为降低热处理炉中传统旋流燃烧器氮氧化物(NOx)排放过高的问题，本研究提出一种基于燃气分级技术的低氮燃烧器优化方法。首先，以普通旋流燃烧器为基本结构，在不显著增加燃料消耗的条件下，增设燃气分级结构；其次，采用ANSYS Fluent软件系统模拟一级静叶栅叶片角度和空气流速对NOx生成量的影响；最后，通过对比混合均匀性、温度分布及NOx浓度场，确定最佳参数组合。结果表明：燃气分级结构显著提升了二次燃气与旋流空气的混合效率，热负荷分布更均匀，热力型NOx生成量降低。当一级静叶栅叶片角度为30°、空气流速为1.15 m/s、一次燃气占比65%时，燃烧器性能最优，NOx排放量较传统结构明显减少。本研究为低氮燃烧器的设计提供了优化方向，对工业燃烧设备的环保改造具有参考价值。