富氧燃烧是一种可以实现燃煤电站CO₂零排放的技术，具有工程可行、无技术障碍、可实现污染物的协同脱除等优点。随着温室效应的日益严重，富氧燃烧成为了国内外的研究热点。富氧条件下煤焦的燃烧特性是富氧燃烧中一个必需研究的基础性课题，可通过实验和模拟的手段对其进行研究。随着计算机技术的发展，数值模拟日益成为研究燃烧过程的重要手段。本文首先针对空气下焦炭的燃烧与气化过程建立了一个细观数学模型，并利用实验数据对其进行了验证。模型中考虑了多相化学反应和均相化学反应、混合气体在多孔颗粒内及边界层的对流和扩散，还详细描述了混合气体中各组分的物性参数。验证结果表明，模型的模拟结果能够较好的与实验结果吻合。然后，运用所建立的模型对焦炭燃烧与气化过程进行了细观的模拟研究，分析了焦炭燃烧与气化过程中主要特征量随径向位置的分布，研究了温度、粒径、压力等参数对焦炭燃烧与气化过程的影响。模拟结果表明，模型对于燃烧与气化过程中主要特征量分布的预测和主要参数对燃烧与气化过程影响的预测都符合相应的物理规律。最后，针对煤焦在富氧条件下的燃烧建立了相应动力学模型，并对煤焦富氧燃烧过程进行了模拟分析。结果表明，煤焦在富氧条件下燃烧时，CO₂和H₂O气化反应对碳消耗的贡献不能被忽略，且气化反应速率对颗粒温度和气体组分的分布有着重要的影响。本文对焦炭燃烧与气化过程所做的细观模拟研究对于加深认识燃烧与气化过程、揭示其本质具有重要意义。