新型工业煤粉锅炉相比传统工业锅炉优势明显,国外相关产品技术成熟,但是价格昂贵,因此,自主开发一种用于工业锅炉的高效清洁煤粉燃烧技术具有重要意义。哈尔滨工业大学新提出一种适用于工业锅炉的新型高效低氮旋流煤粉燃烧技术,为针对该技术进行用于29MW工业锅炉的燃烧器的开发,本课题搭建了1:6比例冷态两相试验台,使用了PDA测量系统进行数据测量,探究了燃烧器内二次风叶片角度变化、不同一次风与内二次风预混段长度对炉内气固流动特性的影响,应用Fluent对炉内的煤粉燃烧和氮氧化物生成进行了数值模拟,研究了内二次风叶片角度变化对燃烧特性和氮氧化物生成特性的影响。利用PDA测量了冷态模化炉膛内的气固两相三维速度和颗粒相体积流量分布。测量结果表明,炉膛中心可以形成长度大于3.5d的回流区,x/d=0.2截面上,颗粒主要集中在预燃室二次风出流区域,说明有大量颗粒自侧壁面附近冲出预燃室,在x/d=1.5截面以后,炉膛壁面附近的颗粒流量较高。内二次风叶片角度自45°到64°变化时对气固两相流动总体分布影响不大。设置有预混段时,一次风、内二次风在预燃室内与外二次风混合的过程得到推迟,而预混段长度从50mm增大到100mm时则变化不大。使用Fluent软件对该29MW工业锅炉炉内煤粉燃烧过程进行数值模拟。利用工业试验数据验证了所选计算模型的准确性。模拟结果表明,稳定运行时,在预燃室内和预燃室外的中心区域将各形成一个回流区,随着内二次风叶片角度从0°增大到70°,预燃室内的回流区卷吸烟气回流的效果得到加强,有利于煤粉的提前着火,当叶片角度为70°时,预燃室边壁处轴向速度可达35m/s,会加剧煤粉对预燃室出口处壁面的冲刷和磨损。炉内大于1500K的高温区域主要集中在内、外二次风混合气流内的外侧区域,其中最高烟气温度在1700K至1800K间。直流的分离二次风射流包覆火焰,在炉膛边壁区域形成氧化性气氛,有利于避免水冷壁的高温腐蚀和结渣现象。炉内氮氧化物高浓度区域集中分布在内、外二次风混合气流内的外侧区域。当叶片角度为60°时,炉膛出口氧气浓度和飞灰可燃物含量较低,平均烟气温度较高,同时炉内水冷壁附近区域烟气氧浓度更高,高温煤粉颗粒对预燃室壁的磨损较轻,因此推荐内二次风叶片角度选用60°。