针对600MW超临界W型火焰煤粉锅炉的煤粉燃烧效率低、NOx排放量超标和水冷壁管超温等现象,拟通过数值模拟和实验研究,寻找能够提高煤粉燃烧效率、降低NOx排放的改进型燃烧器布置方案,并且通过对实际工程锅炉煤粉燃烧器的改造,及锅炉现场热态实验,验证了改进型燃烧器的良好的性能。通过对3种不同的燃烧器结构的炉膛内煤粉流动和燃烧进行数值模拟计算,获得不同结构燃烧器布置方式下炉膛内烟气和煤粉的速度和温度以及不同烟气成分的分布规律。数值模拟了不同燃烧器喷口布置方式下的炉膛的速度、温度和气体浓度分布规律。分析上、下炉膛温度、火焰中心位置;流场的对称性和充满度,以及炉内火焰是否偏转和偏烧程度。基于炉膛温度场分布,确定煤粉燃烧着火点位置。通过数值模拟,得到O2、NO和CO浓度气相组分分布情况。基于数值模拟结果与分析,确定最终的燃烧器布置方式和改造方案。锅炉改造后,对锅炉进行了冷态空气动力场试验,模拟锅炉实际运行时炉膛内烟气及空气的运动情况,了解炉内一、二、三次风以及OFA气流的刚性,炉内流场是否会发生偏转等情况,了解三次风对流场的作用,冷态实验结果与数值模拟计算结果相符,验证了改造方案数值模拟计算结果的正确性。锅炉改造后,对锅炉进行热态实验,评价锅炉改造后的安全性和经济性。锅炉热态实验主要包括下炉膛温度场测试,不同二、三次风挡板开度组合下斜坡段近壁区温度试验,三次风风量对过、再热器气温的影响试验,水冷壁壁温分布测量,制粉系统试验,灰渣可燃物、尾部烟气成分的测量等工作。热态实验结果表明采用改进型燃烧器后提前了煤粉颗粒的着火、减少了NOx的生成、保证炉膛内火焰充满程度。热态实验结果与数值模拟计算结果相一致,验证了改造方案数值模拟计算结果正确性。