PM2.5对人体和环境具有较大的危害，我国工业锅炉数量多、分布范围广、除尘效率低，造成工业锅炉成为大气颗粒物的重要排放源。然而目前针对层燃过程PM2.5的生成特性的研究较少。针对以上背景，本文设计并搭建完成用于研究层燃过程的单元体炉。考虑到已有实验台的缺陷，设计中对给煤系统、取样系统、称重系统等进行了改进。并对加热系统、引风系统进行了性能优化。搭建完成后进行了系统的调试，实验台能够满足层燃实验要求。以此为基础通过对不同煤种的燃烧实验研究，获得了层燃PM2.5的生成规律的分析，并对边界条件变化对PM2.5的变化进行了关联分析。在生成规律方面，层燃过程中PM2.5的生成主要集中于挥发分析出区和燃烧初期。随时间的变化过程中，PM2.5生成可分为集中生成区和缓慢生成区，集中生成区呈现明显的双峰分布；在粒径分布方面，PM2.5的粒数浓度和质量浓度呈现单峰分布，并且在燃烧末期峰值消失，另外PM1在粒数浓度上占据了PM2.5的主要部分；在峰值和总量方面，随着粒径的增加，呈现波动趋势，而总量则呈现波动下降趋势。在边界条件对PM2.5的影响方面，通过烟气参数测量、改变氧气浓度实验、改变过量空气系数实验以及单颗粒形貌和能谱分析实验进行了PM2.5的生成研究，研究表明层燃PM2.5的主要成分为碳黑，其中两个峰值对应的生成原因为第一峰值处为温度不足引发的挥发分无法燃烧，产生挥发分的积累，第二个峰值处为缺氧引发的无法燃尽。