合成气整体煤气化联合循环(IGCC)和二氧化碳捕集及封存(CCS)相结合的技术路线在我国煤炭资源丰富的国情下具有重要现实意义,该技术路线中合成气燃烧是关键的核心技术,但在合成气燃气轮机中简单地借鉴目前天然气燃烧技术会导致NOx排放过高。本文结合氮气稀释与微混合燃烧技术,通过实验和数值模拟研究了氮气稀释富氢合成气微混合燃烧的火焰形态、燃烧稳定性、温度分布以及污染物排放等相关内容。目的在于了解合成气燃烧机理,同时验证氮气稀释与微混合技术相结合的NOx减排作用并掌握其规律,为合成气燃烧技术应用于IGCC与CCS结合的技术路线中提供帮助。本文首先对合成气燃烧的冷态流场进行了实验与数值模拟,其中冷态实验采用空气等动量和空气等流速地代替氢气进行实验,利用粒子图像测速技术对流场进行测量,通过对比分析,初步了解了冷态流场特点,验证燃烧器结构设计的合理性。在进行数值模拟时考虑到利用与氢气相对分子质量相似的氦气代替实验,计算了氢气模拟以及氦气等动量、氦气等流速、空气等动量、空气等流速地代替氢气的模拟,通过对比得出氦气等动量代替氢气是较为理想的冷态实验方法。其次进行了不同工况下的氮气稀释合成气微混合燃烧实验,考察了不同功率碳氢比、喷嘴数、燃料喷口直径以及氮气稀释比例下燃烧特性。通过对火焰形态的观测、温度分布和污染物排放量的测量及分析,研究了氮气稀释合成气燃烧的稳定性、温度分布特点以及污染物排放规律。研究发现,氮气稀释合成气微混合燃烧的稳定性较好,火焰呈淡蓝色。随着功率增加,火焰宽度变宽且火焰颜色变亮,NO排放有上升趋势。在不同碳氢比下,火焰颜色随着碳氢比的增加而变亮,NO排放量变化趋势较为相似,即随着当量比的增加先略有上升再下降。随着喷嘴数增加,火焰长度变短、颜色变淡,9喷嘴时出口温度最高,但喷嘴附近温度最低,25喷嘴的NO排放量低于9和13喷嘴。随着燃料喷口直径增加,火焰颜色变亮、高度略有增加,在直径等于2mm时NO排放量最低。此外,氮气的加入有效降低了喷嘴温度和火焰表面温度。对于污染物排放而言,NO总体排放量较低且随着氮气比例的增加而进一步降低,CO排放量随略有增加,但总体数值较小,说明氮气稀释与微混合燃烧技术耦合的方法能有效降低NO排放。