超临界CO2循环发电技术具有系统简单,结构紧凑和效率高等显著特点,但其作为一种全新的发电技术,目前无商业化运行的电站锅炉可参考,所以在超临界CO2锅炉的设计上遇到诸多困难和挑战。本文将S-CO2动力循环与电站锅炉燃烧技术相结合,设计了300MW S-CO2四角切圆燃煤锅炉,并对其进行了炉内燃烧和结渣以及尾部烟道换热管灰沉积的数值模拟分析。首先,进行了二次再热再压缩300MW超临界二氧化碳布雷顿循环系统的设计及关键参数的确定。基于发电参数,对炉膛采用垂直管屏分区布置的结构,并依据炉膛分区段传热方法进行了锅炉设计,确定了锅炉各关键部位的结构及尺寸。重点考察了炉膛分区布置对气冷壁和炉膛沿程温度分布以及工质压降的影响。研究表明:在设计负荷下,过热气冷壁为炉膛高度的0.71时,沿程烟气温度分布处于合理的范围之内,炉膛气冷壁温度具有较宽的安全裕度,并且设计成本相对较低;本设计机组的循环效率达到51.82%,相对于一次再热S-CO2机组提高了1.79%,较常规水蒸气锅炉超出约11%。随后,基于上述的300MW S-CO2燃煤锅炉,进行了炉内的燃烧和结渣的数值模拟,得到炉内烟气的速度分布、温度分布、各烟气成分浓度场的分布,并通过Fluent用户自定义功能编写的结渣模型对炉内结渣情况进行计算。研究表明:炉内烟气温度分布趋势与锅炉设计烟气分布一致;另外,炉内煤粉颗粒随湍流运动,与炉膛壁面发生碰撞的主要位置是冷灰斗、炉膛出口处以及靠近燃烧器喷口附近;受烟气温度和速度影响,炉内结渣位置主要集中在冷灰斗拐点和主燃区燃尽风喷口所在截面附近。最后,针对超临界二氧化碳锅炉尾部烟道换热管的灰沉积进行了数值模拟,研究了椭圆型管束在抗积灰方面的性能,结果表明:颗粒的撞击率随换热管的椭圆度增大而减小,而颗粒的沉积率呈现非线性规律,且当椭圆度为1.5D时,其沉积率最小;颗粒的撞击率随烟气流速和颗粒尺寸均增大而增大,而沉积率随之降低;随着椭圆型管束横向管间距的增大,颗粒的撞击率和沉积率均明显降低。另外,相比圆型换热管束,椭圆型换热管束具有更低的颗粒撞击率和沉积率。