煤粉燃烧产生的飞灰颗粒物,既是燃煤电站颗粒物排放的主要来源,也是造成炉内积灰结渣的重要隐患。工程实践表明,近年来大量高碱煤种的燃用具有加重炉内积灰结渣的倾向性。随着煤电机组智能化升级与灵活性调峰改造,深入认知煤粉燃烧飞灰生成过程对于变负荷条件下受热面灰渣防控与颗粒物排放治理具有重要意义。本文基于以上背景开展煤粉燃烧全粒径飞灰颗粒物生成机理研究,旨在为煤电机组燃烧优化与灰渣控制提供关键理论支撑。首先,采用清华大学25kW高温一维炉开展Na含量为6%左右的高碱大南湖煤燃烧细颗粒物PM₁₀演化特性研究。通过分析不同采样口颗粒物样品特性,获得了大南湖煤挥发分燃烧阶段、焦炭燃烧阶段和焦炭燃尽阶段PM₁₀质量分布和元素分布的演化规律。重点探究了煤粉燃烧各阶段AAEM元素在超细颗粒物PM_0.1、亚微米颗粒物PM_0.1-1和微米级颗粒物PM_1-10中扮演的重要角色。针对高碱煤挥发分燃烧阶段Na元素大量存在于超细颗粒物中的实验现象,选用一种Na含量更高的准东煤,采用可视化多元平焰燃烧器（又名Hencken燃烧器）开展煤粉燃烧初期超细颗粒物生成机理研究。基于时间尺度分析方法,发现了准东煤热解、Na元素相态转变和超细颗粒物生成在特征时间上的一致性。类比多组分金属火焰合成过程,揭示了煤粉燃烧初期超细颗粒物生成的“热解-核化-聚并”新机制,进而建立了基于群平衡理论的超细颗粒物生成预测模型。进一步观测了不同煤种燃烧中的动态破碎特性,总结出煤粉颗粒在不同燃烧阶段破碎行为的主要特征。基于硬球模型的思想,发展了接近真实三维情况的煤粉燃烧内在矿物质向飞灰颗粒物转化模型,并分别采用序列破碎模型和边缘破碎模型描述煤粉热解和焦炭燃烧阶段破碎对内在矿物质迁移转化的影响。计算结果表明,准东煤热解阶段发生的破碎显著提高了PM_2-10的量,并最终导致粗模态颗粒物质量分布曲线呈现双峰形状。最后,本文开发了一种可预测煤粉燃烧全粒径飞灰颗粒物生成的机理模型,成功预测了传统神华烟煤、高钠准东煤和高钠大南湖煤一维炉燃烧实验中飞灰颗粒物的质量分布结果。借助模型敏感性分析方法,划分出由矿物质前驱物、矿物质破碎、内在矿物质和外在矿物质控制的飞灰颗粒物粒径区间。定量表征了颗粒碰撞聚并、入炉煤粉细度和燃烧条件波动对飞灰颗粒物生成的影响。