煤着火特性研究是实现煤高效和清洁利用的理论基础,煤中所含的K和Na等碱金属在燃烧过程中释放到气相中并进入系统容易引起反应器高温腐蚀、受热面结垢和炉内结渣等问题。单颗粒煤燃烧形式简单,其相关研究结果可以更好地揭示煤着火特性。本文基于单颗粒煤着火燃烧系统,采用光学诊断技术对单颗粒羊场湾（YCW）烟煤和淖毛湖（NMH）褐煤的着火特性及碱金属Na*和K*释放特性进行了研究。主要分析了不同条件下煤颗粒从着火到燃尽过程中形貌、尺寸及火焰变化,并深入探讨了燃烧过程中碱金属实时释放规律,形成了基于碱金属释放实时监控的不同阶段煤燃烧反应特性的量化分析手段。该工作可为燃煤设备的设计与改进提供相应的理论依据。主要内容如下:基于单颗粒煤着火检测平台,探究了不同氧气流量下单颗粒YCW煤和NMH煤在燃烧过程中着火特性及碱金属Na*和K*释放特性。利用高速摄像技术捕捉单颗粒煤着火过程中的火焰形貌,结合高光谱成像技术测定火焰中碱金属Na*和K*的自发辐射光谱,获得碱金属的空间释放行为。结果表明:随着氧气流量增加,YCW煤和NMH煤着火延迟时间缩短,且NMH煤着火延迟时间小于YCW煤。由于赋存形态不同,煤燃烧过程中Na*和K*释放特性在不同反应阶段存在差异:Na*在挥发分反应阶段和焦炭燃烧反应阶段分别存在释放峰,而K*在整个过程中只存在单峰。其中,Na*和K*辐射最强值均存在于挥发分反应阶段。此外,通过单颗粒煤着火过程可知燃烧火焰外围位置的Na*和K*辐射强度比中心位置更强。探究了不同粒径煤颗粒的着火特性及碱金属Na*和K*的释放特性,并分析了两者之间的联系。结果表明:小粒径煤着火方式呈现均相和非均相混合模式,而大粒径的煤颗粒着火方式为均相模式。小粒径煤颗粒的着火延迟时间和燃尽时间比大粒径的煤短,且NMH煤由于变质程度较低,现象更加明显。同时火焰亮度变化可表征煤颗粒的着火过程,大粒径煤火焰亮度在挥发分反应和焦炭燃烧阶段均呈现先增强后减弱的趋势,而小粒径变化趋势不明显。大粒径煤燃烧过程中Na*呈现出两个释放峰,K*只有一个释放峰,而小粒径煤由于是均相和非均相混合着火,Na*和K*只存在一个释放峰。并且煤颗粒着火燃烧过程中Na*和K*的释放特性与煤颗粒火焰亮度的变化趋势一致。分析了不同气氛中氧浓度对YCW煤和NMH煤着火特性与碱金属释放特性的影响。结果表明:由于CO2的比热容比N2的大,在煤颗粒燃烧过程中O2/CO2气氛火焰温度较低,导致两种煤的着火延迟时间和燃尽时间都比在O2/N2气氛中长。且在不同气氛中YCW煤最大火焰面积出现的时间为NMH煤的两倍。煤颗粒在O2/N2气氛下着火燃烧过程中Na*和K*辐射强度较O2/CO2气氛中强,且由于NMH煤挥发分含量的影响,在O2/N2气氛中随着氧浓度的增大,Na*辐射强度更易呈现双峰分布,即由挥发分反应阶段过渡到焦炭燃烧阶段界限更加清晰。