鉴于燃煤工业锅炉燃烧效率普遍不高、能耗大、污染物排放种类多且高的问题,我国早已出台了煤改气的政策,因此新建的工业锅炉多数改为用天然气。近年来国家相关部门对氮氧化物排放控制愈加严格,部分地区要求新建的燃气锅炉氮氧化物排放不得高于80 mg/m~3（低氮排放）。由于氮氧化物是天然气燃烧产生的最主要的污染物,也是大气中主要污染源之一,对人类、动物及环境都带来严重的影响,因此降低氮氧化物排放是国内外学者研究的热点;目前工业燃烧器普遍采用的低氮燃烧技术,主要是分级燃烧、浓淡燃烧、低氧燃烧、烟气再循环燃烧技术等;其中烟气再循环从技术上可以分为两种,烟气内循环和外循环,烟气外循环技术针对在用锅炉易于改造,因此,采用烟气再循环技术实现低氮排放将具有重要意义。本文针对蒸发量为25 t/h的燃气锅炉燃烧器进行实验测试和数值模拟计算;根据实验平台条件使用温度和污染物浓度测量装置对相关数据进行测量。采用Solidworks对燃烧器及炉膛进行三维模型的建立,使用ICEM CFD对模型进行混合网格划分;选用Realizable k-（?）模型来模拟湍流的流动,使用涡耗散模型耦合有限速率模型（FR/EDM）模拟炉膛内部的情况,采用甲烷空气两步反应（methane-air-2steps）作为化学反应机理,使用P-1辐射模型预测炉膛内部的辐射热量,最后采用了污染物模型对氮氧化物进行计算。通过实验测量数据的测试,燃烧负荷从675 m~3/h增加到1632 m~3/h,测点所测温度从1533.21 K增加到了1893.56 K,同时氮氧化物浓度也从18.36 mg/m~3增加到了46.33mg/m~3。比较实验和模拟结果得出结论,模拟和实验的最高温度最大误差为12%,平均误差为6%。数值模拟分析得出,最高温度从1650.45 K增加到了1997.50 K,增加了约20%,对应的氮氧化物从17.86 mg/m~3增加到52.77 mg/m~3,因此随着负荷增加,燃烧温度和氮氧化物排放均增加。对不同过量空气系数进行数值模拟研究时发现,随着过量空气系数的增加,炉膛内部气流平均速度逐渐增大,炉膛燃烧高温区域呈现先增加后减少,氮氧化物浓度趋势也先增加后减少;随着过量空气系数的增加出口处一氧化碳浓度从19.23 ppm减少到了4.02 ppm,剩余氧气从3.4%增加到5.82%。在α=1.15时高温燃烧区域最大,炉膛内最高燃烧温度为2047.83 K,对应的氮氧化物排放浓度同样达到最高65.21 mg/m~3。从结果分析得知过量空气系数过低会引起燃料燃烧不完全,过高导致燃烧热损失增大,选择α=1.10时最能实现经济燃烧。通过分析不同烟气外循环率的仿真结果可知,烟气外循环率能大幅减少排放:烟气外循环率从0%增加到20%,炉膛最高温度从2047.83K减少到1703.52 K,氮氧化物排放从65.21 mg/m~3减少到25 mg/m~3,降幅达到了61.7%。通过对燃烧器外环喷气管处引射管平口型和渐缩型结构数值模拟,得出引射管口间距S=-5 mm且引射管结构为渐缩型时,引射管内速度最大,达到117.98 m/s。比较无引射管、有引射管平口型S=10 mm、有引射管渐缩型S=-5 mm三种结构的流场及燃烧排放特性,有引射管渐缩型且间距S=-5 mm时的燃烧器的氮氧化物排放最低。无引射管、有引射管平口型S=10 mm、有引射管渐缩型S=-5 mm三种结构对应燃烧最高温度分别为2078.79 K、2047.83 K、1980 K,对应的氮氧化物排放分别为78.79 mg/m~3、65.21mg/m~3以及46.58 mg/m~3。