氮氧化物(NO_x)是燃煤产生的主要大气污染物之一,也是形成雾霾等环境问题的重要因素。循环流化床锅炉低氧燃烧结合后补燃技术是一种高效的低NO_x燃烧技术,其特点是能够在保证燃烧效率的前提下,同时实现锅炉低NO_x排放,而后补燃风在循环流化床锅炉旋风分离器出口烟道内的掺混是该技术应用的关键。本文采用冷态模化试验、数值模拟以及工程验证相结合的方法,主要研究循环流化床锅炉负荷、后补燃风比例、后补燃风喷口数量及位置等因素对后补燃风掺混特性的影响,为优化循环流化床锅炉后补燃风系统设计提供依据。本文通过冷态模化方法以一台130t/h循环流化床锅炉为原型,对现有试验台进行改造,在旋风分离器出口烟道布置五层后补燃风喷嘴,系统地研究了不同试验台负荷、后补燃风比例、喷嘴位置及喷嘴数量条件下烟道内的气体速度分布特性。试验结果表明:旋风分离器出口烟道内气体速度呈“上高下低”分布,由于旋风分离器出口强旋流的作用,在烟道上方和下方分别形成两个回流区;后补燃风比例、喷嘴位置、喷嘴数量及试验台负荷的变化对上述速度分布特性并没有显著地影响;冷态试验获得的结果为确定数值计算的模型参数提供了重要依据。在冷态试验台数值模拟方面,通过采用结构化网格对冷态试验台几何模型进行划分,选用Realiblek-ε湍流模型进行计算,利用组分输运模型区分主气流和后补燃风,利用斯皮尔曼掺混相关系数来判定后补燃风掺混特性。数值计算结果表明:烟道内气流速度的数值计算结果与冷态试验结果吻合较好;后补燃风在烟道下方以及底部与主气流掺混时效果不理想;后补燃风在烟道的中下部以上喷入时,掺混相关系数沿烟道方向逐渐增大,并最终稳定在0.6左右,掺混效果良好;后补燃风喷嘴布置在烟道下部位置时,需适当减少喷嘴数量以增加射流动量比,后补燃风喷嘴布置在烟道上部位置时,需适当增加喷嘴数量以增加射流面积,进而强化后补燃风与主气流的掺混效果。后补燃风比例的增加可显著提升布置在烟道底部和上部喷嘴的掺混效果,但对于布置在烟道中部和中下部喷嘴的掺混效果则不明显。依据冷态试验及数值模拟的结果,优化了一台130t/h循环流化床锅炉后补燃系统的设计方案,并开展了实炉现场试验。现场试验结果表明:炉内低氧燃烧结合后补燃技术对于锅炉在燃用不同的煤种以及不同的锅炉负荷下,均能有效地降低锅炉NO_x的原始排放浓度。锅炉燃用内蒙混煤时,后补燃风系统可实现将锅炉NO_x原始排放浓度由287mg/m~3降至68mg/m~3。锅炉燃用山西混煤时,后补燃风系统可实现将锅炉原始NO_x排放浓度由186mg/m~3降至56mg/m~3。后补燃风系统的投入小幅度地增加了锅炉烟气中CO浓度和飞灰含碳量,但对于锅炉底渣含碳量的影响并不明显。本文通过冷态模化试验和数值模拟研究了后补燃风在旋风分离器出口烟道内的掺混问题,得到了后补燃风比例、喷嘴数量、喷嘴位置以及负荷对其掺混特性的影响,并将后补燃风优化设计方案成功应用在了实际循环流化床锅炉上,现场试验取得了预期的效果。本文研究成果为设计和优化循环流化床锅炉采用炉内低氧燃烧结合后补燃的低NO_x燃烧技术提供了重要依据。