天然气作为一种优质的气体燃料,在我国能源消费中占据越来越高的比重。与燃煤和燃油相比,天然气清洁、储量大、热值高、排污低、经济性好。尽管天然气属于清洁能源,但是其燃烧过程产生的污染物也会对环境造成不同程度污染,因此,洁净燃烧技术受到了越来越多学者们的关注。旋流燃气燃烧器是一种高效燃烧器,目前其在天然气锅炉中已经得到广泛应用,但其通常导致大量的NOx生成。为了提高燃烧效率、降低污染物排放,开发一种新型低NOx旋流燃气燃烧器具有重要的现实意义。本课题根据研究内容需要,设计了一款符合要求的新型低NOx旋流燃天然气燃烧器。为了选择燃烧器最优工况并且实现燃烧器结构的优化,本课题还设计并搭建了烟气成分监测实验台和平面激光诱导荧光(PLIF)系统实验台。通过实验研究了不同的配风比、过量空气系数、热负荷、添加CO2对燃烧器燃烧特性的影响,并且实验验证了燃烧器的稳焰盘和中心燃气管是否达到设计要求。实验结果表明,直流空气与旋流空气的配风比例达到1:9时即为最佳二次风配风比;过量空气系数为1.3时甲烷燃烧最充分;当甲烷中或空气中添加CO2时,随着CO2含量逐渐增加NO排放先增加后降低;稳焰盘稳燃作用和中心燃气管助燃作用均达到设计要求。通过激光诱导荧光实验测量了不同的配风比、过量空气系数、添加CO2时火焰中OH自由基分布的变化。实验结果表明,过量空气系数为1.3时火焰中OH自由基的辐射荧光强度最强;配风比为1:9时火焰中OH自由基的辐射荧光强度最强;燃料中添加CO2时火焰锋面逐渐升高,OH自由基的辐射荧光强度随着CO2含量增加先减弱再增强最后又开始减弱;空气中添加CO2时火焰锋面同样逐渐升高,而OH自由基的辐射荧光强度随着空气中CO2含量增加先增强再减弱。