天然气输运方便,污染小,目前广泛应用于轻型与重型燃气轮机中。由于受环保法规的约束,低排放燃气轮机才可以进入市场。我国针对天然气燃气轮机开展的低NOx排放燃烧技术研究起步较晚,对小尺寸高容积热负荷燃烧室的严苛尺寸限制带来的巨大挑战认识不足,致使我国的天然气燃气轮机没有成熟的低排放燃烧技术可用。因此,针对目前还没有有效掌握的天然气燃气轮机燃烧室内污染物生成机理与抑制方法开展天然气预混与扩散燃烧中主要污染物生成特性研究,获得天然气预混燃烧与扩散燃烧中主要污染物的生成特性、影响因素及影响规律,将为阐明燃烧室内主要特征区域污染物生成路径,获得污染物综合抑制方法提供理论基础与技术支持。在流动管反应器中对当量比范围为0.5～3.5、温度范围为500～1850 K、常压条件下天然气（0.9CH4/0.07C2H6/0.03C3H8,体积分数）的预混燃烧特性进行了试验测试,获得了不同当量比下天然气预混燃烧过程中主要中间组分和主要污染物浓度随温度的变化趋势。基于Aramco Mechanism 2.0机理,采用敏感性分析法、生成速率分析法、反应路径分析法和解耦法,构建了天然气的简化反应机理,对天然气预混燃烧特性进行了数值计算并与相应试验数据进行对比分析。研究结果表明:随着当量比增大,燃料发生反应的起始温度与终止温度升高,主要中间产物的生成量增大;当量比对NOx的生成有抑制作用;CO和CO2的生成量也随当量比改变发生明显变化。天然气的简化反应机理可以很好的预测天然气预混燃烧过程中各组分浓度随温度变化的整体趋势;但是,在C3H8、C2H2、NOx的起始反应温度和浓度峰值的预测上与相应试验值存在差异。在旋流燃烧器中对常压下、当量比范围为0.6～1.4、CO2含量分别为0%、10%、20%、空气流速分别为2 m/s、6 m/s条件下天然气的扩散燃烧特性进行了试验测试,获得了不同工况下天然气扩散燃烧过程中的火焰形态,并对天然气的扩散燃烧特性进行数值模拟,获得不同工况下主要中间组分以及污染物浓度随温度的变化趋势,分析了当量比、空气出口速度、二氧化碳含量对天然气扩散燃烧特性的影响。研究结果表明:随着当量比增大,火焰的轴向长度增加,主要中间产物浓度增大;NOx的高浓度区域随当量比增大而减小。随着CO2含量增大,温度场高温区域的温度略微降低且径向宽度减小,中间产物生成浓度降低;燃料燃尽高度随CO2含量的增大而略微降低;NOx的高浓度区域随CO2含量的增大而减小。随着空气流速增大,火焰的轴向长度增加,温度场高温区域的径向宽度略微增加,中间产物的生成浓度增大;空气流速对NOx的生成浓度没有显著影响。