进入21世纪以来,人们越发的重视环境问题,民用燃气具燃烧所产生的大量氮氧化物成为了关注的焦点。与此同时,越来越多的低氮燃烧技术和低氮燃烧器普及于家用燃气快速热水器中,逐渐占据市场。其中水冷低氮型燃气采暖热水炉所采用的燃烧器具有低氮氧化物排放的特性,但其抑制NO_x生成的机理和运行性能还缺乏系统的研究。本文对水冷低氮型燃烧器及装备该燃烧器的燃气采暖热水炉整机性能进行了较为全面的研究,主要内容和结论如下。(1)采用理论研究的方法,对水冷低氮型燃烧器的结构特点与常规壁挂炉燃烧器进行对比分析;参照现有的水冷低氮型燃烧器结构,对燃烧器的喷嘴、引射器及火孔头部等关键尺寸进行了设计计算,并加工了铜制燃烧器样品。(2)通过试验研究和理论分析相结合的方法,将此款铜制水冷低氮型燃烧器与常规燃烧器对比,发现该款水冷低氮型燃烧器在额定负荷下的NO_x排放量约为10ppm,远低于常规燃烧器。其氮氧化物排放降低的原因包括:工作状态下一次空气大于1;火焰高度较矮;水冷管路可以降低预混气体温度。并建立了此款燃烧器的气体流动模型,通过数值模拟的方法对此进行研究,结果表明:额定负荷下燃烧器腔体内预混气体的混合状况和分配情况良好,有利于火焰的均匀分布,减少了火焰局部高温区的产生。(3)通过试验比较了铜制水冷低氮型燃烧器、铝制水冷低氮型燃烧器应用于常规燃气采暖热水炉和冷凝式燃气采暖热水炉中的烟气排放及燃烧情况,研究了其运行性能,分析了燃烧器的适用性及优缺点。结果表明:铜制水冷低氮型燃烧器在额定工况下火焰矮且稳定,热效率较高,烟气中NO_x浓度极低,燃烧器表面温度均在200℃以下,但其CO排放浓度较高。当安装于冷凝式壁挂炉时,CO排放浓度略有升高,NO_x排放浓度降低,额定工况下燃烧器表面温度低于90℃。铝制水冷低氮型燃烧器运行性能较差,空气补充不足且火焰均匀性和稳定性较差,CO和NO_x排放浓度均较高。(4)针对铜铝两款水冷低氮型燃烧器的缺点提出了多种改进方式,采用了试验方法,研究了喷嘴改进、燃烧器间隙改进和燃烧器压型改进对两款水冷低氮型燃烧器的影响,有效地提升了现有水冷低氮型燃烧器的性能。主要结论包括:24 kW的铜制水冷低氮型燃烧器在0.89 mm喷嘴直径下,与引射器距离为5 mm和0.90mm喷嘴直径下,与引射器距离为5 mm时污染物排放控制水平最优。当在铜制水冷低氮型燃烧器中间加入缝隙后,引入的二次空气可以使烟气中的CO浓度有所降低,NO_x排放浓度略有增加。修改铝制水冷低氮型燃烧器的型腔部位压型后,NO_x排放浓度显著降低,但是CO排放浓度升高明显,并且存在负荷不足的问题。