目前,由于人类工业活动所产生温室气体的排放对全球气候造成了巨大的影响,引起了人们对环境的担忧,迫使国内外针对CO₂的排放与治理进行大量的研究。纯氧燃烧由于能在燃烧过程中对CO₂进行富集然后压缩存储因而被认为是一种新型高效的碳捕集技术。由于具有很好应用前景而成为世界各国研究机构的研究重点,然而目前对纯氧燃烧技术的研究主要集中于纯氧燃烧的基本理论,且多侧重于煤粉的纯氧燃烧技术,天然气纯氧燃烧的研究较少。因此,关于天然气纯氧技术及燃烧器的开发迫在眉睫。本文首先进行了旋流式天然气纯氧燃烧器的设计,通过SOLIDWORKS建模、GAMBIT划分网格、FLUENT模拟计算研究了三种叶片角度（15°、30°、45°）下即不同旋流强度时燃烧室内的速度场、温度场及流场分布。通过对比分析确定最佳的叶片角度。并在此基础上,设计了最佳叶片角度下的燃烧器,针对助燃风成分为23%02/77%CO₂、30%O2/70%CO₂及 40%O2/60%CO₂ 不同配比进行模拟。研究结果表明:（1）叶片角度大小直接影响了燃烧室内的流动以及传热。①相同进口参数条件下,当叶片角度为15°时在距燃烧器出口 1.8m处速度衰减到20m/s以下,45°时在距燃烧器出口 0.5m处速度已经小于20m/s。②对比温度分布,在15°时高温区主要集中于燃烧室内中心区域,并且局部高温。在30°时,高温区出现在天然气和旋流氧气混合交界面且温度均匀分布,温度梯度小。在45°情况下,由于旋流强度较大导致燃烧器出口壁面温度分布集中,容易烧坏燃烧器。（2）叶片角度大小决定了燃烧室内各成分浓度分布。①旋流强度的大小通过影响化学反应间接改变了 CH₄、CO、H₂的浓度分布,在15°时,沿轴向方向三者的峰值均出现于燃烧室中间部位,而45°时均在距燃烧器出口 0.8m以内,这也表征了化学反应剧烈发生的位置。旋流强度越大,天然气与氧气的燃烧混合越迅速,导致反应迅速发生。②旋流强度的大小直接影响了 O₂、CO₂、H₂O的分布。（3）O₂/CO₂不同浓度配比燃烧室内流场结构相同,速度大小略有区别。O₂/CO₂浓度配比对燃烧室内温度分布影响较大,在40%O2/60%CO₂工况下,燃烧室内温度分布均匀性好,即氧气含量越高燃烧温度分布均匀性越好。O₂/CO₂浓度改变对燃烧中间产物CO、H₂影响不大,直接决定了 CO₂和H₂O的含量。