有机碳（OC）（包括黑碳气溶胶）对大气光吸收的影响，这些成分是在受控条件下测量的[28]。在660纳米处的碳排放吸收强度远低于370纳米处的吸收强度（不到4.2倍）[28]。立陶宛的环境中也进行了类似的有机碳和黑碳质量浓度测量。城市背景环境中的黑碳气溶胶最高小时浓度（17.23微克/立方米）是平均浓度的七倍以上，甚至比沿海/农村地区（0.84和0.77微克/立方米）高出20倍以上[29]。在海洋/沿海地区使用七通道aethalometer测量了黑碳气溶胶的季节性变化，结果显示10月至4月寒冷时期的浓度是5月至9月温暖时期的两倍以上（835纳克/立方米对比362纳克/立方米[30]。丹麦的研究[31]展示了多个选定国家及欧盟27国的黑碳排放量预测增长情况，2015年住宅燃烧导致的黑碳排放量预计增长56%（152,290吨），到2030年平均增长69%（111,380吨），但由于向可再生能源的转变，总体数值趋于下降。

目前已有技术可以减少全球黑碳排放。与其他污染物不同，EMEP/EEA指南建议将黑碳排放量按颗粒物排放量的百分比计算[24]。一种非破坏性和快速的光学方法被用于区分黑碳的标准品，并发现其对空气中黑碳水平的估计非常敏感。使用热光学分析方法也可以获得类似的结果[32]。EURAMET研究[33]概述了现有的气溶胶吸收测量方法和可用仪器，其中基于过滤的方法占主导地位，尽管这些方法也存在缺点。中国的研究[32]采用了一种综合框架，结合了臭氧监测仪器（OMI）的卫星观测数据、极端梯度提升（XGBoost）算法（显示20年中国黑碳排放及其相关过早死亡率的时空演变）以及暴露-响应模型。通过切换和替换清单的数值实验，基于全球化学传输模型GEOS-Chem，估计了生物质燃烧排放清单对大气CO2浓度模拟的影响。结果显示，全球碳排放量每年增加2.4 ppm。这项研究进一步强调了生物质燃烧在大气CO2中的作用[34]。多源空间数据被整合用于估算森林火灾的碳排放。提出了一种层次模型来估算生物量和碳排放。与弱光束相比，ICESat-2的强光束在生物量估算方面更为优越[35]。住宅燃烧产生的排放来自居民用于供暖和烹饪的小型固定燃烧装置，这些排放可以根据各燃烧设备的加热能力与非住宅燃烧排放区分开来——通常认为住宅设备的加热能力小于50千瓦[16]。在我们的研究中，我们需要直接从单个生物质锅炉的烟气通道中估算黑碳（BC）排放。在瑞士进行了一项关于使用不同质量生物质燃料的各种加热装置的颗粒物和黑碳排放的研究，显示出针对性地针对特定设备类别对减排的积极影响。研究表明，黑碳排放对硬木/软木的混合使用敏感[36]。另一项由芬兰科学家进行的调查显示，在芬兰，住宅木材燃烧是颗粒物和黑碳排放的最大来源，黑碳占该国总黑碳排放量的55%。这项研究使用了能够同时计算多种人为污染源的模型[37]。目前还没有普遍接受的方法来测量大气气溶胶中的黑碳。不同的方法对气溶胶的粒径分布和化学成分敏感度不同，但这些方法通常具有相关性，黑碳的平均值在其标准偏差范围内是一致的[38]。捷克 researchers 还进行了一项研究，研究了不同排放等级的生物质锅炉燃烧过程中产生的炭和烟尘中的有机化合物[39]。他们发现，EC 2 和 EC 3 等级的锅炉产生的烟尘量占总量的14%到25%[39]。

