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MILD(Moderate & Intense Low Oxygen Dilution)燃烧技术具有均匀的温度分布、较高的燃烧效率及低NOx排放特点，在提高燃气锅炉或炉窑的加热效率、降低氮氧化物排放等方面具有重要应用，然而不同壁温和换热条件对工业炉窑MILD燃烧的形成及影响机制关注甚少。本文基于初始进口温度(Tin)和氧浓度(XO2)重构了甲烷的MILD燃烧分区图；基于此发展了非绝热条件下的燃烧分区图的构建方法，探讨了换热增强时甲烷燃烧模式转变过程；此外，详细分析了当量比(Φ)和稀释介质(H2O、CO2)的物理化学性质对燃烧分区、甲烷氧化路径以及NO形成路径的影响。
首先，基于Cavaliere和Joannon对MILD燃烧的定义，利用CHEMKIN中的WSR模型对甲烷燃烧区进行了重构，依据关键氧浓度(XO2*)从MILD燃烧实现条件的不同将MILD燃烧分为常规MILD燃烧(Unconditional MILD combustion ，UMC)和非常规MILD燃烧(Conditional MILD Combustion ，CMC)；并进一步考虑MILD燃烧低NO排放特点，将NO排放考虑至分区标准确定MILD燃烧区的进口温度上限(Tinup*)，依据Tinup*将UMC燃烧区分为HighNOMILDCombustion(HNMC)和LowNOMILDCombustion(LNMC)。使用优化的NO路径贡献计算方法探究了Φ=1.0时不同燃烧区内NO的形成机理，在LNMC区内，较低的NOx原因主要在于Thermal型NO被大幅抑制，且NO-reburning路径能还原较多的NO。
接着，研究了Φ和稀释介质对燃烧分区和NO形成的影响。结果表明：适当减小或增大Φ可扩大LNMC燃烧区，显著减少HTC区，并提高实现UMC燃烧的氧浓度上限(XO2up*)和Tinup*。H2O和CO2作为稀释介质可减小HTC区，增大LNMC燃烧区，并提高甲烷实现LNMC燃烧的XO2up*和Tinup*，且CO2的作用更加显著。MILD燃烧状态下，当反应温度(Tr)不高时，Φ≤0.8工况下N2O路径将主导NO的生成；Φ>1.0时，Prompt路径和NO-reburning路径共同主导NO的生成；Tr较高时(>1800K)，Thermal路径显著增大并控制NO的形成。在MILD燃烧模式下，H2O的稀释介质是降低NO最有效的介质，其降低NO的作用在Φ<0.85时，化学作用占主要地位；Φ>0.85时，物理效应将占主要地位。而CO2降低NO的作用主要来自其物理效应对温度的降低。此外，Φ>1.1时CO2的化学作用会使R182、R185反应速率增强，促进N2O路径NO生成。
最后，研究了非绝热工况下燃烧分区图的构建方法和燃烧模式转变过程。增强换热可提高实现UMC的XO2*up；此外，通过增强换热可实现燃烧模式由HTC向CMC和UMC的转变，但换热过多时燃烧将不稳定甚至熄火。在强换热条件下，较高的Tin和较低的XO2下的UMC范围更大，更有利于实现稳定的MILD燃烧。相对于N2，H2O和CO2的稀释剂更易通过增强换热实现HTC向MILD燃烧的转换，且CO2的效果更好。
首先，基于Cavaliere和Joannon对MILD燃烧的定义，利用CHEMKIN中的WSR模型对甲烷燃烧区进行了重构，依据关键氧浓度(XO2*)从MILD燃烧实现条件的不同将MILD燃烧分为常规MILD燃烧(Unconditional MILD combustion ，UMC)和非常规MILD燃烧(Conditional MILD Combustion ，CMC)；并进一步考虑MILD燃烧低NO排放特点，将NO排放考虑至分区标准确定MILD燃烧区的进口温度上限(Tinup*)，依据Tinup*将UMC燃烧区分为HighNOMILDCombustion(HNMC)和LowNOMILDCombustion(LNMC)。使用优化的NO路径贡献计算方法探究了Φ=1.0时不同燃烧区内NO的形成机理，在LNMC区内，较低的NOx原因主要在于Thermal型NO被大幅抑制，且NO-reburning路径能还原较多的NO。
接着，研究了Φ和稀释介质对燃烧分区和NO形成的影响。结果表明：适当减小或增大Φ可扩大LNMC燃烧区，显著减少HTC区，并提高实现UMC燃烧的氧浓度上限(XO2up*)和Tinup*。H2O和CO2作为稀释介质可减小HTC区，增大LNMC燃烧区，并提高甲烷实现LNMC燃烧的XO2up*和Tinup*，且CO2的作用更加显著。MILD燃烧状态下，当反应温度(Tr)不高时，Φ≤0.8工况下N2O路径将主导NO的生成；Φ>1.0时，Prompt路径和NO-reburning路径共同主导NO的生成；Tr较高时(>1800K)，Thermal路径显著增大并控制NO的形成。在MILD燃烧模式下，H2O的稀释介质是降低NO最有效的介质，其降低NO的作用在Φ<0.85时，化学作用占主要地位；Φ>0.85时，物理效应将占主要地位。而CO2降低NO的作用主要来自其物理效应对温度的降低。此外，Φ>1.1时CO2的化学作用会使R182、R185反应速率增强，促进N2O路径NO生成。
最后，研究了非绝热工况下燃烧分区图的构建方法和燃烧模式转变过程。增强换热可提高实现UMC的XO2*up；此外，通过增强换热可实现燃烧模式由HTC向CMC和UMC的转变，但换热过多时燃烧将不稳定甚至熄火。在强换热条件下，较高的Tin和较低的XO2下的UMC范围更大，更有利于实现稳定的MILD燃烧。相对于N2，H2O和CO2的稀释剂更易通过增强换热实现HTC向MILD燃烧的转换，且CO2的效果更好。