煤着火特性表征煤着火过程中物理化学变化规律,是煤炭高效清洁利用所需的理论基础。单颗煤粒作为最简单的存在形式,其着火过程不受其他颗粒影响,相关研究能够更好地揭示煤的本征着火和燃烧特性,本文采用实验与模型研究相结合的方法深入系统地开展了单颗煤粒的着火特性研究。首次获得微重力条件,不同氧气浓度下我国典型烟煤单颗粒的着火特性,并在常重力条件下揭示了煤种、粒径、加热速率、氧气浓度、对流强度、气氛等方面对mm量级煤颗粒着火特性影响规律。对比了在常重力和微重力条件下的着火温度、延迟时间和火焰形状的区别;分析了对流对煤粒着火特性的影响机制;总结实验结果,获得了煤粒在不同氧气浓度下着火模式随环境温度与对流强度的变化图谱。建立了考虑颗粒内部导热的单颗粒一维瞬态着火模型,更加准确地预测了mm量级煤粒的着火参数;通过模型研究确定不同着火判据的适用条件;系统地考察多种因素对煤粒着火特性的影响规律,并与实验结果比较。得到以下结论:氧气浓度增加时,煤粒的着火延迟时间缩短,着火温度降低;粒径增加时,煤粒的着火延迟时间增加,煤粒表面温度随粒径会出现先降低,后缓慢上升的趋势,而中心温度则出现明显降低的趋势;加热速率升高时,煤粒的着火延迟时间缩短,煤粒表面的着火温度随之升高,而中心温度则随之降低,并且加热速率越高,粒径越大,表面与中心之间的温差越大;绘制出典型烟煤的着火模式变化图谱。粒径较小,加热速率较高时更容易发生异相着火,而粒径较大,加热速率较低时更容易发生均相着火,粒径再大时,可能出现表面温度较高首先发生异相着火,引燃挥发分的联合着火模式;忽略内部导热时所预测的粒径对煤粒着火特性影响规律以及颗粒表面与中心的温度可能存在较大误差。使用CPD热解模型,根据Magnussen局部熄火理论,建模分析了煤粒出现挥发分射流火焰的临界条件、射流火焰密度和高度。发现较低氧气浓度下,喷射挥发分不易形成射流火焰,继续扩散形成球形度较好的“幔状”火焰面,而高氧气浓度下,挥发分火焰容易成射流状,较好地预测了微重力实验中发现的不同氧气浓度的煤粒挥发分火焰形态。