我国贫煤、无烟煤等低挥发分煤的资源极其丰富,这些煤种挥发分含量低,可燃性能差,极不易着火与点燃,已成为我国电站锅炉所要解决的基本问题之一。对于低挥发分煤,国内习惯采用的四角切圆燃烧方式,但这种燃烧方式容易造成炉内结渣,并在气流余旋的作用下在炉膛上部及水平烟道造成烟温偏差,而且随着锅炉机组的大型化而不断增大,严重威胁锅炉的安全运行。而旋流燃烧方式在炉内结渣和烟温偏差等方面比四角切圆燃烧锅炉具有明显的优越性,欧美等国的大型机组,绝大多数采用墙式布置的旋流燃烧器。但旋流燃烧器一般认为只适合于中等以上质量烟煤的燃烧。稳燃作为低挥发分煤墙式旋流燃烧器可靠运行的首要问题,国内外至今仍未很好解决。开发适合我国国情的具有良好稳燃性能的新型旋流燃烧器已迫在眉睫。本文针对旋流燃烧器燃烧低挥发分煤时存在的稳燃性能不佳的问题,在以往旋流燃烧器的基础之上,发明设计了一种新型稳燃装置——花瓣稳燃器(Petal Flame Stabilizer,简称PFS)。提出了既能起到良好稳燃作用又能降低NOx排放的新型旋流燃烧器——花瓣燃烧器(Petal Swirl Burner,简称PSB)。采用数值模拟理论分析与工业试验相结合的方法,对花瓣稳燃器与花瓣燃烧器的稳燃性能进行了详细的研究。建立了花瓣燃烧器煤粉燃烧的三维(360˙ )数学模型,数值模拟了花瓣稳燃器与花瓣燃烧器的流场、颗粒场、温度场和浓度场。对花瓣稳燃器与花瓣燃烧器的回流区进行了立体分析,计算了回流量、掺混系数等特性参数;研究了不同粒径煤粉颗粒的运动轨迹;分析了花瓣燃烧器温度分布和CO2、O2、NOx等浓度分布特点,研究了花瓣燃烧器的稳燃性能。花瓣燃烧器充分考虑了影响煤粉着火和燃烧的煤粉气流与高温烟气的迅速强烈混合问题:煤粉颗粒进入炉膛后即能进入回流区,而不会过早地向二次风扩散;煤粉气流与热烟气之间的热质交换不只是传统旋流燃烧器回流区边界剪切层上的微观湍流脉动,而是宏观的对流混合。花瓣稳燃器能在其背流面形成径向和轴向多种回流区,增大进入回流区的煤粉量,同时还在每个花瓣后面形成稳定的“值班火焰”,双面对煤粉颗粒加热,有利于低挥发分煤(贫煤和无烟煤)和低负荷运行时煤粉的着火与稳燃和降低NOx的排放。花瓣燃烧器在某厂210MW贫煤锅炉中已经过长时间试验,对低挥发分煤的适应性强,点火迅速,稳燃效果良好;从中心风管看火孔观看到,煤粉颗粒的漂流及循环现象。与以往燃烧器的稳燃机理完全不同,花瓣稳燃器的设计有意将部分煤粉引进燃烧器的中心回流区,并在那里着火燃烧。部分煤粉颗粒迅速进入中心回流区对低挥发分煤的着火和稳定燃烧有重要作用,也有利于煤粉的燃尽。工业试验结果表明该燃烧器具有良好的稳燃性能,能在55~100%负荷范围内稳定燃烧挥发分为Vdaf=12~18%的贫煤。花瓣稳燃器与花瓣燃烧器的提出,意在解决我国特有的低挥发分煤稳定燃烧问题,具有一定的理论意义与实用价值。并首次提出了“掺混系数”的概念,用以衡量煤粉与高温回流烟气之间掺混速度和掺混强度,拓展了稳燃原理,为旋流燃烧方式稳燃技术的发展提供了新的研究方向。