实验室实验通常用于评估家用供暖设备的性能，特别是在不同燃烧条件（如燃烧速率）、不同类型木材燃料以及木材状态（干燥或潮湿）下的性能。由于燃烧过程对条件非常敏感，因此条件的微小变化可能导致排放因子的显著变化[16]。作者开始研究黑碳的测量方法，验证了用于评估家庭设备中黑碳的重量分析法，因为这种方法之前曾被用于评估工业锅炉燃烧生物质产生的颗粒物。初步评估表明，这种方法可以提供可比较且经过验证的结果[40]。

在欧洲，包括立陶宛，目前黑碳污染的最大来源首先是柴油运输，其次是燃烧固体化石燃料或生物质的家用供暖设备。我们的工作评估了几种在单独居住的家庭中最广泛使用的家用锅炉的黑碳排放情况，这些锅炉市场供应广泛，在立陶宛以及其他波罗的海和北欧国家也最为常见。我们的工作还评估了生物质燃料供暖设备的排放情况，并探讨了通过更换旧锅炉来减少这些排放的方法。

2. 材料与方法
2.1. 材料
本研究使用了木柴和颗粒燃料。由于家用颗粒锅炉既可以使用木颗粒，也可以使用农业废弃物颗粒，因此测试了两种类型的颗粒：
- 木颗粒：混合木材和针叶木材；
- 农业废弃物颗粒：小麦秸秆、油菜秸秆、向日葵壳；
- 木柴：（硬木）橡树、白蜡树、桦树；（软木）云杉。

所有参数均在获得认证的实验室中使用以下设备根据标准要求进行测定：
- 总水分含量使用低温实验室电炉 Binder FD 115（德国图特林根）根据标准 EN ISO 18134-1 测定[41]；
- 灰分含量使用马弗炉 Nabertherm LVT/9/11/P330（德国莉连塔尔）根据标准 EN ISO 18122 测定[42]；
- 总碳（C）、氢（H）和氮（N）含量使用 Flash 2000 分析仪（美国马萨诸塞州沃尔瑟姆）根据标准 EN ISO 16948 测定[43]；
- 总硫（S）含量使用离子色谱仪 Dionex ISC-5000 DC（美国加州桑尼维尔）根据标准 EN ISO 16994 测定[44]；
- 发热值使用自动量热仪 IKA C5000（德国施塔芬）根据标准 EN ISO 18125 测定[45]。

2.2. 测试设备与方法
在立陶宛能源研究所的实验室中，使用了热设备测试装置、烟气分析仪、颗粒物（PM）采样单元以及样品处理辅助设备。图1展示了热设备测试装置的简化测试方案。根据不同类型的供暖设备，该装置安装在秤上以准确测量燃料消耗量，并连接到水和热计量系统（对于固体燃料锅炉），以及烟气测量系统。这些系统能够测量和记录关键运行参数，包括热输出、效率、烟气流动特性和排放量。图1显示了测试装置的示意图。

对于黑碳的研究，使用自动等速采样器 TCR Tecora Isostack Basic HV 根据标准 EN 13284-1[46]采集颗粒物。该方法基于重量分析来确定总颗粒物浓度。随后，对颗粒物样品进行物理和化学分析，将收集到的物质分离成已知成分的组分，如挥发性有机化合物（VOCs）、黑碳和矿物质化合物，并进行称重。

研究使用了四种家用供暖设备，其主要技术参数见表1。这些设备按照制造商的指示进行安装和操作。初始运行参数（如燃料量和燃烧空气量、风速、温度等）保持不变，使用的是制造商设定的值。

