随着我国电力事业的高速发展,污染物排放的问题越来越严重,随着“节能减排”目标的提出,降低污染物排放更将成为未来具有挑战性的一项任务。NO_x是化石燃料燃烧过程中排放的主要污染物之一,对环境造成严重危害,其形成与排放的控制愈来愈得到重视。当前,电站锅炉的旋流燃烧器的低NO_x燃烧仍然是国内外电厂面临的重大挑战,因此,研究和开发具有良好低NO_x燃烧性能的新型旋流燃烧器已经迫在眉睫。首先,本文介绍了国内外市场上主要旋流燃烧器的研制和发展情况,总结了目前主流低NO_x旋流燃烧器的主要特点;概述了电站锅炉中三种NO_x的生成机理和主要的低NO_x燃烧技术,分析了影响旋流燃烧器低NO_x燃烧性能的各种因素,提出了适合于低NO_x燃烧的空气动力场,为理论分析提供了依据。其次,本文在吸收和整合多种燃烧器优点的基础上,介绍了自行设计的新型的低NO_x旋流燃烧器,并进行了详细的冷态模拟实验。实验通过分别改变中心风扩口角度、中心风扩口边界、一次风率、一次风速、直流风速、二次风旋流强度,从轴向速度、回流区边界和射流边界等方面出发,研究各参数对于燃烧器空气动力场的影响,进而分析对于降低NO_x排放的贡献。最后,本文在冷态实验的基础上进行了数值模拟:建立了新型旋流燃烧器的二维物理模型,采用κ-ε的双方程模型模拟了该燃烧器的出口空气动力场的分布。在较高的精度下,详细分析了回流区面积、回流量、湍流强度等不便分析的燃烧器参数对于低NO_x的影响;模拟结果与主流径向浓淡旋流燃烧器进行了对比,阐明了本旋流燃烧器的优势;对中心风管扩口曲形边界进行了三维数值模拟,研究了各种形状对于低NO_x燃烧的影响。