出于我国能源和资源安全性的考虑,对煤炭的有效利用在相当长的时间内在我国的能源结构中要占据很大的比例,为了实现C02的减排,采用整体煤气化联合循环(IGCC)和二氧化碳捕集及封存(CCS)相结合的技术路线,该技术路线一方面可以提高发电效率,另一方面提供了一种有效捕集C02的途径,在该技术路线中的主要技术难点是合成气的燃烧。由于燃烧方式和合成气的特点导致用传统的燃气轮机改烧富氢合成气会造成NOx超标。为了实现低污染燃烧,本文耦合燃料稀释和微混合燃烧技术,通过实验的方法研究燃烧器的流场分布、火焰温度以及污染物的排放。目的在于了解燃烧器内的流场情况,验证此种燃烧方式的合理性,同时探寻NOx排放规律,为新型燃气轮机的开发提供帮助。首先,为了探寻NOx排放规律,本文计算和测量了不同工况下的氮气稀释合成气微混合燃烧的火焰温度,考察了不同氮气稀释比例、不同当量比下燃烧特性。通过对火焰形态的观测、火焰温度的测量和污染物排放的检测,得出其温度分布及污染物排放规律。研究表明,氮气稀释合成气在该燃烧器中可以较稳定的燃烧,随着燃料中的稀释氮气含量逐渐增加,火焰温度要明显下降,污染物排放水平也更加低。但随着当量比的增加,不同氮气稀释比例下的污染物排放水平差距减小,当量比为1时几乎一样。通过计算燃烧效率可知在所有工况下燃烧都比较充分。其次,根据燃烧器的特点提出几个具有代表性的特征量,通过这些特征量来表征燃烧器的燃烧情况。首先针对不同的燃烧器喷嘴布散进行研究,通过分析不同喷嘴分布下火焰特性、温度特性及污染物的排放,找出较优的喷嘴布散方式。研究表明对于该燃烧器,9喷嘴的布散方式要更加合理。其次对不同的喷嘴间距进行研究,通过分析其燃烧特性,找出较优的喷嘴间距,为燃烧器的进一步改造优化提供理论依据。研究表明,存在最佳的喷嘴间距与喷嘴直径之比,使喷嘴附近壁面温度水平低,同时使燃烧污染物排放水平最低。再次,利用粒子成像测速技术对燃烧器的冷态流场进行测量,考察了空气等流速、空气等动量、不同喷嘴数、不同氮气稀释比以及不同功率下的流场特性,研究了不同位置的喷嘴的流场特性。研究发现通过PIV可以较好的测量燃烧器内的流场情况,不同工况下的流场有较大的差异,回流区的位置、回流区的大小以及整体速度水平都随着工况的变化而变化。相同工况下不同位置的喷嘴冷态流场情况不相同,例如燃烧器边缘的喷嘴与中心喷嘴在速度水平、与周围喷嘴所形成的回流区特性等方面表现出较大的差异。