煤粉O₂/CO₂燃烧技术可通过技术改造应用于当前全世界范围内的燃煤发电设备,也可以应用于新建电厂实现高温高氧浓度气氛下的燃烧。煤粉燃烧时生成的颗粒物不仅是环境污染物,还会对整个系统的性能产生影响。焦颗粒燃烧过程中无机元素的气化是颗粒物生成的重要过程。与O₂/N₂燃烧相比,O₂/CO₂燃烧过程中,气氛的变化影响煤焦的燃烧过程,进而影响无机元素的析出特性。因此,合理描述O₂/CO₂气氛下焦颗粒的燃烧过程是建立无机元素气化的模型的关键。本论文的主要目的是在合理描述煤焦颗粒燃烧的基础上开发和建立O₂/CO₂气氛下无机元素气化的模型。在煤焦颗粒O₂/N₂燃烧模型的基础上,考虑O₂/CO₂气氛下焦-CO₂气化反应和高温、气氛变化对气体性质的影响,开发和建立了可适用于O₂/CO₂气氛煤粉燃烧的焦颗粒燃烧单膜模型。模型采用Langmuir-Hinshelwood本征动力学详细描述焦颗粒内部异相反应包括焦的氧化反应和焦与CO₂的气化反应,并且描述了在富氧、高温燃烧时O₂、CO₂气体离解对混合气体热物理性质包括气体导热和反应气体扩散的影响。采用大量的文献实验结果对模型进行检验表明,所开发的单膜模型能准确地预测在氧气摩尔份额<0.2-0.3时O₂/N₂和O₂/CO₂气氛下焦颗粒的燃烧温度和燃尽时间。模型研究表明,当气氛由O₂/N₂燃烧改变为O₂/CO₂燃烧时,气体性质的变化和焦-CO₂气化反应对焦颗粒的燃烧过程都具有显著的影响。特别是,气体性质（混合气体导热系数和反应气体在混合气体中的扩散系数）的变化导致颗粒燃烧温度的显著降低。在低氧浓度时主要是由于O₂在O₂/CO₂反应混合气体中的扩散系数比在O₂/N₂反应混合气体中低,因而反应速度慢而颗粒燃烧温度低;在高氧浓度时则主要是由于O₂/CO₂反应混合气体的导热系数比O₂/N₂反应混合气体大,因而颗粒向边界层导热强而降低颗粒温度;而在中间氧浓度范围两方面性质的影响都重要。为改善焦颗粒燃烧模型对高氧浓度燃烧的适用性,在单膜模型的基础上,考虑边界层内CO氧化反应,建立了焦颗粒燃烧双膜模型。模型采用Dryer和Glassman的动力学描述边界层内CO的氧化反应,且详细描述该反应对颗粒内部和边界层内各气体的热、质传递的影响。模型预测与实验测量结果的比较显示,与单膜模型相比,双膜模型可以预测焦颗粒在O₂/N₂或O₂/CO₂燃烧气氛下的燃烧温度,同时也可以更好地预测颗粒燃尽时间和焦的反应速度,其氧浓度的适用范围也更广,而且,模型对于不同煤种和煤焦反应条件（气氛、氧浓度、温度和颗粒尺寸）也具有通用性。由于采用简单理论模型的方式合理描述气体性质、反应动力学和边界层内反应等,整体上双膜模型的体系和计算与单膜模型相比并不复杂,因此同样可应用于CFD等工程方法中。在高温滴管炉中进行系统的燃烧实验,研究准东煤、水洗准东煤和维多利亚煤在空气和35%O₂/65%CO₂气氛下燃烧时颗粒物的生成特性。实验研究表明燃烧气氛从O₂/N₂到O₂/CO₂的变化对无机元素（主要是AAEMs）的影响主要是由于焦颗粒燃烧温度的变化和高浓度CO₂的存在。空气和35%O₂/65%CO₂两种气氛下准东煤燃烧后颗粒物的生成特性的比较表明,颗粒物生成量主要受矿物质颗粒表面气氛的变化及其反应的影响,而PM0.1和PM0.1-1生成的影响主要表现为无机元素气化凝结过程的影响;而PM1-10生成的影响更倾向于表现为灰颗粒破碎和熔聚等的影响。因此,在无机元素气化模型检验时,采用PM1的数据体现AAEMs的气化量是合理的。在焦颗粒O₂/N₂和O₂/CO₂燃烧的双膜模型的基础上,改进和开发焦颗粒燃烧过程无机元素气化的数学模型。模型中难熔氧化物（CaO、MgO和SiO₂）的气化采用Quann和Sarofim的经典模型,而碱金属（Na、K）氧化物的气化采用矿物质颗粒表面饱和蒸气压及蒸气扩散描述。采用文献中的测量数据和论文的实验研究结果对模型的检验表明,将焦颗粒燃烧模型与无机元素气化模型的耦合能显著增强对O₂/N₂气氛下无机元素气化预测的可靠性和准确性,也基本能合理描述O₂/CO₂气氛下焦燃烧过程中无机元素的气化,而且改进的无机元素气化模型可体现煤种、颗粒尺寸（特别是小颗粒）、氧浓度（或颗粒温度）变化对AAEMs和SiO₂气化的影响,证明了模型机理描述和模型改进的合理性。