高炉煤气由于其热值低,导致利用难度较大。当脉石在循环流化床中混合或直接用于蒸汽锅炉时,通常使用常规燃烧器,这会使得高炉煤气燃烧不稳定,并且由于燃烧效率低致使火焰穿透力不足;此外,还可能会发生一系列问题,例如污染物排放量大和燃烧器运行不稳定。因此,开展适合高炉煤气燃烧的燃烧器研究和开发具有非常重要的工业应用价值和学术意义。根据高炉煤气的特性,通过对比分析DC燃烧器和旋流式燃烧器的优缺点,设计了适合于高炉煤气燃烧的一种新型燃烧器。依据燃烧器相关设计理论,对燃烧器关键零部件进行了设计,并使用流体数值模拟软件对燃烧器结构进行了优化。为提高燃烧的稳定性,论文还设计了一种能够稳定火焰的圆盘,称之为稳焰盘。论文分析了旋流叶片倾角和叶片数量对燃烧器燃烧性能的影响,并计算出了旋流叶片的最佳倾斜角度和空气旋流叶片的最优数量,并进一步分析和比较了改进前后两种燃烧器的优缺点。为研究所设计燃烧器的火焰特性和燃烧性能,论文基于流体分析软件Fluent对燃烧器行了三维数值模拟。模型采用通用有限速度模型,可行的k-ε湍流模型和P-1辐射传热模型。论文分析了稳焰盘以及不同的旋流叶片倾角、旋流叶片数目对流场以及温度场的影响,最终结果表明:在无稳焰盘的情况下,燃烧器火焰会产生脱火现象。当空气通道中旋流片倾斜角度为45度、叶片数目为50片时,不仅有利于燃烧器喷口位置的保护,火焰还具有非常高的喷射强度。另外,优化后的燃烧器还提高了气体的旋流强度,这不仅确保了喷嘴出口处的气体与助燃空气得到充分混合,还保证了气体的稳定燃烧和燃尽,达到了CO质量分数沿着中心轴迅速降低的目的,同时使燃烧相对完成较好。经过优化设计,新型燃烧器的温度上升快于原燃烧器,且沿中心轴快速升高,峰值温度更接近喷嘴,燃烧稳定效果优于优化前燃烧器。