本文的研究对象是一台600MW超超临界锅炉,呈Π型布置,锅炉日常燃用烟煤与贫煤的混煤,混煤掺混采用炉前预混方式,烟煤及贫煤的混合比例为7:3。基于环保压力,该锅炉进行了低氮改造,在改造完成后出现了炉膛出口飞灰含碳量升高的异常现象。经测量平均飞灰含碳量达到了9.7%,严重降低了该机组的经济性。针对该问题,本文使用CFD数值模拟技术研究了两类燃烧器在不同煤种下的燃烧特性,然后进一步进行了全炉膛热态模拟,研究混煤的燃烧及排放特性,最终找出了适合混煤燃烧的燃烧器布置方式。本文的研究,为该600MW锅炉今后的改造优化提供了技术方向,也为同类型问题的解决提供了思路。本文采用了燃烧器与炉膛分开模拟的方法,以燃烧器出口边界作为炉膛模拟的入口边界,既保证了燃烧器模型的精确性,又加快了全炉膛模拟的速度。这种方法的好处之一是能够避免燃烧器与炉膛网格尺寸不一致的问题,既能够以四面体网格划分结构不规则的燃烧器,又能够以六面体网格规整的划分结构规则的炉膛,因此能够在单只燃烧器模拟和全炉膛模拟中均获得精准的结果。本文为预混煤燃烧模型提供了新思路,运用Fluent中的组分输运模型定义了两种混煤成分,从而成功模拟了预混煤的燃烧过程。同时,基于实际运行工况,通过数模及拟合方法的结合,计算得出实际二次风挡板开度下的风量分配,为数值模拟提供了精准的二次风边界,从而提高了全炉膛模拟的准确性。同时,为了验证全炉膛网格及模型的准确性,本文将相同边界下的模拟结果与实际运行数据进行了对比,结果表明二者的燃尽及排放数据接近,满足模拟要求。本文针对MPM（多项污染物最小）燃烧器及水平浓淡燃烧器开展了单只燃烧器的数值模拟研究。研究了这两种燃烧器在烟煤、贫煤及混煤工况下的燃烧及排放特性,得出了两种燃烧器与不同煤种的适应关系。借助单只燃烧器的模拟,初步分析了飞灰含碳量偏高产生的原因,为全炉膛模拟做好了准备。研究表明,MPM燃烧器更适用于烟煤,水平浓淡燃烧器更适用于贫煤,二者对预混煤均不适用。本文根据单只燃烧器的模拟结果,设计了适用于混煤的新燃烧系统。该系统的主要特点是采用炉内分磨掺烧代替炉外预混燃烧,同时采用特定燃烧器燃烧特性煤种类。这种燃烧方式能够实现不同煤的独立燃烧,减少不同煤之间的交互影响,从而基本解决预混煤的“抢风”问题。此外,考虑到贫煤燃烧需要较长的停留时间,因此将两层水平浓淡燃烧器放在下层,燃用30%的贫煤,将三层MPM燃烧器放在上层,燃用70%的烟煤。本文还进行了全炉膛数值模拟研究,对比了燃烧系统优化前后数个工况,以验证混煤燃烧系统的可行性。本文一共模拟了5个全炉膛工况,主要模拟结果如下:（1）MPM燃烧器燃用烟煤工况下,飞灰含碳量为5.3%,炉膛出口温度为1082℃,NOx排放值为137mg/Nm~3;（2）MPM燃烧器燃用贫煤工况下,飞灰含碳量为24.3%,炉膛出口温度为1419℃,NOx排放值为553mg/Nm~3;（3）MPM燃烧器燃用预混煤工况下,飞灰含碳量为10.2%（与实际值9.7%接近）,炉膛出口温度为1111℃,NOx排放值为213mg/Nm~3（与实际值216mg/Nm~3接近）;（4）水平浓淡燃烧器燃用贫煤工况下,飞灰含碳量为2.5%,炉膛出口温度为1059℃,NOx排放值为722mg/Nm~3;（5）组合燃烧器（新燃烧系统）燃用混煤工况下,飞灰含碳量为1.9%,炉膛出口烟温为1057℃,NOx排放值为320mg/Nm~3。以上模拟结果可以得出结论,经过燃烧系统优化,混煤燃烧状况得到了极大的改善,飞灰含碳量从优化前的10.2%降低到了优化后的1.9%,锅炉燃用混煤的经济性得到了本质的提高。优化后,虽然NOx排放有所上升,但在可接受范围内,并且可以通过燃烧调整进一步与飞灰含碳量进行平衡。综合考虑,在烟煤与贫煤掺烧的情况下,不推荐采用炉外预混燃烧,而是推荐采用炉内分磨燃烧。炉内分磨掺混能够使得烟煤与贫煤的燃烧过程相对独立,具有燃尽好、火焰中心低、炉膛出口温度低、NOx排放合理的优点。同时,考虑燃烧器对煤种的适应性,推荐采用MPM燃烧器燃烧烟煤,水平浓淡燃烧器燃烧贫煤,水平浓淡燃烧器布置在下层的燃烧方式,以达到最佳的燃烧效果。