未来相当长时期,我国能源需求仍将不断增长。十八大报告中提出:“着力推进绿色发展、循环发展和低碳发展”,新修订的国家《锅炉大气污染物排放标准》被人们称为“史上最严”,这说明研究低污染燃烧技术是当今学者最重要的任务之一。本文通过构建三维旋流实验系统及燃烧室,对全预混燃烧(Premixed Combustion)、空气部分预混燃烧(Partially Premixed Combustion)和稀氧部分预混/富氧补燃(Oxygen-Diluted Partially Premixed combustion/Oxygen-Enriched Supplemental Combustion)三种燃烧方式的火焰结构、火焰温度和污染物排放进行对比分析,相对前两者而言,ODPP/OESC在保证燃烧效率的前提下能有效的降低动力火焰温度,进而抑制热力型NO_X的生成。在ODPP/OESC的实验中可得:(1)随着部分预混当量比的增加,火焰结构得到改善,火焰的温度分布趋于均匀,NO_X的生成量显著降低,CO略有升高;(2)随着总体当量比的增加,燃烧更加充分,释放热量增加,使得NO_X增加,CO降低;(3)稀氧浓度降低,NO_X排放量明显降低,CO升高;(4)富氧浓度降低,NO_X降低,CO略有升高,但NO_X改变更明显;(5)在调试的过程中,通过不断降低稀氧浓度,观察到使CO排放急剧上升同时NO_X下降的“转折点”,在该点附近存在着使NO_X排放低于50mg/m3、CO排放低于80ppm的工况范围,说明ODPP/OESC可兼顾NO_X与CO的低排放;(6)随着燃烧室散热量的增加,可降低火焰温度,导致NO_X生成量进一步降低和CO的升高。综上,通过对ODPP/OESC旋流燃烧的碳/氧空间浓度分布进行合理调制和分配,能够得到合适的低排放工况。最佳工况范围为:总体当量比0.8~0.9,部分预混当量比1.1~1.2,稀氧浓度含氧量18%~20%。此范围内能调配出多组NO_X低于50mg/m3和CO排放量低于80ppm的工况。通过研究,随着富氧浓度的增加,NO_X生成量升高。所以在按空气折算富氧浓度的基础上,可在富氧中配适量的氮气以降低富氧浓度,保持在含氧量25%以内。