生物质作为一种可再生的环保能源，其利用在世界范围内正起到越来越重要的作用。由于炉排炉适应性强，可以焚烧不同水分含量的燃料并且很少需要对燃料进行预处理，故炉排炉在生物质直燃获取热能和动力领域内是一种颇具竞争力的技术。在计算流体力学（CFD）软件PHOENICS和FLUENT平台上，分别模拟生物质炉排炉内炉排上燃烧及稀相空间的燃烧并进行耦合。计算中燃料层的燃烧采用一维非稳态模型获取从燃料层向稀相空间逸出的气体温度、速度和各成分浓度分布；稀相空间使用床层模型的输出作为边界条件进行稀相空间气相混合和燃烧的CFD数值模拟，包括飞灰颗粒在稀相空间的燃尽，提供稀相空间中火焰和壁面向燃料层的辐射热流密度。重复以上两个步骤直至前后两次计算之间逸出床层的可燃气体以及燃料层表面辐射热流密度的变化控制在允许范围内为止。在床层模拟中添加NOx前驱产物生成模块，获得沿床层方向生物质燃料层逸出气体中NO、HCN等NOx前驱产物浓度分布，并使用FLUENT自带的NOx后处理模块模拟了稀相空间中NOx前驱产物的转换，得出结论： NO生成的主要区域是在炉排前半部分燃料层表面；通过空气分级技术合理布置富氧和贫氧区域，抑制HCN氧化为NO，促进其还原NO生成N2；可以最大限度的减少NO排放。在生物质炉排炉耦合数值模拟模型的基础上，进行一25MW生物质水冷往复炉排炉膛几何结构设计及配风设计，研究炉膛几何结构及配风对生物质炉排炉燃烧特性的影响，得到了炉膛内温度、速度、烟气成分分布。数值模拟结果表明：动量合成法设计的炉膛不适合生物质锅炉；生物质锅炉宜采用较高、较短的后拱；后拱倾角在40°到50°之间变化时，对炉内生物质燃烧的影响不大；后拱二次风下倾角度取20°时，下炉膛火焰中心位置适中；后拱下方回旋区域较大，延长可燃气体和飞灰行程，形成稳定的高温燃烧区，促进飞灰和底灰残炭的燃尽；还可以形成较大范围的贫氧区，降低NO排放。采用先进的燃尽风布置方式如“双旋流”布置，有助于提高上部炉膛火焰充满度，均匀屏区和炉膛出口的烟气温度；下部炉膛增设循环风有助于降低下部炉膛的温度水平，延缓下部炉膛尤其是喉口处的结渣；改善烟气的混合，促进可燃物的燃尽。再循环百分数在合理范围内的再循环烟气还可以降低NO排放。循环风通入位置对锅炉燃烧工况有重要作用，因后拱二次风通入的地方正是水冷壁热负荷较大的区域，所以循环风布置在此处有助于降低此处的结渣，保护后拱二次风喷口。本文还采用不同入炉燃料后对炉排炉内燃烧进行耦合模拟，得到的结论是：燃料中灰分和水分的变化会对锅炉内燃烧工况产生影响，所设计炉膛对燃料变化具有一定的适应性。