我国的一次能源消费结构中,煤炭占有最大的份额,排放了大量的大气污染物,并显著提高了我国的二氧化碳排放强度。作为燃煤的替代,生物质越来越受到人们重视。生物质替代燃煤直接用于工业锅炉,是一种成本低、能效高的技术路径。本课题来源于一个校企联合研发项目—“稻壳直燃联产碳化稻壳”。针对一台型号为SZL10-1.25-AⅡ的燃煤蒸汽锅炉,以稻壳为燃料,研制了新的燃料与燃烧系统。由于碳化稻壳具有良好的经济价值,所以研制的稻壳燃烧系统,主要技术目标有两条：一是保证燃烧系统的燃烧功率(即保证锅炉出力),二是能够同时产出碳化稻壳(即含碳量较高的灰渣)。由于稻壳热值低,堆积密度小,系统采用稻壳悬浮热解技术,热解收缩后的焦炭沉降至火床上继续燃烧,提高了床层燃烧的稳定性的同时也显著地降低了床层的初始堆积厚度和飞灰份额。针对稻壳的特性,初选了三种不同的前拱拱型结构,同时研制了一种喷燃器与拱型相配合。借助Fluent流体仿真软件,对不同炉拱结构时炉膛内空气动力场进行模拟,模拟过程中考虑到了二次风的影响。通过对模拟结果的分析,优选出一种炉拱结构。优选出的炉拱结构,在炉膛内气流扰动的组织、气流炉内停留时间、气流对于飞灰的封锁作用等方面,均优于其他两种拱型结构。为了使锅炉能够稳定连续运行,设计了适合于稻壳的送料系统、烟风系统、除尘系统、监测控制系统。通过实炉运行工况的考核以及对灰渣样品的测试,结果表明：研制的稻壳锅炉燃烧系统,可以保证锅炉的设计出力,同时还具备了较强的灰渣含碳量的调节能力,可以根据需要生产出不同含碳量的碳化稻壳。锅炉的蒸发量可以在3t/h至11t/h之间任意调节,对应于30%至110%的额定负荷范围。灰渣含碳量可以在3%至43.4%之间任意调节,实现了稻壳直燃联产碳化稻壳的目标。