基于遗传编程与线性回归的可解释性AI预测煤哈氏可磨性指数及半焦快速气化过程中NO异相还原特性研究

针对低挥发分半焦在富氧燃烧中快速气化生成焦炭的NO异相还原机制不明问题，本研究通过实验与理论计算相结合，揭示了高温气化焦炭的NO还原特性与动力学规律。研究发现1100°C制备的CO2气氛焦炭具有最佳比表面积（99.63 m2/g）和碳含量（88.34%），CO显著降低反应活化能而O2抑制NO还原，为半焦清洁利用和NOx控制提供理论支撑。

　　

在全球能源结构中，煤炭仍占据重要地位，中国2024年煤炭消费占比高达53.2%。低阶煤储量超过全国探明储量的一半，其热解过程中产生的半焦因化学活性差常被视作废弃物。这类低挥发分燃料在富氧燃烧（oxy-fuel combustion）中存在点火困难、燃尽率低及NO_x排放高等问题。长安大学旱区地下水文与生态效应教育部重点实验室的王鹏谦团队在《Fuel》发表研究，首次揭示了半焦在CO₂气氛下快速气化生成焦炭（RGC）的NO还原机制，为"双碳"目标下半焦清洁利用提供新见解。

研究采用固定床实验与量子化学计算相结合的方法，在900-1500°C范围内制备RGC，通过BET比表面积测试、元素分析、XPS等手段表征材料特性，结合灰色关联分析（GRA）和密度泛函理论（DFT）计算阐明关键影响因素。

表征结果显示，1100°C制备的CO₂-RGC具有峰值比表面积（99.63 m²/g）和碳含量（88.34%），其表面形成的C(O)和C(OH)基团对NO吸附具有双重作用。动力学分析发现，适宜温度气化可使NO还原活化能（E_a）降低14.7%，而O₂通过提高能垒抑制反应，对RGC的抑制强度比原焦高23%。气氛影响实验中，CO使原焦E_a降低38.5%，远超其对RGC的影响（12.3%）。对比研究表明，1300°C以下CO₂-RGC的E_a始终高于N₂-焦炭，但1500°C时出现反转。

该研究证实碳含量是影响NO还原动力学的关键因素（灰色关联度0.89），揭示了工业锅炉实际运行温度区间（>1300°C）下CO₂气化焦的特殊行为。通过建立气化温度-焦炭特性-NO还原效率的定量关系，不仅完善了富氧燃烧NO_x控制理论，更指导了半焦在电厂锅炉与高炉喷吹中的高效清洁利用，对实现"碳达峰碳中和"战略具有重要实践价值。