化石燃料的燃烧是人类获取能源的主要方式。随着世界人口的增长和社会经济的发展,人们对能源的需求也日益增加,但化石燃料燃烧所产生的污染物对全球气候环境造成了巨大压力。人类因生存发展的需要与之伴随而来的对生态环境的压力之间的矛盾越发突出,因此必须发展具有高燃烧效率、低污染的燃烧新技术。近些年,温和或剧烈的低氧稀释（moderate or intense low-oxygen dilution,MILD）燃烧技术因具有超低污染物排放和高燃烧效率而备受瞩目。而且,MILD燃烧技术可以兼容富氧燃烧技术,形成的MILD富氧（MILD-oxy）燃烧技术更是能结合两种燃烧技术的优点。但是,无论是MILD燃烧还是MILD-oxy燃烧,对其基本特性的认识还不够全面。因此,本文通过实验和数值模拟的方法对MILD燃烧技术展开了研究。通过热重分析仪研究了不同条件下烟煤和无烟煤的燃烧特性。由于气体燃料燃烧过程较为简单,首先使用数值模拟方法研究了甲烷MILD燃烧特性,接着研究了煤粉的MILD燃烧特性。这些研究为MILD燃烧技术提供了科学的指导。首先,本文开展了不同氧气浓度下煤粉燃烧特性的热重分析,研究了气氛、加热速率、氧气浓度等对烟煤和无烟煤燃烧特性的影响。实验研究表明,高氧气浓度和高加热速率都能提高煤粉的燃烧和燃尽特性。在O2/CO2气氛中,5%的氧气浓度使煤粉处在富CO2低O2的环境中,焦炭的气化反应逐渐显现,提高加热速率使焦炭的气化作用增强。然后,研究了甲烷MILD燃烧与常规燃烧的燃烧特性,重点研究了涡耗散概念（Eddy Dissipation Concept,EDC）模型参数对两种燃烧模式的预测效果。结果表明,原始EDC参数更适用于常规燃烧,用于MILD燃烧时会高估炉内温度,进而高估NOx的生成。修正EDC参数的数值结果能够很好地预测甲烷MILD燃烧的实验数据。由于燃烧器结构可以改变燃料和氧化剂的组织方式,因此会影响炉内烟气流动,进而通过改变燃烧器结构研究了氧化剂和燃料的组织方式对甲烷MILD燃烧影响的数值研究。结果表明,甲烷MILD燃烧器应尽量使用单一的燃料入口,因为较多的燃料出口分散了燃料的初动能,不利于燃料向大空间扩散。将高动量的氧化剂喷口偏置于出口的燃烧器设计方案更容易卷吸炉内烟气,增强烟气再循环,有利于增强MILD燃烧性能。基于国际火焰研究协会（International Flame Research Foundation,IFRF）的煤粉MILD燃烧实验开展了煤粉MILD燃烧的数值模拟,研究了MILD燃烧与MILD-oxy燃烧之间的差异,并讨论了不同氧气浓度下的MILD-oxy燃烧特性。结果表明,相同氧气浓度下,CO2作为稀释剂的MILD燃烧性能优于空气MILD燃烧性能。在MILD-oxy燃烧中,氧气浓度的增加提高了化学反应速率,同时弱化了回流烟气的稀释作用,进而恶化了MILD燃烧性能。此外,过量氧气系数一定时,提高CO2浓度有利于提高MILD燃烧性能,但过高的CO2浓度会导致燃烧不充分,CO排放过高。过量氧气系数不变时,由于改变MILD-oxy燃烧中的氧气浓度同时改变了燃料和氧化剂的入口速度,而入口速度对构建MILD燃烧至关重要。因此,基于IFRF煤粉MILD燃烧实验,研究了入口速度对MILD-oxy燃烧的影响。结果表明,无论是MILD燃烧还是不同氧气浓度下的MILD-oxy燃烧,增加入口速度都可以提高MILD燃烧性能。增加入口速度可以抑制炉内的峰值温度,使炉内的组分分布和温度分布更加均匀,并且增加了对流换热在总换热量中的占比。入口速度的增加改变了炉内流动,强化了烟气再循环,化学反应速率减慢。对于煤粉而言,增加入口速度对焦炭燃烧的抑制作用更加显著。另外,随着氧气浓度的增加,炉内温度升高,焦炭的气化反应增强。