MILD（Moderate＆Intense Low Oxygen Dilution）富氧燃烧兼具节能和低氮排放双重优势,能够经济有效地控制天然气燃烧过程中NOx的排放并实现烟气中CO2的富集。然而关于该方式下氧浓度以及氧的掺混方式对炉内MILD燃烧和NO排放的影响需要深入研究。针对这一问题,本文采用数值模拟方法考察了空气预混增氧天然气MILD燃烧特性,提出了新型非预混增氧MILD燃烧器的构建思路,探讨了不同稀释介质条件下新型MILD富氧燃烧器的性能差异。首先,以国际火焰研究协会（IFRF）天然气MILD燃烧炉为研究对象,考察了空气预混增氧天然气MILD燃烧特性,分析了氧化剂进口氧浓度及速度变化对MILD燃烧状态建立与维持的演化规律。结果表明:在燃烧器结构尺寸不变的情况下,直接预混增氧将削弱温度分布的均匀性;氧气浓度从19.5%增加到30%时,NO的生成量增加了80%。提升氧化剂速度能帮助MILD燃烧在更高氧气浓度条件下建立并有效抑制NO的生成。在氧浓度26.5%的条件下将入口速度提升至150m/s时,烟气中NO浓度从49ppm降低至31.2ppm,已经低于原始工况下的排放值。接着,基于非预混空气增氧方式,提出了一种新型的MILD富氧燃烧器结构,探讨了不同氧浓度条件下新型燃烧器和原燃烧器之间的燃烧行为以及NO排放特性的异同。结果表明,新型燃烧器能有效延迟燃料和氧气的混合,有利于实现增氧条件下MILD燃烧模式的建立。所设计的新型MILD燃烧器与原型IFRF燃烧器相比具有更均匀的温度分布,在氧浓度为19.5%～26.5%时,可以降低58-88%的NO排放。最后,在上述研究工作的基础上,进一步探讨了不同稀释介质条件下新型MILD富氧燃烧器燃烧性能的差异,并揭示了CO2稀释条件下氧浓度变化对天然气MILD燃烧特性的影响。结果表明,与H2O和N2相比,CO2作为稀释介质更有利于形成均匀的炉膛温度分布;在O2/CO2气氛下,当氧化剂中氧浓度从19.5%提高到26.5%时,炉内反应区体积缩小幅度较之O2/N2气氛下并不明显。与空气富氧或增氧燃烧相比,新型MILD燃烧器在氧燃料燃烧方式下（循环烟气为稀释剂）提升温度均匀性的效果更为显著。