2.3. 数据分析与处理
考虑到家用生物燃料燃烧装置的质量和年龄各不相同，且使用的燃料种类多样，有时质量较差，因此在锅炉和炉子中模拟了三种燃烧模式进行燃烧：“氧气过量”（模式1）、“制造商设置”（模式2）和“氧气不足”（模式3）。通过改变提供的燃烧空气量来设置三种不同的燃烧模式。对于使用颗粒燃烧器的热水锅炉，通过将一次空气挡板移动25-30%从制造商推荐的位置来调节空气的过量/不足；对于壁炉插件，则通过完全打开或关闭一次空气挡板来调节。根据燃料类型的不同，完全打开挡板会使过量空气增加约20-40%，关闭挡板则减少约20-30%。木颗粒炉的空气供应通过电子方式调节：在过量空气模式下，风扇速度增加40%，使燃烧效率（lambda）平均提高25%；在空气不足模式下，风扇速度降低20%，使燃烧效率降低15-25%。木柴热水锅炉的燃烧模式通过完全打开或关闭二次空气挡板来调节：在模式1下，空气量平均增加10%；在模式3下，空气量平均减少10%。

为了测定供暖设备中的黑碳排放，使用装有玻璃棉的过滤筒收集颗粒物（PM）。收集的样品在不同温度下分阶段加热并称重，以此确定挥发性化合物、黑碳和矿物质化合物的含量。每一步结束后，都会称量过滤筒的重量以确定释放的黑碳量。

对于每次测试，都会测定燃烧燃料的重量和主要特性：水分含量（%）、灰分含量（%）、干净热值 [kJ/kg] 和湿净热值 [kJ/kg]。还需要确定基础燃料成分的化学元素（%）：碳、氢、氮、硫和氧。

以下温度对于确定生物燃料燃烧产生的颗粒物排放至关重要，这些温度基于描述纤维素（固体生物质燃料的主要成分）热分解行为的文献数据[47]：
- 在60至150°C之间，木材发生干燥过程；
- 在150-200°C时，纤维素开始燃烧；
- 在200°C时，纤维素开始初步分解；
- 在300°C时，纤维素降解过程开始；
- 在550°C时，纤维素降解过程以及燃烧过程结束。

图2展示了在160°C、300°C和550°C实验室炉温下经过燃烧后的过滤筒视图。图2. 燃烧后的过滤筒视图：(a) 在160°C下加热后；(b) 在300°C下加热后；(c) 在550°C下加热后。

为了评估这些过程和温度范围，需执行以下步骤：
在颗粒物测量之前，根据标准 EN 13284-1“固定源排放. 低质量颗粒物浓度测定”的规定，将过滤筒填充玻璃棉并在180°C的烤箱中加热1小时。干燥后，将过滤筒存放在干燥箱中至少8小时，以确保其在使用过程中的均匀性。然后称量过滤筒的重量，仅包含过滤器的重量。

在供暖设备测试期间使用预称量的过滤筒，使用自动等速采样器在供暖设备稳态运行模式下从燃烧产物测量部分采集30分钟的颗粒物样本。测量后，将带有颗粒物样本的过滤筒置于160°C下加热1小时。干燥后，再次将过滤筒存放在干燥箱中至少8小时，然后称量。使用以下公式（1）计算总颗粒物量：
(1)
$$
m = \frac{(V \times Oref \times Om - V \times Om'}{V}
$$
其中：m——颗粒物质量（mg），V——样本体积（m3），Oref——氧气参考浓度（%），Om——测量的氧气浓度（%）。

接下来，将过滤筒置于300°C的烤箱中加热5小时。再将过滤筒存放在干燥箱中8小时，然后称重以确定挥发性物质的体积。此时公式（1）中的 m 表示加热后的质量变化。

第三阶段，将过滤筒置于550°C下加热5小时。所有黑碳在此过程中被完全燃烧。经过300°C和550°C热处理的过滤筒之间的质量差表示气溶胶化黑碳的量。

最后，将经过550°C热处理的过滤筒与其采样前的初始重量之间的质量差表示矿物质含量（不可燃产物）。

黑碳排放量以毫克（mg）和烟气流量中的毫克/立方米（mg/m3）为单位进行称重。湿净热值（MJ/kg）和所用燃料的量（kg）被纳入公式（2）以计算每单位燃料的黑碳含量（mg/MJfuel）：
(2)
$$
c_{CB} = \frac{m \times (Oref - Om)}{V \times V \times Oref \times Om}
$$

