目前,雾霾、全球变暖等环境问题愈来愈突出,且我国的能源发展战略为节约能源,而在工业占GDP比重较高的山东,正大力推进新旧动能转换重大工程,在这种大环境下,工业中提高产品质量、节能减排显得尤为重要。本文即以清洁能源-天然气为原料,以一种工业炉窑-台车炉为实验台,对它的节能性和NO_x排放水平进行了研究,提出了更有效的燃烧方式以及更低水平的NO_x排放方案,达到了节能减排的良好效果。首先本文采用实验研究,设计并搭建了一整套蓄热式台车炉实验台,包括它的燃烧系统、供风排风系统、热交换系统以及数据采集系统等;然后对实验台进行压力、流速及温度调试试验,对于试验中出现的燃烧器易烧损的问题,提出了采用大负荷间歇供给的保温的方案,有效解决了实际的问题;然后对整个实验台进行详细的热平衡分析,提出了该台车炉的节能性方式,即连续工作、最大限度缩短升温时间、解决炉门密封以及选用更加轻便的台车支撑材料,这样热效率η能达到85%以上;最后引出实验中出现的NO_x排放偏高的问题,采用理论分析及数值模拟的方式进行解决。通过理论分析,本文对NO_x的生成机理进行了详细的推导,找出影响NO_x生成的各个因素,然后对实验台进行建模和数值模拟分析,并用实验数据进行数值模拟模型的验证,误差均在10%以内,确定了数值模拟的正确性。本文采用了利用一部分炉外循环来的烟气供给燃烧室的方案进行数值模拟来解决NO_x排放偏高的问题,循环烟气的供给分为两种方案:一种是与空气均匀混合;一种是非均匀混合,通过烟气分配腔直接喷入燃烧室。作者结合了两种方案,首次提出循环烟气分段供给辅助燃烧系统,将NO_x的排放水平降至24ppm以下,达到了最新的设计规范要求的排放限度标准。在结构优化方面,作者对燃烧室的直径d₂进行研究,确定了其最佳的结构尺寸,d₂=150mm,最大限度结合了实际并减少了NO_x的排放。