由于我国动力煤种多变,锅炉燃烧所用的煤种与设计煤种存在的偏差以及用电峰谷导致锅炉需要调负荷等问题,会给锅炉的实际运行造成很大困难。煤粉燃烧器是对锅炉安全运行和经济效益起着非常重要的作用,如何开发一种能够实现煤粉的持续高效稳燃、低负荷调峰稳定、多煤种适应性和降低污染物排放的燃烧器是一个亟需解决的重大课题。本文在分析撞击预燃式煤粉燃烧器设计思想的基础上,探讨了这种燃烧器的特点,并通过冷态模化确定了燃烧器模型的结构参数。作者针对在实验系统中测得的撞击预燃式煤粉燃烧器的流动特性,采用数值模拟方法优化了燃烧器的结构。本文对撞击预燃室煤粉燃烧器进行了冷态模化计算,确定了原始模型的结构参数,包括出口直径、二次风进风的切向和轴向角度等。针对原始模型,作者研究了其流场分布特性。研究结果表明,撞击预燃室煤粉燃烧器的原始模型存在的飞边现象。为了优化该燃烧器的结构,作者在建立燃烧器的物理模型、数学模型、边界条件和收敛条件的基础上,采用Realizable k-ε双方程湍流模型对不同结构参数的撞击预燃室煤粉燃烧器的流场分布、浓度场分布和颗粒轨迹等进行了数值模拟。模拟计算结果表明,燃烧器出口直径、二次风进风的轴向和切向角度对燃烧器的性能有较大的影响。随着燃烧器直径的增加,撞击预燃室煤粉燃烧器的旋流强度增强,卷吸能力加强。当二次风进风切向角度变化时,旋流强度也发生相应的变化,随着切向角度的增加,旋流强度变大,但是切向角度的增大易引起飞边现象。二次风进风轴向角度对于撞击预燃室煤粉燃烧器旋流强度的影响较小,增大轴向角度,回流区变化不明显。数值模拟的优化结构表明,当燃烧器出口直径为320mm、二次风进风切向倾角度为5°、轴向倾角度为30°时,回流区、浓度场以及颗粒轨迹能够得到很好的匹配。此时,中心回流区和外部回流区的存在可以在燃烧器内部形成缺氧的还原性气氛,有效抑制NOx的生成,并且外部回流区能够很好的卷吸周围空间的高温烟气,维持火焰的稳定燃烧。作者还对对优化结构的浓度场进行了数值模拟。结果表明,当煤粉粒子随着一次风进入预燃室时,由于弯管的增浓作用使大部分粒子集中在弯管拐角处。煤粉颗粒进入预燃室以后由于挡板的阻滞作用,在挡板前端实现了煤粉增浓,使燃烧器点火容易,能够提供稳定的高温热源。