煤矸石-高碱煤共燃中NO/SO2协同减排机制：反应活性增强与动力学解析

本文推荐：研究揭示了煤矸石(CG)与高碱煤(HC)共燃的协同效应，通过热重分析(TGA)、原位烟气监测及矿物表征(XRD/XRF)，证实≤10% CG掺烧可提升燃烧效率（符合Jander三维扩散模型），并实现NO减排20–40%（缺氧条件与CO介导还原）及SO2部分固定（碱/碱土金属AAEM作用）。研究为循环流化床锅炉(CFBB)在850–950°C工况下同时降低NO(35–50%)/SO2(15–25%)排放提供了理论依据，兼具经济与生态价值。

　　

Highlight

本研究揭示了三大核心发现：(i) 通过灰分介导机制实现NO/SO₂同步减排（无需添加剂）；(ii) 碱/碱土金属(AAEM)转化与硫固定效率衰减的关联规律；(iii) 混合动力学模型解析污染物抑制路径。这些结果为优化燃烧效率与减轻环境负荷提供了关键科学依据，凸显了CG-HC共燃技术的可行性。

Conclusions

主要结论如下：

(1) CG虽具低热值特性，但掺烧≤10%可显著提升燃烧效率，其动力学符合Jander三维(3D)扩散模型，活化能随CG比例增加而线性升高。

(2) 协同作用通过局部缺氧条件与CO介导的NO还原路径，实现NO减排20–40%；SO₂则通过灰分中AAEM（如CaO、MgO）原位固定部分脱除，但该效应在>900°C或CG掺量>20%时因热力学限制与AAEM耗尽而减弱。

(3) 动力学分析揭示了NO演化的差异化机制：HC遵循3D扩散模型，CG在灰层阻抗下转为缩核模型，而共燃体系表现为HC前体扩散与CG灰分限制动力学的混合行为。

(4) 850–950°C与≤20% CG的优化工况可实现NO(35–50%)和SO₂(15–25%)同步减排，匹配工业CFBB运行条件。研究为煤基能源系统迈向可持续实践提供了科学基础。