随着中国社会的发展,国人越来越注重环境的保护和能源的可持续发展。人们对化石燃料燃烧设备的节能减排越来越关注。本文对带有硅铝热交换器的燃气采暖热水锅炉进行了系统的研究,一方面研究了锅炉系统的排放和整体的热效率,另一方面对硅铝热交换器的结构进行了分析与优化。这些工作对带有硅铝热交换器的燃气采暖热水锅炉生产和应用具有重要的指导意义。本文的采暖热水锅炉采取的布局属于针翅式布局,可以称为针翅式换热器。本文对针翅式换热器物理模型分析简化,推导了针翅式换热器的传热系数的计算公式。根据传热系数的公式得出了对针翅换热器中针翅结构参数的优化方向,分别为直径、高度、纵向间距和横向间距。推导出了烟气侧雷诺数和努赛尔特数的普遍关联式,并根据带有针翅结构的换热器在烟气侧的传热和压降的实验数据,求得普遍关联式中的系数。根据传热系数分析出来的影响因素(直径、高度、纵向间距和横向间距)为决策变量,以传热系数和压降为目标函数,采用NSGA-II遗传算法进行优化。利用TOPSIS决策方法对遗传算法获得的Pareto解域进行选择,选出最佳的个体,从而得出针翅结构的最佳参数。根据选出的最佳个体采用了数值分析的方法,研究了针翅式换热器内烟气的流量变化时温度场和压力场的分布情况。针翅式换热器的速度云图和温度云图直接反映了相关设计参数和运行参数对换热器性能的影响,对温度过热区域和速度高的区域调整针翅的排列结构。本文在实验方面,首先研究了运行参数对燃气采暖热水炉冷凝率的影响,并得出了相关的经验关联式。随后又研究了不同负荷、不同过剩空气系数和进水温度对燃气采暖热水炉的热效率和排放的影响。最后本文以过剩空气系数、燃气热负荷、进水温度和风机转速为设计变量,以热效率、氮氧化物、一氧化碳作为预测值,搭建BP人工神经网络的进行燃气采暖炉性能的预测。