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氮氧化物(NOx)和二氧化硫(SO2)是煤燃烧过程中产生的主要大气污染物,也是造成雾霾等环境问题的主要原因。我国日益严格的燃煤烟气污染物排放标准促使学者们对循环流化床锅炉在炉内协同控制NOx和SO2排放开展了大量的工作。循环流化床炉内低氧燃烧结合后燃技术不仅可以实现低NOx排放,而且能够保证燃烧效率,是一种高效的低NOx燃烧技术。但该技术的应用使得循环流化床炉内的氧化性气氛转变为了还原性气氛,传统的炉内喷钙脱硫机理也不再适用,因此,为了探索该技术下炉内固硫的可行性,本文采用热重-质谱联用实验、管式炉实验和循环流化床实炉试验相结合的研究方法,对还原性气氛下固硫机理以及相关影响因素进行了系统的研究。采用热重质谱联用加等效特征图谱法(TG-MS&ECSA)对各反应过程中的逸出气体进行实时定量,从逸出气体出发分别对石墨和半焦还原分解CaSO4的反应、CaS在O2/Ar气氛下的氧化反应、CaS在CO2/Ar气氛下的氧化反应和CaS与CaSO4固固反应的机理进行了研究,然后通过管式炉实验,再从反应后固体产物出发对结论进行了验证;另外,本文还通过立式管式炉实验对循环流化床炉内温度和CO浓度对固硫特性的影响进行了研究;最后在100kW循环流化床实炉试验台上进行了初步验证,全面研究了循环流化床炉内还原性气氛对固硫特性的影响。热重质谱实验结果表明,石墨和半焦的加入会大大提前CaSO4的开始分解温度,但是两者热还原分解CaSPO4的机理不同;石墨还原分解CaSO4时,主要发生的是CaSO4与石墨反应生成CaO、SO2和CO2的反应,该反应开始发生的温度约为900℃。神木半焦热还原分解CaSO4时,随着神木半焦含量的增加,CaSO4的脱硫率急剧减小,CaSO4和神木半焦会直接反应生成CaS和CO2,该反应开始发生的温度约为770℃;但反应产物中的CaO和反应过程中释放出的SO2不是由CaSO4与神木半焦直接反应生成的,而是由CaS与CaSO4的固固反应生成的。CaS会与O2反应生成CaSO4,反应开始发生的温度为617℃,停止的温度为1015℃;另外,CaS还会与O2反应生成CaO和SO2,反应开始发生的温度为997℃。CaS还会与CO2反应生成CaO,同时产生SO2和CO2,而且该反应开始发生的温度为900℃。CaS与CaSO4会发生固固反应生成CaO和SO2,该反应在850℃开始发生,而且该反应的速率远远高于CaSO4的自分解反应。本文采用立式管式炉模拟实炉内的流化状态和反应氛围,实验结果表明,当CO浓度小于0.6%时,反应产物中CaS的质量分数对温度的依赖性较强,随着温度的升高明显增大;当CO浓度大于1%时,反应产物中CaS的质量分数对温度的依赖性较弱,整体上变化趋势与温度呈现负相关,但是变化不大。当CO浓度小于1%时,反应产物中CaS的质量分数对CO浓度的依赖性较强,随着CO浓度的增加大幅度增大,但是当CO浓度大于1%时,反应产物中CaS的质量分数对CO浓度的依赖性较弱,随着CO浓度的增大变化很小,基本上维持在了一定数值左右。另外,随反应的进行,样品表面会形成一层致密的CaS膜,阻碍反应的进一步发生。100kW循环流化床试验结果表明,炉内温度处于950～980℃时,氧化性气氛下的固硫产物只有CaSO4,弱还原性气氛时,固硫产物已经开始出现CaS。研究结论为优化循环流化床炉内低氧燃烧结合后燃技术,使其发展成为联合脱硫脱硝技术提供了重要的依据。