預熱燃燒技術是一種將碳基固體燃料流態化自預熱處理后送入燃燒室內懸浮燃燒的變革性清潔高效燃燒技術，由中國科學院工程熱物理研究所循環流化床實驗室提出。該技術可大幅提高燃料適應性并降低氮氧化物排放，可廣泛應用于發電鍋爐、工業鍋爐和窯爐領域。流態化預熱裝置是預熱燃燒技術的核心，富氧氣氛有利于改善預熱強度、強化燃料改性并減少預熱單元容積，可為后續燃燒深度調控及超低NOx排放提供關鍵技術。

為探明富氧預熱燃燒對燃料改性和污染物脫除產生的影響，并為燃燒及NOx排放深度調控提供支撐，循環流化床實驗室研究團隊開展了富氧預熱超低NOx燃燒熱動力學研究。科研人員基于豎直高溫管式爐及kW級循環流化床預熱燃燒裝置，在氧氣分壓高于21%的O2/CO2、O2/N2及O2/Ar等富氧氣氛下開展系列研究。探究了多種碳基燃料在富氧預熱條件下的物理改性和超低NOx性能；構建發展了新富氧焦炭燃燒動力學模型，有利于深入探索燃燒化學動力學微觀機制；對富氧預熱改性燃料微觀分子結構和形貌特征進行深入分析，揭示出富氧預熱過程燃料中氮賦存形態和主要官能團變化規律；在多種氣體比例模型和實驗規律的基礎上，獲得了影響預熱燃燒過程煤氣組分產率的關鍵因素和煤氣組分比例關系；基于氣相反應動力學詳細含氮機理，解析了預熱燃料富氧燃燒過程的氮遷移和轉化路徑。研究表明，富氧氣氛下預熱單元氧分壓的增大對吡咯氮向吡啶氮轉化有一定抑制作用，且預熱燃料富氧燃燒過程中主要由HNO和H基團反應生成NO。該研究為開發新一代預熱燃燒技術提供了關鍵基礎實驗支撐。

研究工作得到國家自然科學基金面上項目的支持。截至目前，相關研究成果已在Fuel、《潔凈煤技術》等國內外期刊發表科技論文5篇（3篇被SCI收錄，2篇被中文核心收錄）。

圖1.1473K時27%O2CO2、27%O2Ar、73%CO2Ar和21%O2N2條件下焦炭轉化率隨時間的變化

圖2.流態化預熱過程燃料改性微觀分析

圖3.預熱燃料燃燒的氣相動力學分析