随着全国大力推进煤改气工作,工业锅炉行业将面临巨大的转型挑战,普通的燃煤锅炉要逐步转型到燃气锅炉,而燃气锅炉燃烧产生最多的污染成分是氮氧化物气体,为了降低氮氧化物的排放量,要普及低氮燃气燃烧器的使用,但是国内低氮燃烧器的市场一直被国外所垄断,进口的低氮燃气燃烧器不仅价格昂贵,而且实行技术封锁。国内低氮燃烧技术落后,自主研制低氮燃烧器不仅可以突破国外市场垄断,提高科技竞争力,而且可以降低燃烧过程中对环境污染,提高经济效益。天然气作为一种清洁能源,燃烧过程中几乎不会产生硫氧化物和粉尘等污染,用于工业锅炉的燃烧是具有天然优势的,因此现在大多数的研究工作关注于如何降低天然气燃烧过程中产生的氮氧化物污染。本论文的目的是设计一款新型低氮燃气燃烧器,从而降低天然气燃烧过程中氮氧化物的排放,为企业提供低氮高效的工业锅炉燃烧器,积极践行绿色环保的主流发展。应河北某燃烧设备企业的要求,设计一种燃烧能力100 m3/h的天然气低氮燃烧器。本文在进行结构设计和数值模拟之前,首先进行了相关模型的验证,利用美国Sandia Flame D火焰的实验数据进行模型和机理的实验验证,获得了可靠的化学反应模型、湍流模型和燃烧机理。然后以该企业提供的燃烧器为原型,进行燃烧器的三维建模,网格划分以及数值模拟。在此基础上,本文设计了4种新型燃烧器结构,并且分别进行燃烧反应的模拟分析,在温度速度及相关组分方面与原型燃烧器的模拟结果进行的对比,最终确定了燃烧效果最理想、氮氧化物排放最低的燃烧器,氮氧化物的排放量为30.6 ppm,较原型燃烧器降低了34.1%。然后对该燃烧器的性能展开研究,分别研究了6种不同的过量空气系数,5种不同的空气预热温度,5种不同的中心风量对该燃烧器的温度场、速度场、NO_x浓度场分布的规律,确定了最佳的过量空气系数、预热温度、中心风量的取值范围,为实际生产提供了参考依据。