煤炭在一段时间内仍然是我国的主要能源，提高煤炭在大型电站煤粉燃烧锅炉中的利用效率是煤燃烧科学研究的重要方向之一。在大型电站煤粉炉内，辐射换热是最主要的传热方式，而炉内的三维温度分布和煤粉燃烧颗粒的辐射特性对于炉内辐射传热过程具有举足轻重的作用。实现大型电站煤粉炉内三维温度场及颗粒辐射特性的检测，对于揭示燃烧现象的本质和燃烧理论的发展，以及提高大型锅炉炉膛运行的安全性、经济性和低污染性都具有非常重大的现实意义。但由于大型电站锅炉内的煤粉燃烧火焰具有大尺寸、高温度、强脉动、非透明等特点，采用常用的热电偶、高温计、声学法、基于激光的光学法等都难以实现炉内三维温度场及辐射参数的检测。本文在火焰辐射成像的基础上，用火焰图像处理与辐射传递的逆求解相结合的方法来实现炉内三维温度场和颗粒辐射参数的重建。具体工作如下：　　 由于工业炉膛的大尺寸以及煤粉炉内介质的消光作用，火焰的光学厚度对从火焰图像中重建炉膛内三维温度场具有重要的影响。本文对一台10m×10m×20m的大型炉膛，针对不同的光学厚度，考虑测量误差、介质辐射特性、壁面辐射温度的影响，进行了炉内三维温度场重建的模拟分析研究。结果表明：在考虑实际测量条件的情况下，在光学厚度在1～15 范围之内，Tikhonov 正则化方法应用于大型煤粉炉内三维温度场重建的结果仍然较好，证明这种方法具有较强的抗误差能力和再现炉内三维温度分布的能力。　　 炉内温度和辐射特性参数共同影响火焰辐射图像，具有强烈的耦合特性。由于辐射温度图像是从两幅单色辐射强度图像的比值计算而来，它与介质辐射特性相关性较弱，而辐射强度图像与介质辐射特性是强相关，因此，本文提出了一种解耦重建算法：用Tikhonov 正则化方法从辐射温度图像中重建介质温度分布，而用最优化方法从辐射强度图像中更新介质辐射参数，两者交替进行，直到收敛，以此实现温度与介质辐射特性的解耦重建。通过在一维平行平板系统、二维矩形系统中开展的模拟研究，表明该方法具有鲁棒性，温度和辐射特性参数同时重建效果得到明显改善。　　 在将煤粉燃烧火焰视为灰体的情况下，通过黑体炉标定，从可见光火焰图像探测器所得到的彩色火焰图像中计算出电站锅炉中煤粉燃烧火焰的黑度，并在300MW 机组和200MW 机组煤粉锅炉上投入在线监测。检测结果表明：在可见光谱区域，煤质不变时煤粉燃烧火焰的黑度随负荷的增加而增加；在炉膛燃烧器区域，对于两种发热量相同的煤，高挥发分、低含碳量的入炉煤产生的火焰黑度高于低挥发分、高含碳量入炉煤所产生的火焰黑度，证明燃烧器区域的火焰黑度主要与挥发分燃烧产生的烟黑浓度有关；在燃烧器之上的炉膛区域，火焰黑度主要与入炉煤含碳量有关，入炉煤中含碳量较高时，则其燃烧火焰的黑度也较高，而且随着燃尽度的增加而减小。　　 本文开发了一套电站锅炉炉内三维温度场在线监测系统，分别在1025t/h和670t/h 电站煤粉燃烧锅炉上开展了炉膛断面温度场、三维温度场在线监测的实验研究。炉内三维温度分布的检测结果与热电偶测温结果相比，误差在5[％]之内，满足工业应用的需要；炉内三维温度场的刷新时间在3s 之内，满足在线监测的需要。　　 在一台200MW 机组锅炉上的应用结果表明：炉内三维温度场的检测结果与机组负荷、主汽压力具有较好的相关性，可以准确的反应炉内的燃烧工况；该系统还可以帮助锅炉运行人员分析炉膛灭火事故，并与FSSS系统相结合提出全炉膛灭火预警信号，有效的减少了因燃烧不稳导致的炉膛灭火事故。　　 最后，本文开展了大型电站煤粉炉内煤粉燃烧颗粒辐射特性的模拟计算和实地测量研究。通过对炉内颗粒轨迹的模拟计算了670t/h 锅炉中颗粒的辐射特性分布，此外将本文提出的解耦重建算法应用到电站锅炉内煤粉燃烧火焰温度与颗粒辐射特性的同时重建中。先在一台300MW 机组煤粉炉上开展了实验研究，给出了三种负荷工况下颗粒辐射特性的检测结果；随后在一台200MW 机组煤粉炉上测量了炉膛三个典型断面的温度分布和颗粒吸收系数、散射系数，同时在相应位置采集了燃烧火焰中的颗粒物，在实验室中测量了颗粒的含碳量，对检测结果的综合分析表明：炉内颗粒辐射特性主要与颗粒含碳量、浓度分布成正比。