燃烧器作为冶金炉窑的重要组成部分,其结构与工况直接影响到产品的质量与成本。平焰燃烧器是近几十年发展得到的新型燃烧装置,与传统直流式燃烧器相比,平焰燃烧器的火焰温度均匀、火焰面波动较小,在锻造炉、阳极炉、均热炉等炉窑中有着广泛的应用。平焰燃烧器的燃烧强度大、火焰温度高,采用空气助燃时烟气热损失与热力型NO_X也更多,因此在平焰燃烧过程中采用纯氧进行助燃可以抑制NO_X的产生、提高炉窑的加热效率,对实现工业炉窑高效洁净燃烧有着重要意义。本文首先搭建纯氧平焰燃烧实验平台,根据现有燃烧器结构,改变燃料管插入深度与氧气过剩系数进行实验,通过实验现象的观察及热电偶的测量数据对其结果分析。结果表明:燃料管插入深度直接影响到燃料与氧气的混合位置,随插入深度的降低,火焰的燃烧区与黑心区尺寸逐渐增大,峰值温度下降了78℃,峰值所在位置向扩张口外缘移动,燃烧更加平稳;氧气过剩系数增大提高了旋转气流对氧气的卷吸作用,导致火焰燃烧区尺寸扩大、黑心区尺寸缩小,但多余氧气同样降低了燃烧器热效率,综合考虑取值应在1.15-1.3之间。随后通过查阅燃气设计手册及相关文献对燃烧器的结构进行设计并采用正交实验的方法进行组合划分,借助商用计算流体力学软件Fluent对划分后的纯氧平焰燃烧器进行数值模拟。针对燃烧器的温度场、流场及浓度场,建立了相应的评估标准,并进行分析。结果表明:旋流器的旋流强度对燃烧器火焰特性影响最大,其次是燃料管插入深度与氧气过剩系数,最后是扩张口曲率半径;正交实验所得燃烧器最佳参数为—旋流器旋流强度1.57、扩张口曲率半径1.4、燃气管插入深度0mm、氧气过剩系数1.15。本文的研究结果一方面纯氧助燃下平焰燃烧器火焰燃烧特性,另一方面为纯氧平焰燃烧器的设计开发提供理论依据及技术支持。