随着全球工业化的快速发展，CO2的排放已严重威胁着人类健康和环境安全，而人类活动排放的CO2主要来自煤燃烧。因此，富氧燃烧作为一种最具前景的清洁煤利用技术受到了广泛关注，而它在循环流化床锅炉上的应用充分融合了两者的优点，尤其是它可以通过飞灰循环来控制燃烧温度，更有利于实现高O2浓度下的富氧燃烧。循环流化床富氧燃烧温度较低（800～1000℃），石灰石存在不同的硫化机理；而且受硫化产物层覆盖和脱硫剂烧结的影响，石灰石的利用率依然较低。因此，本文在研究流化床富氧燃烧硫的析出及钙基脱硫剂煅烧和硫化特性的基础上，探索了富氧气氛下石灰石脱硫产物的水蒸汽活化机理；并且考虑到循环流化床富氧燃烧条件下水蒸汽浓度较高，进一步分析了水蒸汽对燃烧、SO2析出及石灰石脱硫特性的影响，以为循环流化床富氧燃烧技术的应用提供有价值的试验数据和理论依据。　　了解富氧气氛下煤的燃烧特性及硫的析出规律是控制SO2排放的前提，因此本文首先对其进行了研究。CO2气氛下高温（≥700℃）热解时CO2-char气化反应的增强明显提高了煤的热解失重率和 CO的析出量，进而有利于煤中硫的析出，并促进了H2S和含硫基团向COS、CS2和SO2的转化。富氧燃烧可以改善煤的燃烧特性，而其对SO2析出的影响主要是煤中矿物质的自固硫能力得到明显增强；O2浓度的升高明显改善煤的燃烧特性，减弱了煤中矿物质的固硫能力，有利于SO2的析出。　　石灰石的煅烧特性直接影响着其硫化机理，为此首先分析了石灰石富氧气氛下的煅烧特性，重点采用Malek法对石灰石的煅烧动力学进行了系统的推导和分析。富氧气氛下CO2的出现减缓了石灰石的煅烧，改善了煅烧产物的孔隙结构；而煅烧温度的升高和时间的延长在促进石灰石煅烧的同时也加剧了煅烧产物的烧结。O2/CO2气氛下，煅烧开始阶段为受成核控制的加速化学反应过程，当煅烧速度达到最大值后进入减速型的α-t化学反应过程，最后煅烧反应进入扩散控制阶段，反应符合随机成核和随后生长模型；而且随着CO2浓度的升高，石灰石煅烧的表观反应级数和活化能增加。而在100％O2气氛下，石灰石的煅烧符合三维对称相界面迁移的R3机理。　　随后对石灰石的硫化机理进行了探讨。富氧气氛下存在两种硫化机理，温度高于分解温度或者 CO2分压低于分解压时为 CaCO3-CaO-SO2间接硫化反应，反应较快，但受到快速生成的CaSO4产物层和煅烧产物 CaO烧结的影响，反应速率降低迅速；反之为CaCO3-SO2直接硫化反应，反应较慢，但反应过程中CO2的持续析出改善了产物层的孔隙结构，反应速率降低缓慢。间接硫化反应中钙的转化率随着温度的升高先增加后降低；而直接硫化反应时钙的转化率随着温度的升高单调增加。当反应温度低于最佳脱硫温度时，钙的转化率随着CO2浓度的降低而增加；而当温度高于最佳脱硫温度时，钙的转化率随着CO2浓度的升高而增加。富氧气氛中CO2浓度增加，石灰石的最佳脱硫温度升高，并具有更高的钙转化率。考虑石灰石在炉内的停留时间，循环流化床富氧燃烧中发生间接硫化反应时的脱硫效率应该大于发生直接硫化反应时的。　　然后研究了石灰石水蒸汽活化方法在富氧燃烧技术上的应用，并探索了水蒸汽对石灰石硫化特性的直接影响。结果表明：对于间接硫化产物，水蒸汽活化时未反应的CaO可以与水蒸汽反应生成Ca(OH)2，活化效果明显，但是活化温度的升高不利于硫化产物的活化；而对于直接硫化产物，水蒸汽的活化仅仅打开了部分微孔结构，活化效果有限。结合循环流化床可以实现高O2浓度富氧燃烧的技术优势，O2浓度的升高在改善煤燃烧特性的同时，CO2浓度的降低还会促使石灰石发生间接硫化反应，进而可以利用水蒸汽活化方法来进一步提高石灰石的利用率。对于硫化反应，水蒸汽的出现可以促进固态离子的扩散，改善石灰石的硫化特性；水蒸汽对间接硫化反应的影响大于对直接硫化反应的影响。　　最后，基于前面的基础研究，利用循环流化床燃烧多功能试验台架进行了煤燃烧的多工况试验。结果表明：空气与富氧燃烧间转换顺利，燃烧稳定。富氧燃烧中随着O2浓度的增加，燃烧温度和燃烧效率提高，SO2的析出量增大，脱硫效率升高。水蒸汽对燃烧的影响更多的体现在水煤气反应及水的离解等化学作用方面，水蒸汽加入后燃烧温度降低，但燃烧效率增加，SO2的析出量减小；水蒸汽还增强了石灰石的脱硫能力。