煤的燃烧过程是复杂的物理化学过程,目前仍然有大量待揭示的问题,深入研究煤的燃烧过程是提高燃烧效率、减少污染物排放的理论基础。现今对燃烧过程可视化的研究多使用高速相机,受限于高速相机景深,不能对燃烧颗粒场进行系统的测量。本文以McKenna平面火焰燃烧器为平台,设计搭建高速数字同轴全息燃烧煤粉颗粒场测试系统。本套系统可追踪煤粉单颗粒与颗粒场的燃烧变化过程,高速相机记录煤粉燃烧过程,全息实现颗粒场三维多参数原位测量,弥补高速相机景深小的缺陷。本文主要研究了煤粉燃烧脱挥发分与破碎过程,对燃烧三维颗粒场进行时空统计分析。具体研究内容如下:本文通过试验研究了数字全息技术用于流场测量的误差,钨丝冷态测量结果表明,粒度误差整体小于5%,定位误差整体小于6%。对比全息测量与马尔文激光粒度仪测量结果,得到冷态全息粒度测量误差在3.14%以内。在燃烧颗粒场,火焰辐射、等离子体、温度梯度等会对介质折射率产生干扰,影响全息条纹,带来热态全息测量的误差。本文通过钨丝、石英颗粒分析燃烧场全息测量的误差,结果发现,钨丝的粒度识别误差受燃烧场影响较大,z轴定位误差较小。石英颗粒粒径范围在130-150μm,对比不同高度冷热态测量结果,误差小于5.68%。表明全息应用于燃烧颗粒场测量结果具有可靠性。对不同工况下煤粉燃烧过程的可视化研究:在搭建的试验平台上,改变煤粉初始粒度、氧含量、煤种等参数,记录并分析煤粉燃烧过程中的变化。通过直接拍照与全息记录结果的对比研究,观察并分析燃烧过程中的旋转、脱挥发分和破碎过程。山西烟煤燃烧脱挥发分过程中碳烟生成:颗粒周围析出不透明物质,随着气流运动逐渐拉长,直至脱离,脱离产物分离形成小颗粒,即为碳烟。颗粒粒度越大,碳烟生成越明显;随着氧量的增加,碳烟生成减少。而锡盟褐煤脱挥发分过程较少观察到碳烟生成,印尼褐煤脱挥发分无碳烟生成。对煤粉颗粒燃烧过程中的破碎现象研究表明:破碎形式可以分为外壳剥落与中心破碎两类,两类现象可以同时出现。锡盟褐煤表现出更多的破碎现象,并且粒度越小,破碎现象越多。而山西烟煤燃烧中破碎现象较少,这是由于烟煤挥发分含量低,且脱挥发分产物以喷射形式离开颗粒表面,内部积聚压力降低,所以不易破碎。燃烧煤粉粒度变化的统计结果,可与燃烧过程中现象对应。比较不同初始粒度、煤种、氧量条件下燃烧煤粉场平均粒度的变化,随着山西煤初始颗粒粒度的减小,反应速率加快。锡盟煤在粒度统计上表现出燃烧后期颗粒粒度增大的特点,与锡盟煤碱金属与碱土金属(AAEM)元素含量高,灰熔点低,易熔融结渣有关。山西煤随氧量增加,反应大大加快,粒度呈现逐渐上升的变化趋势,与较高反应温度下,颗粒熔融粘结小颗粒有关。本文基于高速数字全息技术展开对燃烧煤粉场不同初始粒度、煤种、氧量条件下燃烧过程的研究,针对煤粉脱挥发分过程、破碎过程实现可视化,为进一步研究煤粉燃烧机理奠定基础。