随着社会能源转型步伐的不断加快,清洁能源正逐步在多个领域中代替传统的化石能源。随着技术的不断发展,电力逐渐成为工业生产以及大众交通必不可少的能源。对电力的需求标志着社会发展正在不断的加速,但是在电力生产的过程中,除核能外,火力发电依旧是主要的电力生产模式,由火力发电所产生的大气污染物对环境造成污染。故此,越来越多的传统燃煤锅炉被逐渐替代改造为燃气锅炉。新修订的国家《锅炉大气污染物排放标准》对燃烧的氮氧化物排放制定了更加严格的标准,对燃气燃烧技术所开展的研究具有重要的现实意义。本文设计了一种波瓣旋流燃烧器,以甲烷为燃料开展了相关实验和数值模拟研究,探讨了燃烧器结构特征对火焰结构以及燃烧污染物排放特性的影响规律。本文试验利用数码相机耦合440nm滤光片拍摄了不同燃烧器结构下的火焰结构特征和CH基分布情况,利用烟气分析仪测量了各个工况下的燃烧污染物排放特性、借助振动噪声测量仪分析了火焰振荡信息。由试验结果可以得出结论:在火焰结构方面,对于直流波瓣结构来说,随着中心旋流强度的增加,波瓣侧火焰逐渐缩短,火焰光辐射强度增加,中心回流区径向尺度增大。对旋流波瓣来说,中心旋流方向与波瓣同向时,火焰结构随着旋流强度的增加铺展,CH基分布趋于均匀。当中心旋流旋向与波瓣相反时,火焰锋面更加集中。在热声振荡方面,燃烧器结构的不同对热声振荡主频影响很小。低当量比时直流波瓣旋流燃烧器的热声振荡峰值较大,火焰稳定性减弱。旋流波瓣结构的热声振荡峰值在当量比变化范围内维持在较低水平,火焰稳定性更好。在燃烧污染物排放方面,对于直流波瓣结构和旋流波瓣结构,在当量比变化范围内NOx和CO的排放浓度呈现出此消彼长的趋势。中心旋流强度的增加有助于降低烟气中CO的排放浓度,此时热力型NOx的排放浓度上升。通过调整预混气分级比可以在NOx排放浓度较低的当量比范围内降低CO的排放浓度。本文数值模拟部分主要对不同截面的火焰结构,流线图进行了分析。并通过不同截面上的温度、组分的分布情况,得出结论在当量比一定时旋流强度的增大使回流区的径向尺度增大,同时波瓣结构使中心回流区出现了大小相间的形态。在中心旋流强度增加时,高温烟气与未燃预混气的混合以及热量交换得到加强。火焰的温度分布更为均匀,一定程度上避免了局部高温。NO主要集中在旋流区主燃级火焰,即中心火焰的位置。