富氧燃烧具有很多优点，如提高热效率、提高处理速率、减少烟尘排放、减小装置尺寸等，是一种高效节能的燃烧技术，在冶炼、玻璃制造这些需要高温工况的行业已有大量应用，近来，作为助燃技术在垃圾焚烧、锅炉助燃、陶瓷窑炉上的应用也取得了很大的进展。但是，富氧火焰的高温化会引起NO_x生成大幅度增加，根据富氧扩散燃烧的数值计算预测，30％-40％的富氧空气时NO_x的生成比空气燃烧增加4倍以上，即使是氧浓度为99％时，NO_x排放也是普通空气燃烧的6倍。NO_x是主要大气污染物之一，在环保要求日益严格的今天，它的大量产生制约了富氧燃烧技术进入更多的应用领域。因此，高温富氧燃烧过程的NO_x生成特性以及抑制方法的研究对于富氧燃烧的推广应用有重要意义。 目前用来降低燃烧NO_x排放的方法如分段燃烧、烟气再循环或喷射水蒸气等多是以降低火焰温度或避开利于NO_x生成的空燃比来达到目的，这些思路对于抑制富氧燃烧中NO_x生成有很大的参考价值。但是，富氧燃烧最大的优点在于其高燃烧效率和高温火焰的形成，因此，必须针对富氧燃烧的特点来研究其NO_x的抑制问题。NO_x的生成机理分为热力型、快速型和燃料型，针对不同的氮氧化物生成机理，采用的抑制方法不同，本研究采用了包含氮氧化物生成的详细基元反应动力学模型的数值解析方法和燃烧实验研究方法，对甲烷／富氧扩散火焰燃烧特性和NO_x生成特性进行了系统的研究，在此基础上提出了针对富氧燃烧的低NO_x技术。 本文的数值研究采用详细反应动力学模型，通过解析温度、热释放率的空间分布可以了解富氧火焰的空间构成，通过解析与NO_x生成相关的重要组分和重要反应在火焰中的分布可以准确把握富氧NO_x生成机理；实验研究通过对火焰形态、温度、浓度以及速度场等的测量，从火焰特性出发可以揭示各参数对富氧燃烧NO_x生成和排放的影响。除了采用常规的火焰特性测试手段外，本文还成功采用激光粒子图像测速技术(PIV)测量了燃烧场的速度分布，获得了火焰中的二维流动特性分布。以上多种先进的研究和测试手法，为本论文的研究提供了丰富和可靠的实验数据。本文摸索的燃烧场PIV测试方法对发展燃烧测试技术也具有很好的借鉴价值。