近年来,富氧燃烧技术受到了普遍关注,其燃烧过程中含有大量的CO₂和水蒸气,这会导致煤粉燃烧特性及污染物的生成特性发生变化。为了揭示CO₂/H₂O存在条件下煤中含氮组分演化规律及燃烧过程中氮氧化物的生成特性,针对高浓度CO₂/H₂O气氛条件下煤氮的析出转化路径及煤焦-NO生成与还原反应进行了系统研究。采用煤粉含氮模型化合物,考察不同CO₂/H₂O气氛条件下吡啶、吡咯燃烧过程中NO生成特性。研究表明,H₂O和CO₂均可抑制均相燃烧过程中NO的生成,且H₂O对NO生成的抑制作用更明显,当H₂O和CO₂同时存在时NO生成更低,但并不是两种气体单独存在时抑制NO生成作用的线性叠加;化学反应动力学模拟计算研究进一步揭示了CO₂/H₂O对NO均相生成的影响主要是由于H₂O的加入可以抑制HCN向CN的转化,促进HCN的水解反应生成NH₃,进一步脱氢生成了对NO具有较强还原性的NH₂,从而抑制了NO的生成。对不同温度及CO₂/H₂O气氛下煤焦中氮赋存形态及转化规律的研究表明,随H₂O浓度增加,煤焦中氮氧结合物N-X、季氮及质子化吡啶N-Q的质量分数均有不同程度的下降;不同氮形态间的转化主要受H₂O带来的H基团和OH基团的影响,存在如下几种氮形态间的转化方式:N-Q裂解将内部的N原子暴露出来形成N-6,N-6与H基团作用形成质子化吡啶N-Q,N-X断裂N-O键形成N-6,N-6与OH作用形成N-X,N-6被氧化形成吡啶酮N-5。不同O₂/CO₂/H₂O气氛条件下煤焦-NO生成与还原反应研究表明,H₂O和CO₂均可促进煤焦-NO还原反应,且H₂O的促进作用更加明显;还原性气氛下,H₂O可以促使煤焦炭氮进入气相,N-6、N-5、N-X裂解后以HCN的形式进入气相,N-Q裂解后以NH₃的形式进入气相。O₂存在条件下,NO的还原受到抑制,这是由于O₂会促进含氮中间相的氧化,并与煤焦表面活性位点反应减少煤焦表面活性位点,同时与NO竞争H₂和CO等还原性气体。