我国新疆准格尔区域储藏有巨量高碱煤,专家预测总储量达4000亿吨。高碱煤灰分低、燃烧性能良好、挥发性高、碱金属含量高这就导致在燃烧过程中锅炉炉膛内壁容易出现结渣等严重问题,受热面容易沾污从而导致过热器超温运行等严重问题。旋风液态排渣锅炉具有旋风炉和液态排渣锅炉的双重优良特点,使用高碱煤为燃料可达到高效利用的目的,但其NOx排放量较大,严重破坏环境以致高碱煤无法得到真正的有效利用。低氮燃烧技术可有效降低NOx的生成量,论文为揭示深度空气分级对旋风液态排渣锅炉燃烧特性以及NOx释放特性的影响规律,数值模拟研究了过量空气系数、燃尽风率、以及燃尽风配比对炉内燃烧特性以及NOx释放的影响,得到了炉内燃烧特性以及不同因素对炉膛出口NOx释放影响的规律,经综合分析评价得到了最佳空气分级低NOx技术方案。旋风液态排渣锅炉燃烧特性研究。建立了真实旋风液态排渣锅炉三维几何模型,数值研究了锅炉炉内的空气场、温度场、组分场以及NOx浓度分布规律特性。结果表明:旋风液态排渣锅炉结构设计较为合理,其内气流充满度高,炉内燃烧状况较稳定,。燃烧器和燃尽室内的温度高于煤粉流化温度,可保证煤粉燃烧后形成液态灰渣防止炉膛内壁结渣。旋风燃烧器双排逆向布置的方式使主燃烧区内出现了大范围气流回流区,提高了煤粉与空气之间的混合效果,加强了高碱煤煤粉燃烧效率。旋风燃烧器出口区域温度分布均匀,锅炉内燃尽室上部区域温度最高可达1900 K。燃尽风分三级布置的方法可以有效控制炉内不同区域温度,减小燃烧过程中NOx产物的生成量,基础工况下炉膛出口NOx浓度为450 mg/m~3。不同过量空气系数对锅炉炉内燃烧特性影响研究。数值模拟结果表明:过量空气系数增大导致锅炉整体平均温度稍许升高,过量空气系数从1.1上升至1.3炉膛出口温度仅升高100k。锅炉炉内整体平均速度随过量空气系数增大而增大,炉内整体O2质量分数随过量空气系数增大而增大,炉内整体CO质量分数、CO2质量分数分别随过量空气系数增大减小、增大,炉内整体NOx浓度随过量空气系数增大而增大,当a=1.1时炉膛出口NOx浓度为340mg/m~3,a=1.3时炉膛出口NOx浓度为490mg/m~3,说明降低锅炉过量空气系数可有效降低炉膛出口NOx浓度,综合考虑高碱煤煤粉的燃烧效率以及锅炉总效率选取a=1.2工况为最佳。不同燃尽风率对锅炉炉内燃烧特性影响研究。数值模拟研究了不同燃尽风率对旋风液态排渣锅炉燃烧特性影响,结果表明:提高燃尽风率对锅炉整体温度影响不大,燃尽风率从5%提高至25%时,炉膛出口温度增加50k左右。虽炉内整体O2质量分数随燃尽风率增大而增大,但炉膛出口处O2质量分数均为零。炉内整体CO2质量分数随燃尽风率增大而减小。炉内整体NOx浓度随燃尽风率增大而减小,燃尽风率为5%工况下炉膛出口NOx浓度为500 mg/m~3,燃尽风率为25%工况下炉膛出口NOx浓度为350 mg/m~3,说明提高旋风液态排渣锅炉的燃尽风率可有效降低炉膛出口处NOx气体的浓度,综合考虑高碱煤煤粉的燃烧效率以及锅炉总效率选取燃尽风率为15%工况为最佳。不同燃尽风配比对旋风液态排渣锅炉炉内燃烧特性影响研究。数值模拟研究了不同燃尽风配比对旋风液态排渣锅炉燃烧特性影响,结果表明:燃尽风配对炉内整体平均速度影响较小,当燃尽风I逐渐增大、燃尽风II、III逐渐减小时,炉内整体温度变化不大,炉膛出口温度变小,炉内整体CO2质量分数逐渐增大,炉膛出口CO2质量分数变大,炉内整体NOx浓度逐渐减小,燃尽风I、II、III配比1:3:2时炉膛出口NOx浓度为320 mg/m~3,燃尽风I、II、III配比3:2:1时炉膛出口NOx浓度为450mg/m~3,综合考虑高碱煤煤粉的燃烧效率以及炉膛出口NOx浓度选取燃尽风I、II、III配比3:2:1工况为最佳方案。研究深度空气分级对旋风液态排渣锅炉燃烧特性影响规律对揭示锅炉燃烧规律,优化系统参数,以及降低NOx排放具有重大意义。研究结果能对在役发电机组运行提供理论支撑:研究结果可以为有效控制氮氧化物排放以及推动高碱煤的高效利用,减小对环境破坏,为旋风液态排渣锅炉运行经济性、炉内燃烧稳定性提供理论依据。