我国每年产生的焦粉约1亿吨,目前尚无有效大量资源化利用的技术,焦粉大量堆积,不仅占用大量的土地资源,产生扬尘污染环境,而且造成巨大的资源浪费。燃烧处理是解决焦粉巨大存量和增量的有效手段之一,本文探索将破碎至5mm以下的焦粉在卧式轴向进料旋风炉中充分燃烧,利用高温烟气为冶金焦化企业提供热源,可以实现焦粉的“减量化、无害化、资源化”利用。本文基于CFD技术进行了燃焦粉卧式轴向进料旋风炉的设计以及低NOx燃烧的优化设计。首先,本文对焦粉进行元素分析、工业分析、灰成分和灰渣特性的分析,通过焦粉的可熔性指数K=0.4,流动性指数R=19可知焦粉燃烧后的灰渣易熔流动性良好,满足液态排渣的要求。根据焦粉燃料特性和实际要求设计了处理量为120t/d的燃焦粉卧式轴向进料旋风炉。对旋风室直径、长度、后环室尺寸、前顶盖锥角、一二次风口风量、一二次出渣口、着火段高度等结构参数设计并指出了选取原则。为减少NOx的排放,分析采用烟气再循环技术,并计算循环烟气量。针对焦粉燃料的特点,介绍了卧式轴向进料旋风炉二次室的结构参数选取原则。其次,进行CFD模拟方法介绍,结合旋风炉内换热过程和湍流流动特点,重点总结了模拟过程中采用的数学模型、物理模型和离散方法。利用FLUENT验证了粒径5mm以下焦粉在卧式轴向进料旋风炉中燃烧的可行性,并分析结构和运行参数对焦粉旋风燃烧的影响。研究发现随着长度增加,旋风室出口组分浓度趋于均匀;随着直径增加焦粉在旋风室中部停留时间变短;后环室尺寸决定炉内湍流强度分布;出口压力对焦粉运动轨迹影响不大;二次风速越大炉内总压差越大,风机电耗增大;喷入焦粉后流场速度下降,平均湍流强大增大。最后,针对旋风炉燃烧过程中NOx排放高的缺点进行优化设计,采用烟气再循环和富氧燃烧低NOx燃烧技术,模拟分析不同循环倍率和氧气浓度对流动特性、燃烧特性、组分特性、NOx排放的影响。结果表明氧气浓度30%和再循环倍率0.3时能有效降低NOx排放。