煤炭作为我国的基础能源，其清洁高效利用是国家能源安全的重要保障。随着可再生能源的大规模并网，电力系统对灵活调节能力的需求急剧攀升，煤电正由主体电源向兼具基础保障与灵活支撑功能的调节性电源转变，这对燃煤锅炉在宽负荷范围内的高效率、超低排放提出了更高要求。为同时应对这两大挑战，亟需从燃烧源头上构建兼顾“灵活性调节”与“多污染物协同近零排放”的理论，开发适应新型电力系统调峰需求的燃烧技术。

针对上述挑战，研究所研发团队原创性提出煤炭纯化-燃烧新理念。其核心在于构建热纯化反应系统，通过“中温活化-高温强化还原”的梯级热化学处理，定向将煤中N元素转化为N₂并协同脱除无机组分，将原煤转化为清洁炭燃料，从源头实现煤粉的组分重构与纯化。煤炭燃烧过程由异相反应主导转变为均相气相燃烧主导—该转变规避了宽负荷调节下气固两相流燃烧动力学失配问题。进一步耦合纯化后燃料的柔和燃烧组织，可实现宽负荷高效稳燃与NO_x超低排放，为开发低成本的煤电燃烧与污染物控制技术提供了一条全新路径。

团队已完成了从“技术原理验证、工艺开发”到“机理/小试研究、中试系统搭建、关键技术突破与集成验证”的系统研究工作。研制了国际首台200 kW煤炭纯化-燃烧近零排放系统，突破了基于高温燃料对冲熔融的煤粉纯化反应、纯化反应后燃料柔和燃烧、纯化-燃烧耦合灵活调控等关键技术。第三方测试结果表明，基于纯化反应的煤炭燃烧技术，多煤种燃烧NO_x炉膛原始排放低于20mg/m³，燃烧效率高于99.5%。结合常规烟气净化，烟气中NO_x/SO₂/粉尘排放低于1mg/m³。

超低负荷燃烧效率低、污染物排放高且难以控制，是我国燃煤机组灵活调峰转型中最棘手的技术瓶颈。项目团队进一步开发了超低负荷清洁燃烧技术，实现多煤种15%~100%宽负荷清洁燃烧。第三方测试结果表明，神木烟煤、宜化高碱煤在15%超低负荷下NO_x原始排放分别达到33 mg/m³和20 mg/m³，同时，燃烧效率分别达到99%和98.8%。为同时解决超低负荷燃烧效率低、NO_x排放高的难题提供了新思路。

目前，相关研究成果已发表在Engineering、Proceedings of The Combustion Institute、Chemical Engineering Journal、Energy、Journal of Cleaner Production、煤炭学报等学术期刊。以上研究工作得到中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队项目“煤炭纯化-燃烧近零排放关键基础问题”（YSBR-028）的支持。

图1 煤炭纯化-燃烧技术路径