随着化石能源的日益消耗,寻求清洁可再生能源已迫在眉睫。我国是农业大国,可利用生物质废弃物众多,生物质能将成为我国未来可再生能源发展的重要方向。生物质炉排炉燃烧是生物质燃料高效利用的重要手段,然而由于生物质燃料高挥发分含量、高含水率等特点,在实际应用中会出现燃烧效率低,炉膛内配风不合理以及出口氮氧化物排放高等问题。因此,对生物质炉排炉内流动与燃烧特性的研究具有重要意义。本文基于计算流体力学方法,耦合离散单元法与反应动力学,对生物质颗粒炉排炉燃烧开展数值模拟,获得了炉排上详细的气流流场、组分场和温度场分布以及炉排上颗粒运动特性、颗粒组分、温度变化特性。研究结果表明,本文建立的计算模型能够很好地预测出炉排上不同区域组分的连续分布,与经验模型预测相比,能够更真实地得到炉排上的流动和反应特性。研究发现,炉排上颗粒的含水量、温度和密度在干燥区与燃烧区交界处会存在明显的断层现象;通过对颗粒信息随时间的变化以及与空间位置的相关性进行统计,发现颗粒密度与颗粒位置相关性可以较好的呈现出玻尔兹曼曲线分布。基于三维CFD生物质锅炉模型,通过耦合炉排上方气体流场、组分场和温度场,本文对炉排炉上方的炉膛空间内流动与燃烧特性进一步开展数值模拟,并对炉膛内气体温度、速度、组分分布和NO_x的分布展开了分析。研究发现,一氧化碳等可燃组分的燃烧和NO_x的生成都主要集中于炉拱区域内,少量可燃组分与燃尽风提供的氧气充分燃烧。炉膛内会出现两个明显的旋涡区域,增强了炉拱区域内气流的扰动,有利于温度的均匀分布,且延长了高温烟气在炉膛空间内的停留时间。此外,进一步讨论了后拱倾角对炉内燃烧和NO_x生成特性的影响,结果表明,适当增大后拱倾角,能够使得生物质可燃气体在炉膛空间内的分布更加均匀,燃烧更加充分,炉膛出口的NO_x排放最低可达340 ppm;比较了燃尽风布置方式的影响,发现与传统布置方式相比,前后墙交错和平行布置的燃尽风均可降低炉膛内氧气浓度,从而降低NO_x浓度,燃尽风喷口交错布置时,NO_x浓度最低,可达287ppm。