该文对高温空气燃烧技术的特性进行了理论分析和数值模拟,进行了冷、热态的试验,开发了蓄热燃烧系统,系统性能先进,完全满足工业应用,弥补了国内研究的空白.首先在借鉴国外三大类典型蓄热烧嘴专利技术的基础上,结合宝钢低热值燃料的特性,初步确定了四种烧嘴结构.在冷态试验中,利用氮气模拟燃气,使用燃烧分析仪测定了炉内的氧气浓度场分布,分析了烧嘴结构对炉内空气动力场的影响.应用商业计算流体力学软件FLUENT,采用k-ε双方程湍流模型、一阶迎风格式对燃烧室空气动力场进行了冷态数值模拟,数值模拟结果与冷态试验结果吻合良好.同时,采用k-ε双方程湍流模型、概率密度函数(PDF)燃烧模型、离散坐标(DO)辐射模型以及温度型NO<,X>生成模型对助燃空气和低热值煤气双预热的高温空气燃烧过程进行了数值试验.系统地研究了预热温度、助燃空气含氧量、过量空气系数、射流夹角、钢坯吸热热流等因素,对高温空气燃烧特性、燃烧室内的温度场、烟气组分浓度场、NO<,X>浓度场等的影响.通过对试验结果和数值模拟结果的分析,确定了最佳的宝钢用蓄热式加热炉烧嘴结构.在上述研究的基础上,开发出国内第一套高温空气燃烧中试炉,全部关键设备(蓄热烧嘴、蓄热峰窝体、换向阀及控制系统)均系自主开发,获得了两项发明专利和三项实用新型专利,通过热态试验研究了不同换向周期下烧嘴轴线上的炉温分布与炉温的波动.发现了对特定的炉子工况存在一个最佳的换向周期,此时对应的蜂窝蓄热体温度效率和助燃空气平均风温最高,出炉烟气温度最低.对NO<,X>生成量的测量结果,验证了数值模拟得出的NO主要在火焰尾部生成的结论.全套高温空气燃烧系统温度均匀,在以最佳换向周期运行时炉温的波动在±5℃范围内,蓄热蜂窝体温度效率可达89.7﹪,NO<,X>的生成量小于100ppm,综合水平为国内领先,研究成果已在宝钢高炉热风炉蓄热改造、宝钢条钢厂线材加热炉蓄热改造的方案优选上得到了应用.