随着全球经济的发展和人民生活水平的提高,世界能源需求不断增长,传统燃料供应紧张,替代能源的开发和高效清洁的利用成为了现实的需求。中低热值气体替代燃料因来源广泛,其或者储备丰富,或者可以再生,在能源动力系统内逐渐得到重视。但由于其热值偏低,且一般稀释成分N2或CO2含量较高,且受应用装置或结构的影响,往往带来燃烧稳定及污染物排放控制方面的问题,需要进行针对性的研究。1、本文首先对燃烧室结构A(多旋流头部燃烧室模型)、B(单旋流头部燃烧室模型)两种稳燃装置进行了常压贫熄特性对比实验,实验结果显示燃烧室头部旋流结构的变化、燃料成分的改变都会对燃烧特性造成显著影响。在进气流量和实验装置相同时,贫熄时刻的熄火余气系数会随燃料成分的不同而变化。对于装置A,当空气流量一定时,燃烧CH4时的贫熄空气系数与燃烧CO时的空气系数相差很大。在进气流量和燃烧成分相同时,参考速度从3.5m/s增至5.6m/s过程中,稳燃装置A总是比稳燃装置B的贫熄性能好。利用数值模拟计算的结果结合实验数据解释了由于结构不同带来的影响。2、为进一步研究不同成分对中低热值燃气燃烧特性的影响,本文搭建了预混旋流烧嘴燃烧特性实验台,利用CO、CH4、CO2、N2气体快速混配装置,配制了各种不同成分、不同含量、不同热值的中低热值混合气,测量了混合气的可燃极限、NO排放等性能参数。发现：在实验数据范围内,在相同的进口速度情况下,CO2作为稀释气体较N2而言,有更大的熄火余气系数,也即贫熄特性更好,借助于火焰特征发射光谱的分析初步印证了这个结果；但在相同当量比时其NOx排放可能会更高。3、同时,为研究不同结构对中低热值燃气燃烧特性的影响,本文设计了具有不同旋流数的多个旋流器以及具有不同几何结构(扩张角、高度)的扩张段,并利用配制的混合气进行了序列实验。发现：在实验数据范围内,旋流数较小时预混燃烧的稳定性较好；较小的扩张角有利于火焰的稳定,可燃烧热值更低的燃气,扩张角为110度和125度的数值模拟计算初步解释了这一结果；但扩张角变小会导致剩余的未燃反应物需要在火焰下游进一步燃烧,不利于周围空气在烧嘴出口迅速掺混,火焰变长,不利于对NOx排放进行控制；另外,扩张角过大时火焰抖动剧烈。