石油与煤炭均是人类宝贵的和有限的一次能源及资源,为了保证资源的可持续利用,电厂锅炉节油和提高燃料利用率已越来越被重视。电厂锅炉煤粉气流空气富氧直接点火技术即是应此而生的一项全新的无油点火技术。煤粉气流空气富氧直接点火的概念是常温的高氧浓度煤粉气流在常温环境下直接点火,并不需要外部热源而稳定着火燃烧。其基本原理是利用煤粉在高氧浓度下显著增加的燃烧放热速度和单位体积烟气焓来保证合适的火焰温度、回流热量和着火距离,促使火焰自稳定着火燃烧。针对煤粉气流空气富氧直接点火新概念和新技术,需要从基本燃烧理论到实际工程应用的全方位进行研究。因此本文从以下几个方面开展了研究：(1)利用热分析技术研究了煤粉在不同氧浓度条件下的燃烧特性,得出在高氧浓度下,煤粉的着火温度、着火热有所降低,但并不能克服煤种之间的差异,而呈倍数关系提高的燃烧速度、理论燃烧温度、烟气焓,为煤粉气流冷态条件下自稳燃提供了可行性。同时研究了煤焦的热分析燃烧特性,采用数学优化方法(差分进化算法DE)计算煤焦燃烧的动力学参数。并建立了DE分离法,对热分析TG曲线进行分离,研究了煤焦在高氧浓度下分段燃烧的动力学参数。(2)在大型卧式燃烧试验炉上进行了煤粉气流空气富氧直接点火的试验研究,分别试验了旋流燃烧器、直流燃烧器空气富氧直接点火的可行性,并进行了燃烧参数的测试。旋流燃烧器在一次风氧浓度为30.1%时,旋流二次风氧浓度在23.2%以上时,冷炉冷风煤粉气流可以直接用火把点燃,此时综合氧浓度为25.1%。直流燃烧器冷炉冷风成功直接点火的最低氧浓度为27.9%,最低煤粉浓度为0.32kgC/kgA.在富氧条件下,煤粉气流离开喷口即迅速着火,火焰炽亮,火焰发展也较为迅速。(3)从节约点火费用角度出发,提出了两种富氧方式：局部富氧与整体富氧。局部富氧是在燃烧器中心钝体边缘加入氧气,整体富氧是在一次风管道中加入氧气,局部富氧比整体富氧大幅度节省了氧气消耗量(1:3)。以125MW机组锅炉直流燃烧器为原型,设计了空气富氧直接点火直流燃烧器,对该燃烧器的燃烧特性进行了数值计算模拟。得出局部富氧点火的一次风速、煤粉浓度、氧气流速均存在最佳值。整体富氧随着氧浓度的提高显著提升煤粉气流的燃烧强度。(4)在电厂125MW机组中储式直流燃烧锅炉上进行了煤粉气流空气富氧直接点火技术的工程开发、应用与试验。煤粉气流空气富氧直接点火技术获得了成功。富氧燃烧器无论局部富氧或整体富氧均可以实现冷炉冷风直接点火,煤粉气流燃烧稳定,火炬明亮,燃烧无明显黑烟。试验表明,富氧点火的燃烧效率可达90%以上；采用富氧点火能满足锅炉升温升压的要求,锅炉升温升压过程中,富氧点火的煤粉燃烧效率达到87%(非精确采样),优于其它无油点火技术；富氧燃烧器能满足锅炉正常负荷运行要求,可作为主燃烧器安全使用；富氧燃烧器具有很好的低负荷适应能力,在发电功率25MW以上均能保持不投油、不投氧稳定燃烧；富氧燃烧器改造对一次风系统运行无明显影响。(5)与其它无油(微油)点火技术相比,采用富氧直接点火技术可以减少投资费用。由于提高了点火期间的煤粉燃尽率,而辅助燃料(氧气、油、电)费用相近,因而更加节约锅炉点火综合运行费用。(6)对空气富氧燃烧状态下的煤灰结渣特性进行了分析研究,结果表明富氧燃烧的煤灰灰熔点会有所提高,富氧点火燃烧对锅炉结渣无明显的不利影响。采用热分析方法研究了煤灰的熔融过程,结果表明不同气氛对煤灰中矿物质熔融特征温度影响不明显,主要影响了矿物质的熔融程度。并以热分析特征温度为依据,进一步研究了煤灰熔融过程中的矿物质演变机理。