工业锅炉作为重要的供热供气设备,广泛应用于生产生活的多个领域。我国工业锅炉保有量约36.4万台,燃煤工业锅炉是其中的主导产品。由此可见,由燃煤工业锅炉生产运行而产生的环境污染问题不容忽视。中国已建成的工业煤粉锅炉在实际运行过程中大多存在以下问题:NOx原始排放量高、结渣严重、飞灰含碳量高等问题。因此,有必要开发出适用于工业煤粉锅炉的污染物排放量低、防结渣、稳燃性能好、燃烧效率高的燃烧技术。本文在电站锅炉中心给粉燃烧技术基础上,开发工业煤粉锅炉中心给粉旋流燃烧技术,并对该技术展开全面研究。以工业煤粉锅炉中心给粉旋流燃烧器为研究对象,搭建单相冷态试验系统,通过恒温热线风速仪,测量不同运行参数下预燃室内及燃烧器出口气流的三维速度分布,分析参数变化对预燃室内及旋流燃烧器出口流动带来的影响。内、外二次风配比从0:100增加至60:40,中心回流区均能稳定存在于燃烧器出口。此时回流区直径在1.23～1.55De、长度在3.15～3.82De。当内、外二次风配比增加到60:40时,最大烟气回流量为一次风风量的8倍。当预燃室内过量空气系数为0.2时,燃烧器出口不能形成稳定的中心回流区。随着喷入预燃室的空气量增多,系数从0.4增大至1.2时,最大烟气回流量增加5.5倍,燃烧器的稳燃能力显著增强。以采用工业煤粉锅炉中心给粉旋流燃烧技术的29 MW热水锅炉为研究对象,搭建气固两相模化试验平台,通过颗粒动态分析仪（Particle Dynamic Analyzer,PDA）测量不同结构以及运行参数下的气固两相三维速度、颗粒粒径和颗粒体积流量。固相气流峰值在外二次风叶片角度大于60°时,更靠近水冷壁壁面,更多大颗粒被携带至分离二次风区域。采用双层分离二次风时,中心回流区尺寸和气固两相回流速度较大,大颗粒远离分离二次风区域,有利于煤粉的燃尽,不容易导致壁面高温腐蚀及结渣的发生。当外二、分离二次风配比大于65:35时,预燃室内气流与分离二次风混合过快,固相轴向速度峰值靠近水冷壁面,不利于防止水冷壁结渣及高温腐蚀的发生。当预燃室内过量空气系数为0.2时,最大颗粒体积流量所在位置始终靠近炉膛中心线,旋流燃烧器不能建立良好燃烧过程。当预燃室内过量空气系数大于0.4时,随着该参数的增加,回流区面积、回流速度以及回流颗粒体积流量均增大,但水冷壁附近的切向、径向平均速度及颗粒体积流量也增大。推荐外二次风叶片角度设置在60°及以下。推荐采用双层分离二次风结构。外二、分离二次风配比宜设置在45:55及以下。适当的预燃室内过量空气系数范围为0.4～0.8。将工业煤粉锅炉中心给粉旋流燃烧技术应用到29 MW热水锅炉上,通过工业热态试验,研究不同运行参数下煤粉的着火、燃尽以及NOx排放特性。在工业煤粉锅炉实现低NOx燃烧。在9～12 MW负荷,调整风门开度时,锅炉尾部最高及最低NOx浓度分别为364.9以及64.1 mg/m~3@O2=9%。调整内二次风的风门开度时对燃烧器性能的影响更明显。燃烧器区域烟气温度始终低于1100℃,小于燃用煤质的煤灰熔融温度,多个供暖季节运行表明燃烧器具有良好的防结渣性能。在11～12 MW负荷,引入再循环烟气后,NOx排放浓度降低22%。采用工业煤粉锅炉中心给粉旋流燃烧技术时工业锅炉具有较好的低负荷稳燃能力。在3.6 MW下,燃烧器区域温度小于1000℃,NOx排放浓度为385.7 mg/m~3@O2=9%,锅炉运行稳定。在无助燃燃料的情况下,锅炉稳定燃烧的最低负荷可达3 MW,负荷调节比接近10:1。最后借助数值计算方法对采用单只新型燃烧器的29 MW热水锅炉炉内燃烧情况进行数值预测。按1:1尺寸建模,完成网格划分后,通过Fluent软件进行热态模拟,对比满负荷条件下不同运行参数下锅炉炉内流动、燃烧以及NOx生成特性。当分离二次风率为85.7%时,炉内不能形成中心回流区。当分离二次风率为71.4%时,回流区不对称,燃烧偏斜,威胁锅炉安全运行。当分离二次风率减小至14.3%时,中心回流区及火焰形状变化明显,飞灰可燃物含量增大。分离二次风率为55.4%时,高温区面积较大,炉内受热均匀。较佳的分离二次风率为55.4%。引入循环烟气会导致炉内高温区面积缩小,NOx生成量降低,煤粉燃尽变差。设置30%的循环率可以让NOx排放下降19%,但会导致飞灰可燃物含量上升12.03个百分点。本文提出新型工业煤粉锅炉旋流燃烧组织方式,并结合实验室试验、数值模拟以及工业试验整合优化新型工业煤粉锅炉中心给粉旋流燃烧器的主要设计参数,在炉内形成速度、温度以及浓度分布之间的合理耦合,最终在工业煤粉锅炉上实现低NOx排放及稳定燃烧。