煤矸石是我国排放量最大的工业固体废弃物之一,同时煤矸石又是一种低热值燃料,具有废渣与资源双重属性,合理利用煤矸石进行燃烧发电是能源与环境领域的重要议题。然而煤矸石在燃烧过程中存在着火难、燃尽性差等问题,这与煤矸石本身的原料性质(可燃质和矿物质)有很大关系,为提高煤矸石的燃烧性能,优化反应气氛或混烧着火性能良好的燃料是可选措施之一。本研究从煤矸石燃烧特性和改善煤矸石燃烧性能两个方面分别探讨了原料性质和粒径大小对煤矸石燃烧的影响,以及风氧化煤(劣质煤)和松木屑(农林生物质)混烧对煤矸石燃烧的影响,并进一步揭示了原料性质和气氛对煤矸石燃烧过程的影响规律,矿物质在煤矸石燃烧中的转变规律以及混合燃料共燃中的相互作用机理,得到了以下主要结论：(1)在原料性质对煤矸石燃烧过程的影响中,研究发现不同原料性质煤矸石的热失重均可分为三个阶段,其中第一阶段为氧气分子在煤矸石表面化学吸附形成碳氧复合物的增重阶段,增重大小与形成复合物的稳定性有关,第二阶段为煤矸石中挥发分和固定碳的主要燃烧阶段,失重峰特点与原料性质有关；煤矸石的着火温度与其原料挥发分含量和初始阶段的氧气吸附行为有关,着火性能不仅与着火温度有关,还会受灰分含量影响,且着火性能会对燃尽性能产生影响,煤矸石的原料组成(Vad+FCad)/Aad和综合燃烧指数S呈中度正相关,和综合燃烧指数Hf呈中度负相关；采用分布活化能模型进行燃烧动力学分析,得出不同原料性质煤矸石展现出两类活化能随转化率的变化特点,其中可燃质含量及矿物质种类在活化能的分布中发挥着一定作用;动力学参数活化能和频率因子之间存在补偿效应,等动力关系线表明煤矸石燃烧是一个多阶段过程,理论分析进一步证实了分布活化能模型用于煤矸石燃烧分析的有效性。(2)在粒径大小对煤矸石燃烧过程的影响中,研究发现粒径增大(45-106μμm)对小粒径煤矸石燃烧的影响较小,这与整个煤矸石燃烧过程始终为化学动力学控制有关,虽然随着反应温度的升高,煤矸石的质量传递速率明显下降而表观化学反应速率自450℃开始显著升高,但在整个温度范围内质量传递速率始终大于表观化学反应速率；当粒径进一步增大时(53μm-2mm),等温条件下煤矸石的焦转化率受粒径增大影响显著,53-75μm,180-250μm和500-600μm粒径煤矸石的焦转化率达到100%时,1-2mmm煤矸石的焦转化率仅为25%,且直到反应时间长达18 min时,1-2mmm煤矸石的焦转化率才逐渐接近100%,这与大粒径煤矸石的燃烧过程由化学动力学控制转变为扩散控制有关,大粒径煤矸石的质量传递速率会随反应温度升高由快于表观化学反应速率逐渐转变为慢于表观化学反应速率；温度的变化(700-900℃)并不会对化学动力学控制下的煤矸石(53-75μm和180-250μm)燃烧产生明显影响,但会显著影响1-2mm粒径煤矸石焦转化率随时间的变化,这归因于温度对氧气扩散和热传递的影响。(3)在气氛改变对煤矸石燃烧过程的影响中,研究发现硅铝酸盐型煤矸石在燃烧过程中伴随有高岭石脱羟基形成亚稳态偏高岭石的过程,且该矿物分解吸热过程不会受气氛变化(N2, N2/O2, CO2/O2, CO2/N2)的影响；碳酸盐型煤矸石在燃烧过程中伴随有白云石的受热分解过程,且白云石的矿物分解会受气氛中CO2影响而呈现出两种不同的反应途径；O2浓度(2%→21%)的增加可以显著促进煤矸石的传统燃烧,但O2浓度(20%→80%)的进一步增加对煤矸石富氧燃烧性能的改善作用不明显；气氛浓度不会影响硅铝酸盐型煤矸石中高岭石矿物的分解过程,但会影响碳酸盐型煤矸石中白云石矿物的分解反应,当所处气氛为低CO2分压时,白云石矿物会发生一步分解生成MgO, CaO和CO2,但当所处气氛为高CO2分压时,白云石矿物则会分两步完成分解反应,其中第一步反应为白云石的分解,第二步反应为方解石的分解,此外在O2浓度(2%)极低的N2/O2气氛中,燃烧反应会与白云石矿物分解反应部分重合,导致燃烧产物CO2对白云石分解产生抑制作用。(4)在混烧方式对煤矸石燃烧过程的影响中,研究发现与风氧化煤混烧可以改善煤矸石的着火性能,和传统燃烧(21%N2/79%O2)相比,富氧燃烧(40%O2/60%CO2)可以显著降低煤矸石/风氧化煤混合燃料的特征温度；煤矸石/风氧化煤混合燃料的热行为无论在热解或传统燃烧过程中,还是在氧燃料燃烧或气化过程中均具有线性叠加性,混合燃料各组分间不存在相互影响,但在富氧燃烧过程中煤矸石/风氧化煤混合燃料展现出明显的相互作用,且相互作用随风氧化煤混合比例及燃烧气氛中氧气浓度的增加而增大；松木屑的加入同样可以提高煤矸石的燃烧性能,煤矸石/松木屑混合燃料燃烧段的峰值温度及燃尽温度均会随松木屑混合比例的增加而有所降低；煤矸石与松木屑在低温脱挥发分阶段不存在相互作用,但在高温燃烧阶段存在明显的相互作用,且氧气浓度和升温速率的降低均会削弱两者之间的相互作用,其相互作用机理为混合燃料之间的热影响。通过本研究对煤矸石燃烧特性及影响机制的深入探讨,可以为低热值煤循环流化床中煤矸石的传统燃烧以及富氧燃烧技术和混烧技术在低热值煤循环流化床中的应用提供理论指导,对提高我国煤矸石综合利用能力,促进低热值煤发电,减少煤系固体废弃物产生的环境污染具有一定现实意义。