O2/CO2燃烧技术在减少煤焦燃烧过程中热力型 NOx生成方面具有突出的优势，作为 NOx控制技术受到越来越多的研究者的重视。目前，大多数研究者在数值模拟研究中采用一步反应描述焦炭燃烧。然而焦炭并不是由单独一种碳基构成的，燃烧化学反应也极为复杂，采用一步反应计算得到的结果过于简单，不能还原焦炭燃烧真实情况。同时，焦炭颗粒具有复杂的孔隙结构，应该采用随机孔模型计算热质传输特性和焦炭转化率，然而随机孔模型无法计算复杂化学反应下的热质传输特性，因此目前研究者们仍然难以使用随机孔模型计算O2/CO2气氛焦炭颗粒的燃烧特性。另一方面，在对于O2/CO2气氛下焦炭氮转化进行的研究中，研究者普遍认为焦炭氮向NO的转化速率与焦炭燃烧速率成比例，比值为焦炭中碳和氮的比值。这种计算方式过于粗糙，得到的焦炭氮转化特性与焦炭燃烧特性相似，与真实情况存在较大的误差。　　煤粉颗粒经过高温热解形成焦炭。热解过程中，颗粒内部无序排列的 C原子组成的碳基受到影响，会有一部分 C原子转变为有序排列的碳基。另一方面，焦炭中的 H原子附着在一部分碳基上，改变了碳基的化学性质。因此，研究者普遍认为焦炭颗粒所含有的碳基共有三类，分别为有序结构碳基、无序结构碳基以及含H碳基。不同化学性质的碳基与反应气体（O2、CO2、CO）会发生8步异相反应和1步同相反应。本工作根据焦炭颗粒的以上性质，首次将9步化学反应与随机孔模型相结合，新建立了 O2/CO2气氛下的三种碳基随机孔模型。该模型的建立解决了随机孔模型无法计算O2/CO2气氛焦炭颗粒的燃烧特性的问题。　　高温热解生成焦炭的过程中，焦炭内的焦炭氮有一部分以官能团的形式附着在碳基的表面，另一部分焦炭氮嵌套进碳基内部。在焦炭燃烧时，单个碳基表面的焦炭氮率先反应，随着碳基的消耗，内部的焦炭氮暴露出来才会发生反应，因此单个碳基上的焦炭氮呈现收缩变化的特征。与此同时，与焦炭氮发生反应的气体的扩散传输特性又受到随机孔模型的控制。因此焦炭氮的转化过程同时具有收缩模型和随机孔模型这两种模型的特点。三种碳基随机孔模型在计算 O2/CO2气氛下气体传输特性的方面有着很高的准确度，为计算焦炭氮转化过程中的反应气体的传输特性提供理论支撑。本工作在三种碳基随机孔模型的基础上，选用收缩模型计算焦炭氮的比表面积，建立了基于反应面积的Char-N转化模型。在该模型中，焦炭燃烧速率和焦炭氮转化速率不再是简单的类比关系，两种反应速率因为受到反应面积的影响而产生了差异。因此可以计算出一种工况，能够促进焦炭燃烧和抑制焦炭氮转化，该工况即为高效洁净燃烧最优工况。　　通过实验对比证明，三种碳基随机孔模型、基于反应面积的Char-N转化模型都与实际情况非常吻合。它们都具有表征焦炭颗粒的燃烧特性、热质传输特性以及焦炭氮转化特性的能力。通过对计算得到的数据进行分析得知，焦炭颗粒在燃烧初期，孔隙内的气体浓度存在脉冲式波动的现象。波动现象发生原因是化学反应和物理扩散之间存在竞争效应，该效应主要发生在反应动力—扩散控制区。竞争效应会降低焦炭燃烧温度，使其燃烧过程不稳定，对于焦炭颗粒的燃烧有着负面影响。减小颗粒粒径，增加环境中的 O2浓度都可以有效缩短竞争效应的持续时间，同时减小颗粒粒径还能够明显降低竞争效应的剧烈程度。焦炭颗粒孔隙内NO浓度的变化受O2浓度影响较大，因此降低环境中O2浓度可以抑制焦炭氮的转化和NO的生成。同时增大颗粒的粒径同样可以减少NO的生成，这是因为大颗粒焦炭燃烧使颗粒内部产生了大量的还原性气体CO。　　综上可以看出，本工作所建立的两种新的模型，极大的提高了 O2/CO2气氛下，针对焦炭燃烧特性及焦炭氮转化特性的数值模拟工作的准确性。同时提出了更为可靠的最优工况取值范围，为焦炭颗粒高效洁净燃烧的生产实践提供了理论基础。对于促进数值模拟研究工作的发展，改善燃煤锅炉燃烧效率，减少污染物排放等方面有着重要的意义。