结合我国“多煤、少油、缺气”的能源结构现状,应对碳中和的需求,能源行业技术转型一方面需要大力发展可再生能源,逐步使可再生能源转变为我国的主要能源;另一方面需要加快煤电退出以及大规模部署碳捕集装置。煤电装机容量需要逐步减少,甚至部分发电机组需要提前退役,但考虑到社会用电量需求的增长、电网调峰需求、供暖、能源转型成本、煤电机组搁浅成本以及煤电企业及上游企业人员的就业等经济和社会问题,煤电在未来相当长一段时间内仍然将保持相当比例。而燃煤电站是CO2排放量最多、排放地点最集中的场所之一,也是比较适宜大规模集中控制碳排放的场所。富氧燃烧具有技术风险低、易规模化等优势,被认为是最可能大规模推广的燃煤电站碳捕集技术之一。流化床富氧燃烧不仅具备富氧燃烧的技术优势,还可以获得流化床燃烧技术燃料适用性强、负荷调节宽以及低NOx/SO2排放等优点。经过近20年的发展,流化床富氧燃烧技术也发展出不同的工艺路线,比如O2/CO2燃烧、O2/H2O燃烧以及加压富氧燃烧等。新工艺路线中煤燃烧机理的研究对富氧燃烧技术的发展和商业化应用具有重要意义。本文利用实验研究和模型研究相结合的方法对煤颗粒流化床增压富氧燃烧机理开展研究工作,定量揭示不同气氛和压力等条件对煤颗粒不同燃烧过程（干燥、挥发分燃烧以及焦炭燃烧）的影响机制。全文主要研究内容及成果如下:（1）自行设计、搭建单颗粒可视化流化床增压富氧燃烧实验装置开展燃烧实验研究,引入“双色测温法”和“热电偶埋入测温”等手段实现燃料颗粒温度和火焰温度场的实时在线测量。可以克服传统燃烧实验中温度和燃烧过程等信息难于准确获取的缺陷,定量获取燃烧过程中的基础参数信息,也为煤颗粒燃烧模型的建立提供了可靠的数据支持;（2）利用可视化燃烧实验平台,研究不同燃烧位置（密相区和稀相区）、气氛、煤种、氧浓度对着火过程、脱挥发分过程以及焦炭燃烧过程的影响。结果表明,由于流化床的密相区具有较高的传热系数,因此煤颗粒在密相区的着火延迟时间明显短于稀相区;而颗粒在稀相区燃烧时由于挥发分火焰对颗粒的包裹和加热作用,煤颗粒的脱挥发分时间会明显短于其在密相区中;由于稀相区具有更好的传质作用,焦炭颗粒在稀相区燃烧的峰值温度高于其在密相区的峰值温度,相应的焦炭颗粒燃烬时间也比其在密相区的燃烬时间更短;（3）在可视化流化床反应器上开展煤颗粒O2/H2O燃烧行为（干燥、着火、挥发分析出及燃烧和焦炭燃烧）的实验研究。采用双色高温和热电偶来监测颗粒燃烧过程中的温度变化。研究了不同的煤颗粒（褐煤、烟煤和无烟煤）、气氛（O2/H2O、O2/N2和O2/CO2）、氧浓度、位置（密相区和稀相区）、流化数、颗粒尺寸和床温对燃烧的影响。结果表明,高浓度的氧气会加速焦炭的氧化并促使颗粒着火模式发生转变;在相同的氧气浓度下,O2/H2O气氛中的着火延迟时间略长于O2/N2气氛中的着火延迟时间;在O2/H2O气氛中,当氧气浓度较低时,挥发性火焰比O2/N2气氛中的挥发性火焰亮度更低;而随着氧气浓度的增加,O2/H2O气氛中挥发性火焰的亮度明显高于O2/N2环境中挥发性火焰的亮度;与O2/N2和O2/CO2气氛相比,由于O2/H2O气氛中较高的氧气的扩散系数和焦炭气化速率,焦炭在O2/H2O气氛中具有最短的燃烧时间和较低的颗粒峰值温度;（4）在可视化流化床燃烧器上开展了不同操作参数下O2/N2和O2/CO2气氛煤颗粒加压燃烧特性实验,研究了压力等参数对单个煤颗粒燃烧特性的影响机制。结果表明,煤颗粒的着火延迟时间随着操作压力的增大而增加,而煤颗粒脱挥发分时间随着压力增大而显著缩短;挥发分火焰在较高的压力下会变得更长、更窄,在相同的氧浓度下,O2/N2气氛中的挥发性火焰比O2/CO2气氛中的火焰更亮;氧气分压相同时,较高的总压下的焦炭颗粒温度要低于常压高氧浓度下的颗粒温度;由于高压下氧扩散的质量通量增加,焦炭颗粒的峰值温度升高,燃烬时间减少;与O2/N2气氛相比,在O2/CO2气氛下观察到较低的颗粒温度和较长的燃烬时间,在高压下两种气氛之间的燃烬时间差更小;煤焦加压富氧燃烧过程中的气化反应非常重要,可以显著提高焦炭转化率,特别是在高压和高氧气浓度下;随着颗粒尺寸的升高,焦炭颗粒峰值温度略有下降,燃烬时间显著上升;（5）综合考虑流态化条件下的传热、传质以及焦炭气化反应等因素,建立了毫米尺度煤颗粒干燥、脱挥发分以及焦炭燃烧模型,并通过实验数据验证了模型的可靠性,对模型中多个关键参数的敏感性进行分析。结果表明,模型对脱挥发分过程时间的预测误差小于±20%,对焦炭燃烬时间和焦炭峰值温度的预测误差分别小于±15%和±8%;煤颗粒的干燥和脱挥发分过程主要受颗粒与床层之间的换热系数、煤颗粒的导热系数以及颗粒尺寸等共同控制;操作压力的升高会带来煤颗粒与床料之间换热系数的增加,从而降低煤颗粒的干燥时间和脱挥发分时间,并提高颗粒内外温差的峰值;与N2气氛相比,CO2气氛下具有更高的换热系数,也会带来干燥时间和脱挥发分时间的降低以及颗粒内外温差的增大,但是整体差异较小（<5%）;焦炭的加压富氧燃烧过程中,气化反应的影响不可忽略;在高温、高压、高氧浓度的条件下,由于颗粒温度被极大的提升,焦炭燃烧过程中气化反应占比显著升高。