城市固体废弃物有机组分热化学转化制生物能源：循环经济背景下基于Fraser-Suzuki解卷积的多组分动力学建模

本文创新性地提出将烘焙小麦秸秆(TWS)与煤矸石(CG)共燃技术，通过TG-DTG、XRD、XRF、XPS等表征手段，系统研究了60%TWS掺混比例下矿物相变、结构氮迁移(N-Q→N-5)及孔隙演化等协同机制，证实该比例可使NO转化率降至13.95%，为煤基固废与生物质清洁共利用提供了新理论支撑。

　　

Highlight

本研究通过固定床燃烧实验结合多尺度表征技术，揭示了煤矸石(CG)与烘焙小麦秸秆(TWS)共燃过程中的协同机制。当掺混比为40%CG+60%TWS时，NO转化率降至最低水平(13.95%)，展现出显著的协同减排效应。

Experimental materials

实验选用山西煤矸石和黑龙江小麦秸秆，将原料粉碎至90-125μm粒径。小麦秸秆在300℃烟道气气氛下烘焙30分钟制得TWS样品，烟道气总流量2L/min（CO₂:O₂:N₂=15%:5%:80%）。

Analysis of TG and DTG results

图2(a)(b)显示10℃/min升温速率下的热重曲线。煤矸石DTG曲线呈现两个特征阶段：300℃以下为小分子挥发分释放，300-800℃主燃峰469.23℃对应固定碳燃烧。添加TWS后，混合燃料着火温度显著降低，归因于生物质中钾(K)等碱金属的催化作用。

Conclusion

研究证实：1) TWS添加通过碱金属催化显著改善煤矸石燃烧反应性；2) 矿物相变形成稳定铝硅酸盐可抑制结渣；3) 芳香微结构碎裂促使内部氮(N-Q)向边缘氮(N-5)迁移，减少NO前驱体生成；4) 60%TWS掺比下样品比表面积最大，孔隙结构最发达。