富氧燃烧技术以低成本、低污染和高效率等优势被誉为最具前景的燃烧技术之一。由于富氧燃烧气氛中富含CO₂和H₂O,其物理化学性质不同于N₂,因此富氧燃烧特性与常规空气燃烧特性不同。传统实验方法只能从宏观层次解释燃烧现象,难以深入微观层次揭示其反应机理,因此从分子水平上研究CO₂和H₂O对煤焦燃烧过程的影响具有重大意义。反应分子动力学方法（ReaxFF-MD）可以用来模拟复杂化学反应过程且无需预设反应路径,为从分子层面上研究煤焦富氧燃烧机理提供了可能。首先,对准东原煤进行酸洗和热解制得煤焦,利用高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、元素分析和X射线光电子能谱（XPS）技术对煤焦进行表征,并基于煤组分、结构参数和官能团分布在经典煤焦分子片段上构建了准东煤焦分子结构模型,从而构建O₂/N₂、O₂/CO₂和O₂/H₂O气氛下的煤焦燃烧体系。利用热重分析仪探究了煤焦在O₂/N₂和O₂/CO₂气氛下的燃烧特性,结果显示O₂/CO₂气氛下煤焦失重速率较缓慢,且煤焦综合燃烧特性指数较低,动力学分析表明,O₂/CO₂气氛下煤焦反应活化能较高,表明CO₂抑制了煤焦的转化。另外,采用ReaxFF-MD模拟方法探究了O₂/N₂和O₂/CO₂气氛下煤焦碳转化率、产物分布和分子结构演变规律:温度较低时,O₂/CO₂气氛下煤焦转化率较低,煤焦中苯环结构解链速率较慢;在高温条件下,高浓度CO₂与煤焦之间会发生气化反应从而促进碳的消耗,导致苯环的快速解链和CO的生成。O₂/H₂O气氛下,采用热重分析和ReaxFF-MD方法对煤焦的燃烧性能进行了探究。结果表明:加水气氛下煤焦失重速率降低,活化能较大,H₂O抑制了煤焦的转化。计算结果则显示低温低氧条件下H₂O的存在抑制了煤焦的转化,此时煤焦的转化受O₂扩散效应控制;高温下H₂O与H、O自由基的反应促进了OH自由基的生成,同时H₂O还会与煤焦发生气化反应促进碳的转化和CO的生成,但CO还会与H₂O之间发生反应生成CO₂和H₂,从而降低了CO含量。