熔铝炉单体热负荷、烟气量及排烟温度较低,采用烟气催化还原脱硝技术降低NOx排放并不经济,发展具有节能、低氮排放效果的蓄热式熔铝炉燃烧器势在必行。本文在现场热平衡与烟气成分测试分析的基础上,采用数值模拟方法优化了原型燃烧器的结构和运行参数,开发了可以达到当前国内最严格熔铝炉NOx排放标准的新型低氮燃烧器,探讨了不同燃烧器运行时炉内燃烧与传热特性。首先,基于25吨蓄热式熔铝炉开展了热平衡与烟气成分测试,分析了熔铝炉运行过程中各项热损失、吨铝能耗和NOx排放特性。结果表明:炉体与管道以及散热风热损失率总和超26%,熔铝炉热效率为62.48%,吨铝天然气耗量72.1 Nm~3/t,NOx排放浓度长期高于600 mg/m~3@3.5%O2,排放峰值1197.0 mg/m~3@3.5%O2。其次,采用数值模拟对原型燃烧器结构与运行参数进行了优化。结果表明:随着燃烧器孔道末端直径的增大和长度的减小,NOx排放浓度降低,优选燃烧器孔道末端直径0.70 m、长度0.40 m。通过增大二次风与预混通道间壁厚度、同时减小一次风比例和过量空气系数,使得NOx排放浓度显著降低。优化后NOx排放浓度低至191.1mg/m~3@3.5%O2。最后,根据改进型燃烧器参数,开发了新型多燃料喷口非预混低氮燃烧器,对比了原型、改进型和新型低氮燃烧器的炉内燃烧反应过程和铝液表面传热行为。结果表明:新型低氮燃烧器运行时炉内化学火焰区域最大,占据炉膛容积的64.9%,炉内温度及铝液表面热流分布均匀性提高,辐射传热占比提升至92.44%,NOx排放浓度低至79.6 mg/m~3@3.5%O2。