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贫煤由于挥发份含量较低,存在着火和燃尽困难,NO_x排放较高等问题,而在燃煤电站锅炉超低排放改造中,低NO_x燃烧技术是首选的成本低廉的NO_x控制技术,因此,贫煤低NO_x燃烧是目前煤粉低氮燃烧控制的一个重要研究方向。本文利用数值模拟(CFD)和试验两者结合的方法,对山西某电厂燃烧器燃用贫煤后出现的燃尽率低,NO_x排放较高(约为750 mg/Nm3(折合6%O2浓度))等问题进行研究。并在此基础上针对燃用贫煤的旋流煤粉燃烧器进行优化设计和现场运行测试。本文首先对原型旋流燃烧器进行了冷态试验及数值模拟,结果显示,虽然燃烧器出口四周存在稳定的环形回流区,但用于稳燃的中心回流区较小,为了进一步分析造成贫煤燃烧稳定性和NO_x生成,本文利用哈尔滨锅炉有限责任公司30MW试验台和清华大学平焰燃烧器,分别对原型燃烧器进行热态试验以及贫煤挥发份析出动力学进行研究,在此基础上对数值模拟和计算模型进行验证。结果显示炉膛出口O2浓度为7.67%,NO_x排放为932 mg/Nm3(折合6%O2浓度),燃烧数值模拟结果表明燃烧器喷口附近无稳定的回流区,从而导致煤粉点火稳燃性能较差。随后,本文利用数值模拟对原型燃烧器进行了结构优化,分别针对中心风、一次风、内外二次风、浓淡分离器位置、稳燃齿等结构参数进行了CFD模拟优化,使得燃烧器喷口附近形成稳定的中心回流区,回流流量较大,着火距离适中,从而保证煤粉的稳燃着火。结果显示,对于本文所研究的旋流燃烧器,稳燃齿可以减小扩展角,对NO_x的生成有促进作用;内浓外淡的煤粉气流NO_x排放较低,能够形成稳定的中心回流区;内二次风旋流强度影响较为复杂,对回流区及着火距离的影响不是单一的;外二次风旋流强度增大,回流量增大而着火距离减小,有利于煤粉着火,对NO_x排放有减小作用;整体旋流强度越大,煤粉的着火距离越小,扩展角越大最后利用冷态试验和现场试验,对优化后燃烧器运行结果进行验证,结果表明该优化方案满足电厂要求,实现了优化前的期望,煤粉能够稳燃着火,并降低NO_x至450 mg/Nm3以下。