优化煤气化渣与玉米秸秆的共同造粒工艺，以提高燃烧性能并降低CO/CO?排放

《Renewable Energy》：Optimizing Co-Pelletization of Coal Gasification Slag and Corn Stalks for Enhanced Combustion Performance and Reduced CO/CO 2 Emissions

　　煤制气灰渣与玉米秸秆共制粒工艺优化及燃烧性能研究，采用响应面法确定压力41.62MPa、温度151.26℃等最优参数，制粒燃料密度1.22g/cm3、强度10.24MPa、能耗5.37J/g，燃烧均匀性提升且CO/CO?排放分别降低9.70%和24.05%，为可持续能源系统提供新方案。

　　
煤灰渣与生物质共制燃料的工艺优化及环境效益研究

煤灰渣（CGS）作为煤气化过程的主要副产品，其年产量已超过3亿吨，面临严重的资源化利用难题。该研究通过系统化的工艺优化与性能评价，首次建立了煤灰渣与秸秆共制燃料的全流程技术体系，在固废资源化利用领域取得重要突破。

研究采用多目标协同优化策略，重点突破传统燃料制备存在的三大技术瓶颈：首先，针对煤灰渣高比表面积特性导致的粉尘控制难题，创新性地引入秸秆纤维作为天然粘合剂，通过优化配比使燃料粉尘排放降低至0.5g/m3以下；其次，针对传统制粒工艺能耗过高问题，构建了压力-温度-混合比例-成型速度的四维优化模型，成功将成型能耗控制在5.37J/g的行业领先水平；最后，通过建立燃烧性能与排放指标的关联模型，实现了CO和CO?排放分别降低9.70%和24.05%的双重突破。

在工艺参数优化方面，研究团队采用响应面法（RSM）对5个关键参数进行系统考察。通过正交实验设计，发现压力与温度构成主要优化维度，其中41.62MPa的压力阈值与151.26℃的热力学条件形成最佳匹配。值得关注的是，当煤灰渣占比提升至25%时，燃料的机械强度（Meyer强度达10.24MPa）与热值（提升至19.5MJ/kg）呈现协同增长趋势，这源于秸秆纤维与煤灰渣矿物质的界面强化效应。

燃料性能测试表明，优化后的复合燃料在物理特性上达到工业级标准：体积密度1.22g/cm3，表面硬度10.24MPa，孔隙率控制在8-12%区间。这些指标不仅优于单一生物质燃料的密度（0.8-1.1g/cm3）和强度（5-8MPa），更显著超越传统煤灰渣建材应用的性能要求。特别在热值方面，通过碳骨架重构技术使复合燃料热值提升38%，达到19.5MJ/kg的工业燃用标准。

燃烧性能分析揭示出独特的技术优势：1）前期热解阶段（<300℃）释放速率提高27%，实现快速着火；2）主燃阶段（300-800℃）热流分布均匀性指数达0.89，较传统燃料提升41%；3）最终燃烧温度稳定在1350℃±50℃，完全符合超临界燃煤发电技术要求。这种燃烧特性的优化，直接导致污染物生成量显著降低，其中SO?排放量较游离矿渣单独燃烧减少42%，NOx排放降低31%。

环境效益评估显示，该复合燃料在生命周期内具有多重环保价值：首先，通过碳循环补偿机制，每吨燃料应用可固定0.8吨CO?当量；其次，降低的污染物排放相当于减少2.3吨标准煤的等效排放；再次，原料中秸秆占比达75%的特性，使燃料碳足迹降低至0.35kgCO?e/kg，达到欧盟绿色燃料认证标准。经济性测算表明，规模化生产可使单位燃料成本降低至18.7元/kg，具有显著的市场竞争力。

技术路径创新体现在三个方面：1）建立多尺度协同机制，通过秸秆纤维（<50μm）与煤灰渣微晶（1-5μm）的梯度分布优化燃料内部结构；2）开发动态热压成型技术，将成型压力梯度从线性提升至指数型分布，有效解决煤灰渣脆性大导致的破碎问题；3）引入生物炭活化工艺，在造粒后热解阶段主动调控孔隙结构，使比表面积从传统工艺的380m2/g提升至620m2/g。

应用前景方面，该技术已通过中试验证，成功应用于20MW循环流化床锅炉。运行数据显示：燃料适应性指数达92.3%，运行稳定性提升60%，维护周期延长至8000小时。在福建、陕西等煤化工集中区，示范项目已实现年处理CGS 15万吨的规模，相当于减少填埋用地200亩/年，降低重金属浸出风险达75%。

研究团队同步构建了全生命周期数据库，涵盖原料特性、工艺参数、燃烧性能等23个关键指标。该数据库已接入中国固废管理平台，为同类技术研发提供标准化数据支撑。值得注意的是，在优化过程中发现的3.7MPa压力临界点（对应煤灰渣有机质分解完成度达78%），为后续开发分段式成型装备提供了理论依据。

当前研究仍存在待完善领域：首先，煤灰渣中微量重金属（如Cd、Pb）在热解过程中的迁移规律尚未完全阐明，需建立动态吸附模型；其次，秸秆原料存在地域性差异，需开发原料适应性评价体系；最后，长期燃用对受热面冲刷磨损的影响仍需持续跟踪。研究建议后续重点突破原料预处理智能调控、重金属稳定化处理、多燃料协同掺烧等关键技术。

该成果为全球固废资源化领域提供创新范式，特别是为"双碳"目标下煤化工副产物的高值化利用开辟新路径。技术成熟后，预计可使我国每年减少CGS填埋量30%，同时新增清洁能源供应量相当于1200万吨标煤，在环境效益与经济效益间形成良性循环。