我国的能源结构以煤为主,每年消耗的煤中约一半用于燃烧发电。燃烧器是煤粉燃烧的关键设备,合理设计的燃烧器不仅能够保证煤粉的及时着火、降低能耗还能减少污染物的排放。近十多年来,煤粉燃烧所带来的环境污染问题严重阻碍了人们生活水平的提高。为此政府部门制定了越来越严格的控制污染物排放的标准,很多燃煤电厂在锅炉上应用了先进的低N()x旋流燃烧器。由于我国电站锅炉用煤存在煤质差且煤种多变等特点,许多应用了低NOx旋流燃烧器的锅炉会出现飞灰含碳量高、燃烧器喷口结焦、侧墙水冷壁高温腐蚀等问题。为了解决上述问题,在吸收国外先进降低氮氧化物排放理念的基础上设计出适应我国煤质特点的旋流燃烧器是十分必要的。本文首先采用激光多普勒测速仪(PDA)对一款HT-NR3型低NOx旋流燃烧器的气固两相流动特点进行了实验测量。该旋流燃烧器流场结构从内向外依次为一次风、环形回流区和二次风。增大外二次风扩口角度能增强空气分级的深度,有利于减少NOx的排放,但当外二次风扩口角度为60°时,二次风出现了“飞边”的现象。然后采用DEM-CFD方法研究了其一次风管道结构对煤粉气流的浓淡分离作用。小颗粒具有较好的跟随特性,它们的分布特点基本不受一次风管道结构的影响。一次风管道能够将St大于1的颗粒浓缩在一个较窄的带状区域,形成一种燃料浓淡分级的气粉结构。优化设计了一种新型的低NOx煤粉旋流燃烧器,用数值模拟和实验的方法研究了该旋流燃烧器的火焰形状、结构和低氮性能等特点。从新型旋流燃烧器一次风管中喷出的颗粒能穿入回流区很长的距离,并通过回流区扩散到二次风区域,这种气粉结构能够形成一个大的还原性气氛区,有利于降低NOx的排放。该旋流燃烧器成功应用于一台600MW的电站锅炉,能将炉膛出口氮氧化物浓度控制在300 mg/Nm3以内。该低NOx燃烧器火焰的扩展角约为600,火焰的直径先增大,最大约1.25米,随后火焰直径变小,在距离喷口约1.6米处火焰直径达到最小值。该燃烧器火焰从内到外依次可分为一次风区域、回流区、高温火焰区和二次风区。回流区存在于一次风区域和高温火焰区之间,进一步延迟了二次风与一次风的混合,加深了空气分级的程度,增大了还原区域的范围,能起到抑制氮氧化物生成的作用。燃烧器火焰的图像能够代表燃烧器的燃烧状态,炉膛内燃烧器火焰的亮度和温度随标高的变化特征是先升高后降低,在第三层燃烧器标高处达到最大值。基于分级点火的理念,在FW旋风分离燃烧器的基础上开发出一款微油点火旋风分离燃烧器,微油点火旋风分离燃烧器在富燃管道中所采用的两级燃烧室结构,能够用少量的油点燃第一级燃烧室内的煤粉颗粒,然后利用已经着火的煤粉所释放的热量在第二级燃烧室内点燃更多的煤粉颗粒,从而使油的消耗量会大幅度降低。该徽油点火燃烧器在某300MWW火焰锅炉上的应用能减少70%的燃油消耗。最后本文研究了一台配备了HT-NR3型旋流燃烧器的600MW锅炉的高温腐蚀情况。该锅炉水冷壁高温腐蚀区域主要分布在侧墙中心区域,腐蚀产物主要为铁的硫化物。该锅炉的HT-NR3型旋流燃烧器采用了火焰内脱除NOx的理念,其火焰短粗且扩展角较大,靠近侧墙的旋流燃烧器的火焰冲刷侧墙水冷壁的可能性增大。此外该锅炉将20%的二次风量作为燃尽风从主燃区上方喷入炉膛,使得燃烧器区域的火焰处于缺氧燃烧的状态,形成还原性气氛,这种气氛有利于FeS的形成。当靠近侧墙的燃烧器的还原性火焰冲刷侧墙时,会使火焰中未燃尽的燃料和FeS在侧墙水冷壁的沉积。未燃尽的燃料和FeS会引发水冷壁高温腐蚀。