在天然气非催化部分氧化过程中,烧嘴是关键的核心部件之一,烧嘴使用寿命是影响天然气非催化部分氧化生产效率和经济利益的重要影响因素之一。本文通过热模实验和数值模拟研究了天然气非催化部分氧化烧嘴端面传热过程,为高负荷比天然气转化烧嘴的设计和应用提供了理论基础。热模实验表明在敞开空间中当氧/天然气比例一定时气流速度的增加将使得火焰辐射传热量减小,此时烧嘴端面传热量下降;而在封闭炉膛空间中,氧/天然气比一定时气流速度的增加将使得气体回流速度提升,对流传热量增加,其占总传热量的比例也逐渐提升,因而烧嘴端面传热量逐渐上升。氧/天然气比的提升使得燃烧温度升高,但在敞开空间中提升氧/天然气比的同时增加了氧气速度,使得烧嘴端面呈现先增大后减小的趋势;在封闭炉膛空间中氧/天然气比的增加将使得烧嘴端面传热量持续增加,但该变化幅度将随着氧/天然气比的增大而逐渐减小。CO2的通入氧气通道时将影响反应路径和传热过程,由O2+H为主的反应转化为CO2+H为主的反应,同时提升了对火焰辐射有阻碍作用的多原子气体的含量,因此在随着氧气中CO2含量的增加,烧嘴端面传热量将产生突变式的下降。通过建立天然气非催化部分氧化传热模型比较了预热温度和负荷变化的对炉内烧嘴端面传热的影响,结果表明天然气预热温度提升,使得燃烧过程向上游移动,提升了端面附近燃烧温度同时使得烧嘴端面受到的传热量增加。在气流负荷降低,采用预热气体的方式维持烧嘴通道内的气流速度过程中,两种气体均预热时,气体流速变化较小,回流速度略微降低,端面附近温度略微增加,此时烧嘴端面传热量逐渐升高,但其幅度在10%以内;而仅O2预热时,回流速度减小,端面附近温度基本不变,此时烧嘴端面传热量逐渐降低,其幅度也在10%以内。使用对天然气和/或氧气进行预热的方式可以较好地实现天然气转化炉高负荷比调节的手段。考察了烧嘴流道组织对于烧嘴端面传热量、温度和热应力的影响。研究表明,双通道烧嘴中CO2加入氧气通道的双通道烧嘴,相较于CO2位于氧气和天然气之间和之外的两种三通道烧嘴相比,其燃烧区域被拉长,烧嘴端面附近的温度较低,一定程度上减少了烧嘴端面受到的辐射传热量,在温度和热应力方面也具有一定的优势。