3. 结果
表2列出了研究中使用的燃料的特性和组成。秸秆颗粒的碳含量较低，约为45%，而其他木质燃料和含油壳颗粒的碳含量较高，约为50%。实际上，木材燃料中的氮含量几乎可以忽略不计，农业废弃物颗粒中的氮含量略高（<1%）。测试所用燃料的测试结果与 Van Krevelen 图（图3）非常吻合。图3. Van Krevelen 图展示了生物燃料项目中使用的燃料类型，并结合了实验室收集的各种生物质燃料数据。使用虚线和带有大写字母的圆圈来表示实验室先前研究中调查的燃料类型。以下是相关曲线：1—木材特异性键合：H/C = 1.425 (O/C) + 0.5004；2—谷物、种子特异性键合：H/C = f(O/C)；3—压榨后油性种子特异性键合：油菜、亚麻、向日葵（B）以及油菜饼（C）；A—谷物、种子；A*—小麦粒、玉米棒；B—油性油菜、亚麻、向日葵种子；C—油性油菜籽饼；D—该研究中的颗粒燃料和木材；E—小麦和荞麦秸秆。实验室对不同类型农业生物量的化学成分进行了研究[48]。在这项工作中，主要增加了对木材燃料化学成分的研究。需要注意的是O/C和H/C的原子比，这些比率是某种生物量的特征，并与其热值密切相关。根据Van Krevelen图表，木材和秸秆颗粒的H/C比率相对较低（1.3–1.7），但O/C摩尔比率相似（0.6–0.9），这意味着H/C比率低的燃料热值较低，而高O/C比率则意味着CO2排放量较高[49]。为了确保结果的可靠性，每种燃料样本至少进行了五种不同燃烧模式的测试。

图4展示了生物质燃料燃烧产生的颗粒物（PM）排放组成。图中显示了四种加热方式下的平均颗粒物排放百分比：(a) 颗粒燃烧热水器；(b) 壁炉木柴插件；(c) 木颗粒炉；(d) 木柴热水锅炉。尽管总颗粒物排放量较高，但农业生物质颗粒的灰分（BC）排放量相对最低，但由于结渣问题，其燃烧过程更为复杂，需要专门设计的设备来使用这种燃料。与农业生物质相比，木颗粒的灰分排放量显著较高，但在颗粒加热设备中这种差异不明显，除非是在缺氧燃烧模式下（图4中的设备(a)和(c)）。对于木柴而言，灰分排放量占比更高，这种差异更多受到木柴锅炉结构简单、燃料颗粒较大以及燃烧原理的影响，而非运行模式[50]。

表3显示了四种燃烧生物质燃料时灰分排放量的变化情况（单位：毫克/兆瓦）。总体而言，热水锅炉的灰分排放量较低，而低热输出的空间加热器排放量较高。图5进一步说明了这一点：自动固体燃料锅炉的灰分排放量微不足道，甚至比自动颗粒炉低几十倍；同样，木柴加热设备中的排放量也较低。加热设备的热输出和性能对其污染程度有显著影响。例如，自动颗粒炉的灰分排放量远低于木柴炉。

为了评估国内对住宅用木柴和生物质燃料的需求，可以根据国家统计数据计算所有测试燃料的灰分排放量，这些数据提供了人均或每平方米住宅的燃料消耗量。以立陶宛为例，2021年该国消耗了19,353 TJ的木柴和其他农业废弃物燃料[51]，灰分排放量从燃烧农业废弃物或木颗粒时的几乎0 ÷ 180吨/年到燃烧硬木柴时的200 ÷ 600吨/年不等，最常见木材（如松木或桦木）的排放量则在350至1230吨/年之间。可以看出，使用自动供料和控制的颗粒炉的灰分排放量最低，而手动操作的炉子（燃烧桦木和云杉木柴）的排放量最高。

