我国煤炭作为主要的一次能源,其中绝大部分被用于直接燃烧,如火电厂发电和工业生产等,但煤炭燃烧会产生不利于人体健康并且造成环境污染的物质,如硫氧化物SO_X、氮氧化物NO_X等。为了满足日趋严格的排放标准,火电厂投入大量成本进行低氮技术的研发和锅炉的改造,以减少尾气中NO_X的排放,达到“超低排放”的要求。多数现役300 MW级别机组在设计时并没有采用先进的低氮燃烧技术,NO_X排放浓度相对较高,会造成SCR脱硝系统的喷氨量大、脱硝成本上升和空预器堵塞等问题。虽然通过进行低氮燃烧器改造后NO_X排放有所下降,但相比于在初始设计就考虑先进低氮燃烧的新建机组,其原烟气NO_X排放量仍然偏高约50-100 mg/Nm³。某现役350 MW燃煤锅炉就存在这样的问题,经过低氮燃烧器改造和涂层处理之后,该锅炉在满负荷4个磨煤机工作时,省煤器出口的NO_X排放浓度平均值相比同类型机组仍属于偏高水平。因此,本文针对这台现役350 MW锅炉设计参数和运行现状,提出并研究一种利用富余一次风作为高速射流燃尽风来深度降低炉膛出口NO_X浓度的新技术——高速燃尽风技术（High-speed Over Fired Air,简称HOFA）。本文主要利用FLUENT软件对该锅炉进行数值模拟,结合现场试验数据来对HOFA技术进行研究。本文首先进行冷态数值模拟研究,建立26 m以上的炉膛模型,模拟单侧和双侧布置HOFA对冷态流场的影响,确立初步改造方案。研究发现虽然双侧方案HOFA在炉膛上部扩散能力和前墙区域覆盖能力有优势,但在关键的穿透能力和覆盖面积上还是单侧方案表现更好,单侧方案表现出更好的刚性。综合比较得出单侧方案的高速燃尽风对流场影响能力更强的结论,确定了实际锅炉改造采用单侧方案的技术路线。在热态数值模拟研究中采用单侧布置,分别从ABC层和AB层一次风中抽取热风做高速燃尽风,对比研究不同抽风方式对炉内燃烧的影响,以确定具体改造方案和运行建议。研究发现ABC层（工况一）取风的工况出口的氧气浓度有所上升,飞灰含碳量大幅度增加,但是NO_X浓度和CO浓度均有下降;AB层（工况二）取风的工况虽然飞灰含碳量有较大的回落,CO浓度最低,但NO_X排放量是三种工况中最高。对比原始工况出口NO_X为335mg/Nm³来看,工况一出口NO_X下降了26.43 mg/Nm³,工况二出口NO_X上升了5.07 mg/Nm³。结论认为工况一方案比较合适,即从ABC各层分别抽风更能有效降低NO_X排放。基于数值模拟结果进行现场HOFA技术改造实施和性能测试,对比研究改造前后参数,研究发现高速射流燃尽风投用后,锅炉燃烧效率和改造前基本一致,炉膛出口温度分布和氧量分布都较为均匀,NO_X排放量明显降低。改造后NO_X（折算到6%的O₂）在满负荷和75%负荷下分别为364.65 mg/Nm³和242.60 mg/Nm³比改造前约降低了33-53 mg/Nm³,脱硝效率分别为8.3%和17.9%,说明高速燃尽风技术在实际应用中能有效地深度降低NO_X。在现场试验数据验证了数值模拟方法和结果的准确性后,采用数值模拟方法对高速燃尽风进行深入研究,以期对其他机组应用高速燃尽风技术提供参考。主要研究两种负荷75%和100%以及单、双侧工况在燃烧和减排方面的表现。研究表明:单侧工况下,75%和100%负荷下出口NO_X分别为228 mg/Nm³和334 mg/Nm³,而改造前对应实测数据分别为296mg/Nm³和398 mg/Nm³,分别减少了68 mg/Nm³和64 mg/Nm³,对应减排效果为23%和16%,认为锅炉在较低负荷运行下氮氧化物的生成和抑制效果更好。100%负荷下,单侧布置的在主燃区有较大的高浓度CO区域、较少的O₂区域和较小的高温区域,使NO_X生成量较低。虽然双侧工况的飞灰含碳量有所回落,但其NO_X浓度也是所有工况中最高的454 mg/Nm³。对比改造前的出口NO_X浓度398 mg/Nm³来看,排放量不降反升,再次证实了认为单侧工况的减排效果优于双侧工况。