随着雾霾天气的频繁出现,我国在大力推行“煤改气”政策的同时,对燃气燃烧过程中产生的NO_X排放要求日渐提高。在这种形势下,低氮燃烧成为燃气燃烧器的重点发展方向。本文针对全预混燃烧器火焰稳定性差、结构复杂等问题,依据火焰稳定性原理及NO_X生成机理设计出一种火焰稳定性高、结构简单的带稳焰的低氮全预混燃烧器。以该燃烧器为研究对象,采用数值模拟和实验研究相结合的方法,对燃烧器的火焰稳定性、NO_X、CO排放量、火焰高度等进行研究,得到最佳的全预混低氮燃烧器运行条件及结构。建立层流预混有限速率物理模型,采用组分输运模型、多组分多反应化学反应机理。数值模拟表明带稳焰的火焰,稳焰与主焰相互作用区域温度最高,主火焰根部附近温度较高,火焰的稳定性较高。无稳焰燃烧火焰NO浓度在火焰面以上达到最高值,而带稳焰燃烧火焰NO浓度仅在在火焰锥尖以上达到最高值,NO平均浓度明显低于无稳焰情况,由于稳焰的存在,火焰高温、高氧区范围被拉低。搭建气体流量能够灵活调节的实验系统,设计加工稳焰器进行实验。分析燃烧运行工况,包括一次空气系数α和稳焰量Q_stable;稳焰孔到主火孔边缘的距离s、稳焰孔直径d、稳焰孔个数n三个稳焰器结构参数对火焰稳定性、NO_X、CO排放量、火焰高度等性能的影响规律。实验研究表明:α_main在0.95-1.35之间时,随着α_main的增加,火焰稳定性不断降低,在稳焰量占比5%-15%时,火焰均能稳定燃烧。s增加、d降低、n减少,火焰稳定性均降低。s增加,NO_X排放量降低,CO排放量减少,H_r-flame增加,在s=2.0 mm时,NO_X排放量最低,达到17 mg/m³;d减小,NO_X排放量减少,CO排放量先降低后增加,H_r-flame逐渐升高,在d=1.0 mm时,NO_X排放量最低,达到17 mg/m³;n减少,NO_X排放量减少,CO排放量先减少后增加,H_r-flame增加。在n=8时,NO_X排放量最低,达到16 mg/m³;综合考虑到火焰稳定性和CO排放量,确定稳焰器S1（s=2.0 mm,d=2.0 mm,n=16）为最佳稳焰器结构。