全球几乎所有地区都进行了灰分排放的研究，但大多数研究集中在环境空气中，而不是设施直接产生的污染。在这种情况下，通常难以区分运输、工业和家庭加热设备的排放源，尽管家庭加热设备往往是全球及欧洲第二大灰分排放源。

本研究采用称重法得出结果，可以与瑞士和芬兰研究人员的至少两项其他研究进行比较。这些研究使用了多种方法和国家统计数据，包括实验测量数据，有助于正确解释不同燃烧条件下的灰分形成情况。瑞士的研究针对两种硬木和一种软木燃料、木柴及现代燃料（颗粒、压块），以及七种加热设备（开放式壁炉、封闭式壁炉、传统炉具、颗粒锅炉、砌体炉以及食品生产设备[36]进行了测试。结果显示，硬木燃料的灰分排放浓度为：颗粒锅炉1 ÷ 12毫克/ MJ，其他较旧设备112 ÷ 336毫克/ MJ；现代燃料颗粒锅炉1毫克/ MJ，其他老旧家用加热设备8 ÷ 45毫克/ MJ；软木燃料颗粒锅炉1毫克/ MJ，其他设备则在55至397毫克/ MJ之间。这些差异归因于燃烧条件对灰分形成的影响。在现代加热设备（如颗粒锅炉）中，受控的空气供应和稳定的燃料配给确保了燃烧温度的稳定性，从而减少了固体颗粒物的产生。相比之下，较旧且手动控制的加热设备往往在不适宜的条件下运行（氧气不足或过量），这会导致燃烧不完全，从而增加灰分的形成。

芬兰的研究通过比较正常燃烧和闷烧情况，进一步支持了这些发现，研究对象包括自动供料的木屑锅炉、颗粒锅炉、带或不带储料功能的手动加料锅炉以及手动加料的现代锅炉（这类设备属于区域供热系统）。还研究了木柴加热设备。这类设备包括开放式壁炉、各类厨房设备、砌体加热设备、木制烤箱和现代木炉[37]。研究结果表明，燃烧控制对灰分排放有决定性影响。闷烧过程的特点是燃烧温度较低且缺氧，导致灰分生成显著增加。

区域供热系统中使用的加热设备灰分排放量在1至8毫克/ MJ·燃料范围内；而老旧加热设备的灰分排放量则高达210毫克/ MJ·燃料。在现代加热设备中，灰分排放量在6至74毫克/ MJ·燃料之间。通过称重法分析颗粒物并选择合适的温度范围进行处理后，我们发现灰分排放量因锅炉类型、燃烧模式和燃料种类而异。测试方法适用于灰分测定，结果与其他研究人员的研究结果一致，表明燃烧技术和运行条件是决定灰分排放的主要因素。例如，在现代自动供料和控制的颗粒锅炉中，灰分排放量在0 ÷ 8毫克/ MJ之间；在自动供料的木柴热水锅炉中，灰分排放量在1 ÷ 25毫克/ MJ之间，其中硬木（云杉木柴）的排放量最高。在自动供料和控制的颗粒炉中，灰分排放量在1至120毫克/ MJ之间，其中木颗粒的排放量最高；在木柴壁炉中，灰分排放量在6至80毫克/ MJ之间，其中桦木柴的排放量最高。结果表明，老旧且效率低下的加热设备仍是家庭灰分排放的主要来源之一。这凸显了优化燃烧条件（如适当的燃料与空气比例）的重要性。最有效的措施之一是用高效自动控制的颗粒锅炉替换老旧且效率低下的生物质锅炉、炉具和壁炉。根据研究结果，这种升级措施可将全国灰分排放量减少10至70倍。在全球范围内，减少家庭灰分排放将对气候变化产生显著影响，并改善人类健康。因此，安装现代加热设备、现代化供热系统以及实施排放控制应被视为减排政策的重要方向。