富氧燃烧具有相对成本低、易规模化、可改造存量机组等优势,结合流化床燃烧燃料适应性广、低成本炉内脱硝脱硫等优点,流化床富氧燃烧具备低成本大规模减排CO₂的潜力,对其进行深入研究对该项技术的发展和商业化进程的推进具有重要意义。与常规燃烧方式不同,富氧燃烧用O₂代替空气与循环烟气（主要为CO₂和H₂O）混合组织燃烧,冷凝后烟气中CO₂浓度可达90%以上。同时,在湿烟气循环燃烧气氛下,水蒸气体积浓度可达40%以上,远高于常规空气燃烧高品质煤所达到的6%¹0%。常规空气燃烧烟气组分以N₂为主,而富氧燃烧的烟气组分以CO₂和H₂O为主。与N₂不同,CO₂和H₂O均会与煤焦发生气化反应,尤其在高温下气化反应对燃烧过程的影响不可忽略。现有研究多集中在富氧条件下燃料的燃烧特性,如燃尽率,着火特性等,对富氧条件下CO₂和H₂O的影响研究较少,尤其对富氧燃烧过程中氧化和气化竞争机理的研究几乎没有。因此,解析出CO₂和H₂O对流化床富氧燃烧的影响具有重要的意义。采用实验研究和理论分析的方法,针对不同热解气氛（100%N₂,50%N₂/50%CO₂和50%N₂/50%H₂O）对褐煤煤焦结构特性的影响,CO₂和H₂O对褐煤煤焦流化床富氧燃烧的影响以及CO₂和H₂O对褐煤煤焦流化床气化反应的影响展开了一系列的探讨,同时,进行了动力学分析。热解实验结果表明,不同热解气氛对煤焦结构影响差别较大。热解后的煤焦破碎程度较高,CO₂焦和50%N₂/50%H₂O焦较N₂焦拥有更疏松的孔隙结构,表现在煤焦颗粒表面有隆起状鼓泡,存在大量的微孔和中孔,拥有更大的比表面积和孔容;热解后煤焦官能团较原煤都有很大程度的降低,尤其是含氧官能团,但三种煤焦的官能团峰值数量和强弱差别不大;三种煤焦的无定型碳含量要略高于石墨性碳含量,且三种煤焦缺陷峰D峰和石墨峰G峰面积比值A_D/A_G相近,CO₂焦最大,N₂焦最小。三种煤焦的G峰半高宽W_G和峰位差P_G-P_D也有类似的结论。随着床层温度和氧浓度的升高,褐煤煤焦在O₂/H₂O、O₂/CO₂和O₂/N₂气氛下表现出相似的燃烧特性（燃尽时间缩短,峰值和平均反应速率增加）。在低氧浓度下,褐煤煤焦在O₂/H₂O气氛中的燃烧性能比在O₂/N₂和O₂/CO₂气氛中的燃烧性能差;但随着氧浓度的增加,在O₂/H₂O气氛中的燃烧性能明显提高,并优于在O₂/CO₂气氛中的燃烧性能。收缩核模型对动力学控制区域的计算结果表明,不同气氛下表观活化能的关系为:O₂/CO₂>O₂/H₂O>O₂/N₂。富氧燃烧中气化作用不可忽视,尤其在O₂/H₂O气氛中。氧化和气化存在竞争关系。随着床层温度的升高,气化剂所占活性反应位明显增加,气化对氧化的竞争效应增强。随着反应温度的升高,气化反应性有所增强,表现在气体产物浓度增加,碳转化速率加快,完全气化所用时间减少。同一温度条件下,50%CO₂/50%H₂O气氛下的平均反应速率低于50%N₂/50%H₂O气氛,表明CO₂和H₂O在煤焦表面竞争相同的活性位点。而且,随着气化反应温度的增加,CO₂竞争反应位的能力逐渐增加,表现在温度超过887℃时,CO₂反应活性位的占比甚至高于H₂O的占比。通过收缩核模型对动力学控制区域活化能的计算表明,CO₂/H₂O气氛下气化反应的活化能最低,其次是N₂/H₂O气氛,N₂/CO₂气氛最高。本工作对探究流化床富氧燃烧过程中CO₂和H₂O的影响提供了一个新的思考方向,为循环流化床富氧燃烧过程中煤的燃烧行为提供一个更深层次的理解,同时,对流化床富氧燃烧技术未来的发展同样意义深远。