我国一次能源生产和消费结构仍以煤炭为主,在2030年实现碳达峰和2060年实现碳中和的行动目标下,进一步提高煤炭的高效、清洁利用水平,是促进能源产业可持续发展的重要举措之一。深入探讨煤颗粒燃烧特性是发展燃烧理论、改进燃烧技术的基础。本研究提出了聚光光热的辐照加热方式,构建了多信息同步采集的常温腔室型实验装置,研究了容积反应、升温速率、煤种及氧分压等对煤颗粒燃烧特性的影响规律,主要开展了以下几个方面的工作:首先,设计并搭建了聚光光热燃烧实验装置,实现了对煤颗粒燃烧过程中图像、温度、质量以及烟气组分生成信息等的同步采集。采用聚光辐照加热方式,实现了对煤颗粒达69.4℃/s升温速率的快速加热,颗粒温度也可达到1100℃以上。重复实验表明,CO生成速率、样品失重和颗粒温度实验数据相对标准偏差在5%以内的概率均在80%以上,证明了该实验装置的可靠性。其次,在聚光光热燃烧实验装置基础上,通过增设的反应气预热装置,实现了反应腔室内固相区温度和气相区温度的解耦控制。在燃烧过程中,气相区温度的提高显著增强了容积反应,煤颗粒的着火延迟时间减少了50%-60%,而火焰持续时间增长1.1-4倍。对实验数据逆向归纳可知,煤颗粒的着火延迟时间τi与固相区温度T满足方程τi=a×（f（T）-b）-c形式,其中a与气相区温度有关,b由煤种决定,c为与氧浓度有关的有效反应级数。限制气相区即反应器腔室温度,可显著抑制容积反应,从而表征煤颗粒燃烧气-固反应特性。然后,在常温腔室型的聚光光热燃烧实验装置中,分析了升温速率对煤颗粒燃烧气-固反应特性的影响。随着升温速率的加快,煤颗粒的着火机理由非均相着火转为联合均相-异相着火,当升温速率达到52.4℃/s时,着火机理进一步转变为均相着火。NO仅在“次快速”（52.4℃/s）和“快速”（69.4℃/s）升温速率下生成,符合燃料型NO生成机理。随着升温速率的加快,煤颗粒燃烧最大失重速率区间的表观活化能由84.45 k J/mol降低至62.28 k J/mol,而在“快速”升温速率下呈现两段式分布,表观活化能进一步降低至33.74和11.54 k J/mol。接着,对我国3种典型煤种（烟煤、次烟煤和褐煤）进行了限制反应器腔室温度的快速升温燃烧气-固反应特性实验研究。煤颗粒燃烧初始阶段温度的变化主要取决于水分和挥发分的含量,燃烧过程的峰值温度由挥发分含量决定。在燃烧过程中,烟煤和次烟煤颗粒密度呈下降、上升、再下降的趋势,而褐煤颗粒密度则持续下降。在脱挥发分阶段,烟气中可燃组分的生成速率随煤阶的下降而下降。在煤焦燃烧阶段,烟煤、次烟煤和褐煤颗粒的比反应速率分别为0.0076、0.0045和0.0099 s-1。3种煤种颗粒燃烧过程中NO的生成均符合燃料型NO生成机理,烟煤的NO生成量最高。随后,进一步研究了氧分压对煤颗粒快速升温燃烧气-固反应特性的影响。仅在40%及以上的氧分压气氛中,煤颗粒燃烧出现了明显的火焰。氧分压的增加,以指数函数的形式缩短了煤颗粒的燃尽时间,并以幂函数的形式提高了燃烧过程的最高温度,但对煤颗粒体积和密度的变化规律影响较小。氧分压的增加,还使煤焦燃烧阶段的比反应速率呈指数倍地增大,CO2的最大生成速率线性增大,CO2生成量以幂函数的形式增长,同时也抑制了CO和CH4的生成,增大了燃料型NO的生成量。最后,通过建立干燥模型、脱挥发分模型、挥发分燃烧模型以及煤焦燃烧模型,描述了煤颗粒快速升温燃烧过程中的温度变化过程,实验测量值在模型预测值±50℃范围内的概率达到了95.0%。该模型针对我国典型烟煤、次烟煤和褐煤煤种均表现出良好的通用性,受灰分的影响,预测准确度随着煤阶的下降而有所降低。该模型对不同氧分压条件下煤颗粒快速升温燃烧的温度变化过程预测也有一定的适用性。