化石燃料燃烧排放的CO<,2>对大气环境造成了严重的污染,温室气体(CO<,2>等)引起的全球气候变化是当前乃至将来能源和环境问题中最受关注的热点和难点之一.煤基能源动力系统(特别是IGCC)控制CO<,2>问题成为能源领域研究的重点前沿课题.该文依托国家自然科学基金和国家重点基础研究发展规划等重要科研项目,在基础理论和系统集成两个层面上,开展IGCC系统控制CO<,2>的过程机理与一体化集成的相关核心科学问题的研究,旨在探索热力过程与CO<,2>分离一体化的新途径和开拓低能耗CO<,2>零排放的IGCC新系统.论文主要研究内容如下:研究化学链燃烧与CO<,2>分离一体化的原理与特性.基于化学链燃烧反应新颖能量释放机理,揭示化学链燃烧反应在分离CO<,2>方面的特性:实现无能耗分离CO<,2>和提高燃料转换效率.提出燃烧与CO<,2>分离一体化系统的评价指标,并以它为准则,比较评估采用CH<,4>化学链燃烧、CH<,4>空气燃烧、CH<,4>氧气燃烧和CH<,4>重整/变换四种燃料能量翻放和转换方式的发电系统回收CO<,2>的系统特性.分析和改进采用传统吸收法回收CO<,2>的IGCC系统,侧重研究单乙醇胺(MEA)吸收法回收CO<,2>的IGCC系统和热碳酸钾(K<,2>CO<,3>)吸收法回收CO<,2>的IGCC系统.应用热力学第一定律和第二定律分析比较这两种IGCC系统的CO<,2>回收单元(CO变换反应过程和CO<,2>吸收过程)的(火用)损结构模型及其对IGCC系统性能的影响;揭示CO<,2>回收单元的改进潜力所在,提出相应的改进方案,以达到提高回收CO<,2>的IGCC系统性能的目的.研究开拓H<,2>/O<,2>联合循环和空分冷能与CO<,2>分离一体化IGCC系统.分别考察一体化IGCC系统中空分与CO<,2>回收整合单元的系统集成和采用H<,2>/O<,2>联合循环的动力单元的热力性能,并与传统吸收法回收CO<,2>的IGCC系统进行比较.一体化IGCC系统开拓了低能耗分离CO<,2>和生产氢能的新途径.