生物质作为一种可再生能源,它的燃烧被认为是零碳排放,受到社会的高度重视。而大规模的使用煤炭势必会造成大量的氮氧化合物、硫氧化合物、颗粒物以及二氧化碳的排放。发展生物质能等清洁能源,成为我国节能减碳的必经之路。随着碳中和、碳达峰的提出,我国现有的燃煤方式正在积极寻找有效的碳减排路径。煤-生物质混合型煤技术是一种重要的洁净煤技术,可以带来巨大的环境效益和经济效益。本文基于低阶粉煤和废弃的生物质作为固体燃料,多角度地对低阶煤和生物质的共燃烧过程进行了详细的研究。首先通过热红气质（TG-FTIR-GC-MS）联用等多种方法研究了煤与生物质的燃烧特性、燃烧机理,为进一步探究成型燃料的原料配比提供依据。其次,在民用炉中进行了生物质型煤燃料的燃烧污染物排放测试与分析,并运用炭化燃料成型的方式达到减排的目的。最后,应用实验研究与数值模拟相结合的研究方法,从传热传质角度分析了生物质型煤的燃烧性能及污染物释放情况,同时也研究了炉型结构对燃烧减排的影响。研究内容如下:1、研究了原煤和原生物质共热解、共燃烧以及炭化物料共燃烧过程中的燃烧性能及动力学分析。在低阶煤和生物质共燃烧的过程中,生物质的热解温度较低,在低温段生成较多的小分子低燃点气体,如CH4、CO和C2H4促进了低阶煤的燃烧,有利于混合物的共同燃烧。生物质添加的越多,综合燃烧特性指数Sn越大,燃烧性能越好。在低阶煤炭化料和稻草炭化料共燃烧过程中,稻草炭化料的加入可明显提高混合物料的着火性能和燃烧性能,进而为民用炉中选择炭化料的最佳配比提供一定的参考。随着稻草炭化料比例的增加,协同作用先增强,后减弱,所以掺混比例不宜太多。对于炭化混合料的燃烧,稻草炭化料的添加比例为20%时,燃烧的总活化能较低和协同效应较强。稻草炭化料燃烧的最有效模型为一级化学反应模型O1,烟煤炭化料燃烧的最有效模型为三维扩散D4。混合物料燃烧的最有效机制是扩散控制反应（D3和D4）。2、以低阶煤和稻草为原料,制备了洁净生物质型煤,并对搜集到的颗粒物PM2.5的排放因子、形态和成分做了详细的研究。定量分析了不同炉型（正烧炉和半气化炉）、不同点火方式（上点火和下点火）以及生物质掺混对生物质型煤燃烧排放PM2.5的影响规律。对挥发分、灰分和颗粒物PM2.5排放因子的相关性建立了二次函数模型关系式。而且还发现,样品中的灰分在燃烧过程中会导致烟气中产生更多的多环芳烃。生物质型煤燃烧颗粒物排放最少的条件为:半气化炉、上点火燃烧模式、稻草的掺混比为20%。在此条件下,16种多环芳烃PAHs、Ba P以及水溶性阴阳离子的排放因子均为最低,减排效果最好。通过扫描电镜发现,搜集到的PM2.5颗粒物形态结构多样化。能谱分析表明:PM2.5颗粒物中主要包含的元素有:C、O、Na、Zn、K、Al、Ti、Ca、Cl、Te、Hg。3、探讨了民用燃料燃烧过程中污染物的减排方法。在生物质型煤研究的基础上,通过炭化脱除挥发分的方式得到低阶煤炭化料和稻草炭化料,进而制备出更加洁净的固体燃料。同时,型块的稳定燃烧可使本身挥发分含量较低的炭化物料充分燃尽,产生的颗粒物PM2.5排放值远低于原来的生物质型煤。对于半气化炉下点火方式中,当稻草炭化料的掺混比为20%时,炭化型块燃料燃烧产生的颗粒物减排效果最好,PM2.5的排放因子为3.7 mg/g。其它颗粒物TSP、PM1的排放因子也是最低的,而且可达到较高的燃烧热效率9.6%。并且,烟气中的碳质组分有机碳、元素碳、16种多环芳烃、苯并芘的质量基排放因子也相应减少。PM2.5颗粒中的重金属（Pb、Mn、Cr、Ni、As、Se、Cd、Ba、Co、Ag、Hg）、气体污染物SO2、NOX的能量基排放因子也会降低。通过扫描电镜的结果,观察到炭化物料型煤燃烧搜集在石英膜单位面积上的颗粒物数量远低于原生物质型煤燃烧形成的颗粒物数量。通过管式炉炭化实验发现,在生物质和低阶煤的炭化过程中烟气里会产生部分颗粒物,并且炭化稻草产生的总颗粒物排放因子要大于炭化低阶煤的排放因子。烟气中也会产生一些多环芳香烃,对环境造成危害。因此,炭化工艺中需要加强烟气的处理。4、探究了民用炉中单块型煤到多块型煤燃烧之间的联系,建立了多块型煤燃烧的传热传质模型。首先,以单块型煤为研究对象,利用商用CFD模拟软件,对型块内部的传热现象进行了模拟。通过数值模拟计算得到型块内部不同时间段的温度分布,建立了二维的非稳态传热模型,并对比了不同条件下其内部的传热特性。在单个型块的传热模型中,以颗粒层温度梯度为依据,将颗粒内部由外向内分为加热区和未加热区,加热区中又分为燃烧区,热解区,非热解区。当生物质型煤外界空气速度较大时,虽然供氧量有所增加,使一部分燃料更加充分燃烧,但是低温空气也会使型块部分位置温度降低,传热效果变差。型块外部温度的变化对其内部的传热速率影响较大,主要受到颗粒外部热对流和热辐射的影响。当外界温度较高时,型块内部传热速率增大,内部的碳物质以及挥发物都可得到充分的燃烧,达到减排的目的。由煤、生物质、煤和生物质三种不同材质的型块传热模型来看,生物质型块内部传热速率最快,这样就容易造成热解区热解速度较快,导致挥发分逸出速率加快,可能造成部分可燃物质未及时燃烧就排出燃烧室外,引起大气污染。其次,根据民用炉中单个生物质型块的模拟,深入研究了多个生物质型块燃烧的数值模型。进而对比了生物质型煤在不同条件下（不同的通风量、有无燃尽风、燃烧室结构优化）炉膛内部的流场、温度场、和气体浓度场的分布情况。研究表明:如果以CO为污染物排放指标,外界空气雷诺数为过渡流,炉膛上部有燃尽风和炉型结构为喇叭形时,其排放更少。以后处理计算的NOX为污染物排放指标,炉膛结构为腰鼓形时,其排放更少。该论文有图67幅,表20个,参考文献123篇。