沼气是一种可再生的清洁能源,具有原料来源广、热值较高和环境污染小等优点。沼气的这些优点使其能够成为替代品,为锅炉等提供燃料。锅炉在我国能源消费中占有很大的比例,而沼气作为锅炉燃料的应用在一定程度上能够缓解我国当前能源紧缺和环境污染严重的问题。但是,沼气的成分除了大量的CH₄之外,还有一定的CO₂和少量的H₂S等气体,它的燃烧特性不同于常规燃气。目前国内外学者对沼气燃烧方面的研究还比较少,而沼气燃烧器低氮燃烧在锅炉上的工程应用研究更是微乎其微。本文以某生物化工公司沼气锅炉燃烧系统供给项目为背景,对沼气燃烧器的燃烧情况做了研究,并对燃烧器的性能进行了优化和试验验证。首先,本文介绍了沼气锅炉的概况,针对锅炉的设计参数,结合分级燃烧技术和旋转射流技术,通过相关的燃烧计算、配套工艺流程和控制系统的设计,初步确定燃烧器的技术方案;接着利用FLUENT软件,采用数值模拟的方法,针对过量空气系数α和旋流叶片角度β这两个因素对燃烧器的性能进行了优化。通过模拟燃烧器在α为1.0、1.05、1.1和1.15,β为40°、50°和60°情况下炉膛内燃烧情况,分析和对比了不同工况下炉膛内速度场、温度场和NO_X含量等差异,从而确定了燃烧器在α为1.1、β为50°时为最佳参数。通过优化前后模拟结果的对比,发现优化后炉膛内平均温度降低50K左右,局部高温区减小,温度分布更加均匀,NO平均摩尔分数含量降低1.1×10^-5左右。最后,针对对优化后的燃烧器进行了热态试验。通过试验结果与模拟结果的对比,发现二者的吻合性比较好。在设计负荷50t/h下,锅炉NO的排放量仅为56mg/Nm³,远低于国家要求的100mg/Nm³。该研究可为今后沼气燃烧器的性能优化及工程应用提供一定的参考和指导。