随着全球化石能源消耗及环境问题日益显著,节能减排已经成为世界各国工业化进程中亟需面对的问题。对我国来说,40多年来粗放、不计代价的经济发展模式对能源、环境造成的影响尤其巨大,节能减排任务艰巨。中低热值燃料利用存在较多难点,目前中低热值燃料的利用多限于余热锅炉和工业窑炉,造成了较大(?)损失,不利于科学用能。随着燃气轮机技术的发展,研发以中低热值气体为燃料的燃气轮机燃烧室已经成为我国节能减排的重要课题之一。本文针对中低热值气体燃料带来的燃烧稳定性问题,设计了锥形稳燃装置,在模化燃烧室上进行贫熄特性实验,并通过改进设计结构和实验得到具有参考意义的数据和结果,为设计适用于中低热值气体燃料燃气轮机燃烧室提供了参考。(1)本文梳理了中低热值燃料燃烧稳定性研究进展,系统分析了国外中低热值燃气轮机燃烧室的发展历程及技术特点,指出：提高纯烧中低热值气体燃烧稳定性和(?)效率是中低热值气体燃料燃气轮机的重要发展和研究方向。本文从热力学第二定律出发,首次将(?)分析应用于低热值燃料燃气轮机燃烧室燃烧过程,使用CO、CO2、N2和H2四种气体模拟中低热值气体,研究了进口空气温度、进口燃气温度、出口烟气温度和成分占比等对燃烧室(?)效率的影响。结果表明：进口燃气温度、出口烟气温度提高,燃烧室炯效率变高；进口空气温度变化,燃烧室(?)效率存在极大值；CO占比增大燃烧室(?)效率提高；N2占比变化,燃烧室(?)效率存在极大值。(2)根据设计准则和公开文献资料,在国内首次设计加工了锥形稳燃器,并和矩形火焰筒结合为锥形原型燃烧室,开展数值模拟。分析了模化实验可行性,搭建了专门针对800～1200kcal/m3低热值气体燃料燃烧稳定性研究的实验台,加工了CH4、CO、H2、N2、和CO2五种气体快速混配装置,进行了一系列的锥形原型燃烧室实验,取得了此型燃烧室的第一手贫熄实验数据。同时,将锥形原型燃烧室数值模拟和实验结果与多旋流燃烧室进行对比。研究发现：如果锥形旋流器内空气进口速度、燃气出口速度偏低,则空气、燃气无法实现较好混合；锥形旋流器锥角偏大不利于旋流器内速度／压力梯度的形成；主燃气管燃气孔位置过于靠近旋流器头部容易导致头部高温区集中且不利于回流区的形成及稳定；锥形旋流器无法与矩形火焰筒较好匹配,矩形火焰筒上的主燃孔位置不合适会阻碍回流区的形成及发展,对燃烧稳定性影响极大；点火器距离回流区过远,点火较难。因此,锥形原型燃烧室的结构优化设计应：减小旋流器锥角；在旋流器头部布置冲击气流；燃气出口位置向旋流器下游移动；减小旋流器空气进气面积及燃气出口面积；采用圆筒形火焰筒；增加燃烧室长度；取消主燃孔,保留掺混孔：更改点火器安装位置。(3)最后,本文设计了锥形改型燃烧室。包括确定火焰筒形状和尺寸、旋流器尺寸和锥角,将燃料气分成两部分分别通入旋流器的不同位置,在最靠近回流区的壁面布置点火器等,建立了三维模型。冷态和热态数值模拟分析表明：锥形改型燃烧室流场结构稳定,回流区参数等较锥形原型燃烧室有很大改善。随后,通过实验测定了不同情况下锥形改型燃烧室的贫熄余气系数,归纳了以CH4为燃料时锥形改型燃烧室的贫熄余气系数经验公式,绘制了稳定燃烧区域图谱。实验结果表明,以CH4为燃料时,锥形改型燃烧室贫熄性能远超锥形原型燃烧室；以CO为燃料时,锥形改型燃烧室贫熄余气系数远高于以CH4为燃料时的贫熄余气系数。特别是,首次在该型燃烧室上开展了以CO和N2为燃料(模拟低热值高炉煤气主要成分)的实验工作,获得了具有重要参考价值的数据。本文所设计的锥形改型燃烧室有希望适用于中低热值燃料。