工业锅炉在经济发展及国民生活中起着重要的作用。传统的工业锅炉因燃烧组织方式、锅炉总体工艺水平等因素导致燃烧效率低、污染物排放量高。煤粉工业锅炉具备高效节能、洁净排放的特点,近年来在节能减排的大背景下迅速发展起来,煤粉工业锅炉产业已基本形成。本文以哈尔滨工业大学研发的中心给粉旋流燃烧器为研究对象,研究燃烧器出口的单相流动特性,并将燃烧器应用在29MW煤粉工业锅炉上,通过数值模拟的方法研究燃烧器的燃烧特性以及NO_x生成特性,并对运行参数进行合理优化。本文的研究能够为工业煤粉锅炉燃烧器的研发提供参考。首先以单只燃烧器为原型,根据冷态模化准则搭建1:3的单相冷态试验台,通过热线风速仪系统测量燃烧器出口区域的三维速度,研究外二次风和分离二次风率配比以及掺混的烟气量配比对燃烧器出口区域单相流动特性的影响。不同风率配比结果表明:风率配比对回流区尺寸和最大轴向负速度影响较大,风率配比由1:3增加至3:1,回流区最大直径从1.1d增加至1.4d,回流区面积增幅为34%,燃烧器中轴线上最大轴向负速度由3.6m/s增加至9.8m/s。不同烟气量配比结果表明:不同烟气量配比对回流区尺寸和最大轴向负速度影响较大,烟气量配比由0:1增加至1:0,回流区最大直径从1.2d增加至1.3d,回流区面积增幅为19%,燃烧器中轴线上最大轴向负速度由3.4m/s增加至7.0m/s。利用数值模拟研究外二次风和分离二次风风率配比以及掺混的烟气量配比对炉内燃烧特性以及NO_x生成特性的影响。通过对炉膛中心面的轴向速度分布、温度分布、O₂浓度分布以及NO浓度分布进行分析,并结合炉膛出口的烟气温度和NO_x浓度,对外二次风和分离二次风率配比以及掺混的烟气量配比进行优化。不同风率配比的数值模拟结果表明:风率配比为1:3、3:5及9:11时,炉膛出口NO_x排放量在227 mg/m³-238mg/m³范围内,风率配比大于9:11时,NO_x排放量在227 mg/m³基础上升高幅度为21%。本文推荐外二次风与分离二次风风率配比在1:3至9:11范围内较合适。不同烟气量配比的数值结果表明:烟气量配比为0:1至7:3时,炉膛出口NO_x排放量在220 mg/m³-231 mg/m³范围内,烟气量配比为1:0时,炉膛出口NO_x排放量为251 mg/m³,在220 mg/m³基础上升高幅度为14%。本文推荐外二次风与分离二次风掺混的烟气量配比在0:1至7:3范围内较合适。