随着世界能源短缺和环境影响的日益加剧，能源高效利用和排放控制的要求越来越高。要解决目前日益严重的能源和环境问题，并考虑到燃烧是目前化石能源转换利用的基本途径，需要从两方面来解决问题：加大清洁、高效能源在能源消耗中的比例；合理组织燃烧过程，开发清洁、高效的燃烧技术和燃烧设备。而浸没燃烧技术作为一种直接接触换热方式，恰好具有高效、低排放的特性，有着广泛的应用。但常规浸没燃烧技术获的加热水温度低，这使得以加热为目的的应用受到了限制；排气温度亦较低，这既是浸没燃烧的优点之一，同时也使得排气热损失难以回收利用。选用压缩天然气作为燃料，深化运用浸没燃烧技术，并在此基础上进行二次开发，拓宽其应用范围，进行增压浸没燃烧汽化装置研制并对其基本特性进行研究。增压浸没燃烧技术可提高加热温度，可适当提高排气压力和温度。根据提高幅度不同，可分别应用于油气田采出水处理、原油集输、以及远景目标稠油热采等,为油气田污水的资源化利用提供一种全新的技术方案。主要内容包括：对增压浸没燃烧汽化器进行了热经济分析，结合现有实验基础，指出课题实验研究方向。对增压浸没燃烧技术的相关理论进行梳理与总结，指出增压浸没燃烧一些重要热工参数如过量空气系数、炉膛容积热负荷等的选取。可在考虑两相间的相互作用，压力的影响等前提下，应用单相流体力学的一些经典方法来研究增压浸没燃烧系统的气液两相流动。设计了增压浸没燃烧器、汽化器、浸没管等实验设备组件，搭建了增压浸没燃烧汽化器实验台，利用理论分析、冷态试验结合数值模拟对增压浸没燃烧室压力波动特性进行了研究。研究表明，增压浸没燃烧汽化器内的压力呈周期性变化。随着气流速度和浸没深度的增加，汽化器内液体的压力波动幅度增大，且气流速度对压力波动的影响较浸没深度更为显著。带有鼓泡孔的浸没管有助于减小压力波动；在入口条件相同的情况下，较高的增压有利于减弱压力波动，冷态增压浸没燃烧室的压力波动主要是由进出口压差决定的。加大浸没管横截面积有助于减少液位波动，但是却增加了压力波动，浸没管横截面积和贮槽直径、浸没深度等存在匹配关系，所以针对具体实验系统，存在一个比较优化的浸没管横截面积。分别采用组分PDF传输模型和涡耗散模型对0.5MPa和5MPa增压浸没燃烧器进行了数值模拟研究，获得了燃烧室内温度场、速度场、出口温度、速度等直观图像和参数值，指导了增压浸没燃烧器设计和热态现场实验的调试。在5MPa增压浸没燃烧器的数值模拟研究中引入了NOX污染物形成模型，数值模拟研究验证了增压浸没燃烧确实是一种低NOX的燃烧技术。在0.5MPa增压浸没燃烧器的数值模拟研究中，考虑了二次助燃空气的影响。数值模拟结果表明：增压浸没燃烧器二次风入口设置过前，导致在燃烧室前段降低了烟气温度，没有很好地起到二次助燃作用，所以实际实验中二次助燃空气几乎没有采用。采用有限率化学反应模型中的涡耗散模型对增压0.5MPa至3MPa的燃烧室温度场、速度场以及CO2和NO沿轴线的质量分数进了数值模拟研究。数值模拟结果表明：燃烧器中心轴线处火焰的温度随着压力的增大而升高。在相同的入口质量流量条件下，燃烧反应起始位置随着压力的增大向气流上游移动，即主火焰区前移，火焰面变窄。热态实验首先在增压较低状态下对扩散/预混为主燃烧器喷头进行了对比实验研究。实验表明：低增压浸没燃烧还是沿用以预混燃烧喷头为主的燃烧方式，在高增压浸没燃烧中适合采用扩散喷头为主的燃烧方式，但要确保燃料与助燃空气在高压扩散燃烧器中的良好混合状态。对增压浸没燃烧实验测试的蒸发起始温度、恒温蒸发温度与理论计算值的对比，两者吻合较好。进行不同浸没管喷头的增压浸没燃烧热态实验，研究表明，带故炮管喷头有助于降低压力波动，增强汽化器加热水升温速率，强化气液换热效率，而内循环管兼具鼓泡孔的浸没喷头，效果更优。增压浸没燃烧污染物排放实验发现：NOx和CO排放浓度随浸没深度变化很小,随着过量空气系数的增大，NOx排放先增大，然后再下降，并存在一个极值，该极值点过量空气系数为1.3左右；CO排放量在40ppm以内，相对较低，增压稳定时，良好的增压浸没燃烧状态，CO排放量可为零。NO和NOx排放浓度在20ppm以内,稳态实验的污染物排放量远低于国家标准，增压浸没燃烧组织较好时，相应排放量值还要低。基于增压浸没燃烧的高效汽化器确实是一种高效、低排放的节能型新设备。增压浸没燃烧汽化器热效率实验表明增压浸没燃烧同比常压浸没燃烧热效率要高且进行了增压浸没燃烧汽化器热损失以及总热效率分析。分析研究表明：排烟热损失占燃烧生成热的5.55%,为增压浸没燃烧热备的主要热损失；良好的壁面保温，汽化器壁面散热仅占燃烧生成热的0.61%，份额很小；增压浸没燃烧中由于整个燃烧室置于汽化器内，火道辐射热损失可忽略不计，是增压浸没燃烧高热效率的又一主要原因。从某一工况总热效率分析计算可知，增压浸没燃烧汽化器热效率可达96.08%。考虑烟气余热二次利用，低热值总热效率可以达到101.63%。