在当前能源架构背景下,煤炭资源依然占据着我国能源消耗的主要部分。传统的煤炭利用方式由于循环利用率低、污染物排放超标等缺点,与我国当前能源资源紧缺的现状相矛盾,因此如何对煤炭资源进行梯级利用以实现高效清洁燃烧成为当前亟待解决的重要课题。针对解决超低挥发分碳基燃料的利用问题,本课题基于光学诊断型携带流燃烧反应系统对热解半焦在不同条件下的着火及燃烧行为进行了研究,深入分析了热解半焦随温度(1600K-1800K)、氧浓度(5%-30%)以及不同掺烧比变化的燃烧规律,对半焦纯燃技术以及与原煤掺混的协同燃烧技术应用具有一定指导意义。本课题分别利用光学测量手段和煤焦测试手段对神木热解半焦的着火及燃烧特性进行研究。实验中采用高速ICCD相机配合高重频、大能量、可调谐的激光器系统,对半焦单颗粒及颗粒群射流火焰中OH受激辐射荧光信号进行了采集,通过对OH信号强度和分布范围的分析获得了热解半焦在燃烧过程中的火焰信息。实验结果表明,半焦由于挥发分含量很少其着火模式主要以颗粒表面发生的非均相着火模式为主,且着火延迟随氧浓度和温度的升高而减小,燃烧反应强度随氧浓度和温度的升高而增强。此外,通过对比不同燃烧条件下CH*自发辐射信号强度归一化曲线以及信号分布伪彩图,其显示的结果也证明该结论的正确性。值得注意的是,单反相机拍摄的全波段黑体辐射火焰图像显示随着氧浓度升至中氧浓度(20%)以上,半焦颗粒因自身结构特性发生了热爆裂现象,在与神华原煤掺混协同燃烧过程中,这种热爆裂现象得到缓解。针对混合燃料燃烧性能的差异性,本课题配备7种不同半焦掺混比例进行OH-PLIF实验,结果表明当掺烧比位于30%附近时,混合燃料着火延迟最小且保持了足够的燃烧强度,除此之外火焰爆燃现象亦得到改善。针对不同燃烧条件下热解半焦燃尽率及孔隙结构发生的变化,实验时收集残炭样品进行研究。含碳量计算结果发现,半焦挥发分析出率和固定碳转化率均随氧浓度和温度的升高而增大。通过氮吸附实验并结合扫描电子显微镜(SEM)下的微观表面图像发现,低氧浓度下分布着大量破碎、坍塌的孔隙结构,随着氧浓度升高微孔、介孔的大量消耗形成扩孔,导致比表面积大幅减小,孔容积增大,表面变得光滑圆润;当氧浓度不变而温度升高时,残炭表面出现了灰分熔融现象,且对半焦燃尽率和孔隙结构的影响并不显著,即在高温条件下单纯依靠增加烟气温度来改善燃烧特性是收益不高的。