由于化石燃料燃烧而排放的大量的温室气体CO2对环境造成的危害已引起了全球的高度关注。在众多的CO2分离捕集技术当中，O2/CO2燃烧技术作为一种新型的可低成本分离回收CO2：且污染物排放较低的全新理念的燃烧方式已引起了各国研究者的重视。由于燃烧气氛的转变，使得煤在新的燃烧方式下的众多特性较常规气氛下的情况存在诸多差异；同时由于煤粉燃烧及燃料本身的复杂性，使得对O2/CO2煤粉燃烧及污染物的排放特性尚无统一的认识和规律。因此，研究工作的开展有着极其重要的意义。
　　 本文采用实验研究、理论分析与数值模拟相结合的方法对O2/CO2煤粉燃烧及污染物(SO2和NO)的排放特性进行了系统的分析。
　　 研究发现，典型工况下(21％O2/79％N2气氛和21％O2/79％CO2气氛)煤粉的热解与燃烧特性存在明显差异，相同O2浓度的O2/CO2气氛下煤粉的着火及燃尽延迟，燃尽时间延长；提高进气O2浓度可使燃烧状况得到显著改善，30％左右的进气O2浓度可获得与空气气氛相当的燃烧特性。相同O2浓度及实验条件下，典型工况的两种气氛下煤焦颗粒的内部孔隙形状差别不大，但在特定孔径范围(≤5nm)的孔分布存在明显不同；随着颗粒燃尽率的增加，其孔隙结构参数均呈现降低的趋势，但相同条件时O2/CO2气氛煤焦的孔结构参数较O2/N2：气氛煤焦的稍小；与之相对应，颗粒的分形维数也表现出类似的变化规律。
　　 通过傅立叶变化红外光谱仪(FTIR)和x射线衍射分析仪(XRD)测定了部分煤焦试样的表面化学基团和微晶结构，通过对测试谱图的相关校正并基于煤焦表面微结构的半定量分析方法，求解了反映颗粒表面化学基团和微晶特征的关键参数。从结果来看，环境气氛对不同煤焦的表面化学结构参数的影响表现出类似的变化规律，燃烧气氛改变的关键是影响了煤焦反应的外在物理环境(颗粒温度及有机物分解析出气态产物的扩散特性)；同时，由于CO2气化效应而导致的颗粒温度的差异则使得两种气氛下煤焦的晶构参数明显不同，不同温度工况下的结果也证明了温度的确为影响煤焦晶粒生长和其结构有序化的主要因素。
　　 燃烧烟气的在线分析显示，在相同配比的为O2/CO2气氛下，烟气中CO2的浓度显著高于O2/N2气氛燃烧时CO2的排放浓度，但O2/CO2气氛下煤粉燃烧过程延迟，相同取样条件下烟气中的残余O2含量较高，CO的浓度明显高于O2/N2：气氛的情况，排烟中NO及SO：的排放较相同O2浓度的O2/N2：气氛下降低；随着进气中O2浓度或燃烧温度的提高，两种气氛下SO2：及NO的排放浓度均呈现升高的趋势。在两种气氛下，SO2：及NO的排放浓度随燃料/氧气化学当量比(Ф)的增加呈现先增加后降低的趋势，但SO2：的最高浓度出现在化学当量比约为Ф=1.2的工况下，而NO最大排放浓度大约出现在Ф=0.8左右。
　　 在煤焦本身结构特性分析的基础上，以灰色理论为指导，对与煤焦反应特性间相关的影响因素进行了关联分析。结果表明，煤焦颗粒的物理结构、表面化学特性及其微晶结构对颗粒的最终反应性都存在着相当程度的影响，但在所考察的相关参数之间，煤焦本身的化学特性及其微晶结构则是影响其反应性的根本因素，其结果印证了前面研究结果的意义所在。
　　 相关的模拟结果表明，相同O2浓度的O2/CO2气氛下的温度水平较模拟空气气氛下低约200K左右，但O2/CO2气氛下炉内的温度场更为均匀，烟气的辐射吸收系数显著高于空气气氛下的情况，大约30％的进气O2浓度可获得与空气气氛下相当的温度分布。
　　 研究结果对于O2/CO2燃煤电站的设计与改造，对于奠定具有我国自主知识产权的O2/CO2燃烧理论以实现大规模分离CO2具有重要的理论意义和实际应用价值。