预燃室旋流燃烧器的燃烧特性与运行条件和操作参数密切相关，直接影响煤粉燃尽度和污染物排放，一直是工业锅炉系统关注研发的重点。为了探讨预燃室旋流燃烧器在低负荷运行下的燃烧特性及合理操作参数，以14 MW煤粉燃烧试验台架为基础，通过高温热电偶、烟气分析仪和高速摄像机对预燃室内的温度分布、组分体积分数分布及预燃室外的火焰形态进行测量，分析煤粉在预燃室内、外的燃烧过程，同时对其关键操作参数内外二次风量比进行优化。试验结果表明：低负荷运行下预燃室旋流燃烧器可实现煤粉稳定燃烧，同时预燃室内形成中心高温无氧强还原性气氛区域和边壁低温空气层，沿径向出现“风包火、火包粉”的燃烧状态，有利于抑制燃烧初期NOx生成和保障燃烧器低负荷长期稳定运行；预燃室外形成稳定性较高的湍流扩散火焰，较长火焰行程及火焰锋面强烈热质交换有利于煤粉后续在炉膛内燃尽，且预燃室出口可避免高温腐蚀；同时在内外二次风量比为1∶2的工况下无氧区域半径最大R=171 mm与其他工况差异较小，而平均温度峰值为1 122℃,强还原性气氛中平均CO体积分数峰值为13.713%,明显优于其他工况，以及火焰行程中火焰长度为4 473 mm优于其他工况，有利于进一步降低NOx含量和提高煤粉燃尽率，可作为预燃室旋流燃烧器在46%负荷、过量空气系数1.63,内二次风旋流数1.6运行条件下的最优工况。