预热燃烧技术是研究所循环流化床实验室提出的一种将碳基固体燃料流态化自预热处理后送入燃烧室内悬浮燃烧的变革性清洁高效燃烧技术，该技术可大幅度提高燃料适应性并降低氮氧化物排放，可广泛应用于发电锅炉、工业锅炉和窑炉领域。流态化预热装置是预热燃烧技术的核心，富氧气氛有利于改善预热强度、强化燃料改性并减少预热单元容积，为后续燃烧深度调控及超低NO_x排放提供关键技术。
　　为探明富氧预热燃烧对燃料改性和污染物脱除产生的影响，并为燃烧及NO_x排放深度调控提供支撑，循环流化床实验室研究团队开展了富氧预热超低NO_x燃烧热动力学研究。团队基于竖直高温管式炉及kW级循环流化床预热燃烧装置，在氧气分压高于21%的O₂/CO₂、O₂/N₂及O₂/Ar等富氧气氛下开展系列研究。探究了多种碳基燃料在富氧预热条件下的物理改性和超低NO_x性能；构建发展了新富氧焦炭燃烧动力学模型，有利于深入探索燃烧化学动力学微观机制；对富氧预热改性燃料微观分子结构和形貌特征进行深入分析，揭示了富氧预热过程燃料中氮赋存形态和主要官能团变化规律；在多种气体比例模型和实验规律的基础上，获得了影响预热燃烧过程煤气组分产率的关键因素和煤气组分比例关系；基于气相反应动力学详细含氮机理，解析了预热燃料富氧燃烧过程的氮迁移和转化路径。研究表明，富氧气氛下预热单元氧分压的增大对吡咯氮向吡啶氮转化有一定的抑制作用，且预热燃料富氧燃烧过程中主要由HNO和H基团反应生成NO。以上研究内容为开发新一代预热燃烧技术提供了关键基础实验支撑。
　　该项研究工作得到了国家自然科学基金面上项目的资助（NO.51876204）。截至目前，相关研究成果已在Fuel、洁净煤技术等国内外期刊发表科技论文5篇，其中，3篇被SCI收录，2篇被中文核心收录。


图1 1473K时27%O2CO2、27%O2Ar、73%CO2Ar和21%O2N2条件下焦炭转化率随时间的变化

图2 流态化预热过程燃料改性微观分析

图3 预热燃料燃烧的气相动力学分析