目前CO₂排放问题正日益成为人类环境与保护的焦点。中国政府已经在2009年明确提出了CO₂减排目标：“到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%"，中国未来将在可持续发展的前提下缓步推进工业化和城市化的进程，并实现既定的减排目标。燃煤发电是中国CO₂排放的主要来源，目前燃煤电厂CO₂捕捉技术主要有燃前捕捉、燃烧中富集和燃后捕捉。富氧燃烧属于燃烧中富集技术，在工程上可行，没有明显技术障碍，而且可以实现污染物的协同脱除，是最有前途的CCS（碳捕获与埋存）技术，因而它也是国内外研究的热点。本文研究对象为华中科技大学煤燃烧国家重点实验室新研发的0.3MWth富氧煤粉燃烧器，主要内容包括三大部分：燃烧器设计、冷态试验、数值模拟。文章首先详细介绍了燃烧器的基本设计过程，该燃烧器改善燃烧状况，易于点燃、稳燃及燃料的燃尽，对于NOX的低排放也有良好的促进作用，在调节旋流强度和组织氧燃烧的方式上有较为独特的优点。其次是燃烧器的冷态试验，利用五孔球头测速仪对燃烧器的空气动力场特征进行了深入研究，针对不同类型的配风方式和障碍环、油枪扩口尺寸，测量流场分布，最终分析数据得到了较为优化的结构尺寸以及配风方式，对燃烧器的设计和最终定型起到有效的辅助效果。最后是燃烧过程的数值模拟部分，结合Realizable k-ε模型和Species Transport模型、Discrete Ordinate模型、CPD脱挥发模型和动力/扩散控制的焦炭燃烧模型，对温度、流场、组分和回流区分布进行研究，并以回流区分布、煤粉燃尽率参数为依据，对燃烧器的油枪扩口大小和参数进行优化，通过数值模拟结果分析得到：当油枪扩口遮挡一次风投影面积比例为40%的时候，可有效保证回流区与燃烧器出口处煤粉浓度；在一次风为直流时，氧燃烧工况二次风旋流数取值0.7-1.2可获得较好燃烧效果，回流区和出口处煤粉浓度都可以得到优化，煤粉燃尽率较高；一次风氧分压≥20%的时候燃烧效果较好，燃烧器出口区域的回流区和温度场分布较为理想，但同时需要考虑一次风氧量过高，携带煤粉会存在安全问题，因此氧分压最佳区间是20²5%。本文的实验与数值模拟研究对于富氧燃烧的特性以及燃烧器性能的研究有较为积极的意义，为更大热功率的富氧燃烧器设计与探索提供了有意义的参考。