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近年来,工业用煤消耗大量的煤炭资源,加剧了酸雨、雾霾等环境问题。水泥行业2019年耗煤量为1.95亿吨,如何降低水泥工业煤耗并实现煤炭资源的高效利用,是目前亟需解决的问题。现有研究表明,催化剂可促进煤中挥发分的析出,降低固定碳的燃烧反应活化能,显著提高工业用煤的燃尽率。然而,现有燃煤催化剂多针对电力行业设计,对水泥工业用煤的适用性有限。为提升燃煤催化剂的普适性,改善水泥工业用煤的燃烧性能,本文探讨了煤质与煤着火温度、最大失重速率、燃烧烈度和燃尽温度的关系,研究了金属离子对水泥工业用煤的催化效果,并进行催化剂配方的优选,通过煤有机结构和燃烧动力学的研究揭示了催化机理,并开展煤催化燃烧的工业试验研究,具体工作如下:通过水泥工业用煤的煤质分析和热重/差热综合热分析（TG-DSC）试验,探讨了煤挥发分和灰分对煤燃烧特征值的影响。煤的着火温度、最大失重速率、燃烧烈度、燃尽时间和煤空气干燥基挥发分有关,线性回归方程分别为:Ti=-5.76Vad+590.92、（dw/dt）max=-0.14Vad+9.75、I=-0.05Vad+2.76、Δt=0.40Vad+8.10。灰分对煤燃烧特征值影响无明显规律。在去除烟煤中矿物质后,烟煤着火温度升高3-10℃,最大失重速率增加2.1-2.6%/min,燃烧烈度增加0.4-1.1m W·mg-1·min-1,燃尽温度降低25-35℃。采用TG-DSC热分析研究了金属离子对煤燃烧性能和反应动力学参数的影响,分别对烟煤（YM-1）和无烟煤（WYM-1）进行催化剂配方的优选,并利用红外光谱分析金属离子对煤有机结构的作用。不同金属离子对煤的催化作用不同,对烟煤而言,Cu2+对着火温度和燃尽温度的降低效果明显,最高可分别降低23.9℃和33.7℃,Pb2+对最大失重速率和燃烧烈度的提升效果显著,增幅最高可分别到达16.99%和37.39%;Cu2+对无烟煤燃烧性能的提升显著,对WYM-1而言,Cu2+能够降低着火温度（32.1℃）和燃尽温度（28.8℃）,增加最大失重速率（增幅37.40%）和燃烧烈度（增幅254.72%）。实验条件下,YM-1的最优催化剂配比为:,WYM-1的最优催化剂配比为。金属离子能够破坏有机结构的桥连氢键,从而促进煤中挥发分的生成和逸出,降低煤的着火温度,并能够降低煤的燃烧反应活化能,促进煤的燃烧。使用TG-DSC热分析探究多种金属盐对煤粉燃烧的协同催化,并在华润水泥福建曹溪基地进行工业试验。煤粉催化燃烧工业试验研究表明,采用催化剂可降低4.2 kg/t的单位熟料标准耗煤,降低幅度为3.8%,单日标准煤耗量下降可达12600 kg。此外,通过测试烧成熟料三天抗折强度、抗压强度和安定性指标,催化剂的使用不会降低熟料基本性能。催化剂有效改善了煤粉的燃烧性能,提高了煤炭热量转化效率,降低水泥工业生产成本,具有显著的经济、社会和环境效益。