随着我国电力事业的高速发展,火电厂污染物排放问题日益严重。NOx是煤燃烧过程所产生的主要污染物之一,对人类生存环境造成了严重的危害, NOx排放控制技术的研究与应用越来越得到重视。研究与开发能够适应贫煤/无烟煤等难燃煤种特性并能实现低NOx排放的旋流燃烧器技术,对于大型火电机组安全运行及NOx控制具有重要意义。论文首先总结了目前主要的NOx排放控制技术,在对NOx的生成机理以及主要旋流燃烧器发展情况概述的基础上,分析了旋流燃烧器性能的影响因素,为低NOx旋流燃烧器理论研究与结构优化提供依据。论文在冷态模拟原理与方法的基础上,针对一款低NOx旋流燃烧器开展了冷态模型实验。通过改变燃烧器中心钝体尺寸、风管出口扩展角度等,研究不同结构参数对燃烧器出口流场的影响,并得出有利于控制和降低NOx排放的优化的结构参数。然后,分别采用标准k -ε模型,RNGk -ε模型,Realizable k-ε模型三种湍流模型,对燃烧器出口的冷态流场进行了模拟。通过数值模拟与实验结果对比,得出Realizable k -ε模型最为合理的结论。利用该模型对不同的二次风扩口角度下燃烧器的流场进行冷态模拟,进一步验证了冷态实验结果。本文在冷态实验与冷态模拟的基础上,对旋流燃烧器的结构进行了改进,并且对新型燃烧器进行了冷态模拟研究,详细分析了不同的二次风配风对燃烧器的空气动力场的影响。最后,对改进后的旋流燃烧器进行了单角炉热态实验,通过分析不同配风工况下NO炉膛内的沿程分布,研究燃烧器NOx的控制效果。通过热态数值模拟计算,分析炉内温度分布和NOx分布情况,验证热态实验结果。