垃圾焚烧法因具有减量化、无害化和资源化的突出特点，逐渐成为城市生活垃圾无害化处理的主流方式。近年来，垃圾焚烧处理在我国呈现出迅猛增长的势头，新建垃圾焚烧发电厂呈现出单机处理量大型化和污染控制严格化两大特点。焚烧处理方式在国内的迅速推广，需要相应的理论和技术作为支撑，对垃圾焚烧炉的燃烧传热预测、优化运行和设计，以及烟气排放特性的研究，可为垃圾焚烧发电厂的安全稳定运行提供有力的指导和帮助，对于开发城市生活垃圾焚烧厂国产化设备也具有重要的意义。CFD技术具有成本低、高效省时、免搭建试验台的特点，在工程上被广泛用于模拟预测、设备设计和故障处理。本文运用CFD技术对某大型城市生活垃圾焚烧炉进行燃烧传热模拟研究，并结合MCR工况模拟结果，通过调节部分运行参数和改变炉体局部结构，对垃圾焚烧炉进行运行优化和结构优化设计研究；其次，对在垃圾焚烧炉中掺烧污泥的可能性进行研究，分析掺烧污泥后对垃圾焚烧炉稳定运行的影响；最后，对典型城市生活垃圾进行管式炉燃烧实验，研究分析典型城市生活垃圾在不同温度、不同气氛下的烟气排放特性。结合床层计算软件FLIC和商业CFD软件Fluent对垃圾焚烧炉内的燃烧传热过程进行数值模拟，结果较好地预测了垃圾焚烧炉内的温度场、速度场、烟气各组分浓度和烟气停留时间等重要信息。通过对垃圾焚烧炉的运行优化研究可知，相比MCR工况下的参数设定，适当降低PA：（SA+OFA）风量比，或者稍微提高OFA-1：OFA-2风量比，或者稍微降低总空气过量系数，均可获得更好的燃烧传热效果，而一次风室风量配比、SA：OFA风量比和SA-1：SA-2风量比采用原设计值的效果最佳。OFA喷嘴采用两层双旋式排布方式，喷嘴角度取为α₁=40°和α₂=35°，对第一烟道内的烟气组织效果综合最佳；相比改变SA喷嘴位置和喷嘴管径大小，保持原SA喷嘴布置方式，炉内烟气的混合和燃烧效果最佳。掺烧污泥模拟研究验证了在垃圾焚烧炉内掺烧污泥的可能性，研究发现在垃圾焚烧炉中直接掺烧湿污泥会明显推迟燃料的燃烧过程，可掺烧比例较小；而掺烧含水率较低的半干化污泥，仅会稍微推迟燃料的着火点和热解开始点，并缩短热解段和提前焦炭燃烧段，对稳定燃烧影响较小，可掺烧比例较大。垃圾燃烧过程中NO_x的排放主要来源于燃烧过程中挥发分N和焦炭N氧化反应形成的燃料型NO_x。随着炉膛温度的升高，垃圾热解开始时间逐渐前移，烟气中可燃气体浓度随着燃烧速率的迅速提高而相应下降，NO_x的排放量呈现出先增大后减小的规律。在垃圾焚烧炉正常运行的炉膛温度下，CO₂/O₂气氛由于没有快速型NO_x和热力型NO_x生成，NO_x的还原反应速率较为剧烈，较N₂/O₂气氛更适合于控制NO_x的排放。