中国的煤炭资源丰富,在世界煤炭资源总存储量排第三位,因此我国每年煤炭开采量巨大。在煤炭开采过程中,会产生大量的煤层气,其中甲烷含量巨大,但是大部分的甲烷浓度较低,无法直接利用,只能排向空气。这不仅是资源的浪费,对环境破坏也巨大。并且甲烷的温室效应是二氧化碳的23倍,对于臭氧层的破坏效果更是二氧化碳的7倍。中国在2020年提出了2030年的“碳达峰”与2060年“碳中和”目标,因此解决低浓度矿井瓦斯的问题迫在眉睫。本文以某600MW机组直流锅炉作为研究对象,将矿井乏风通入燃煤锅炉,利用数值模拟的方法对掺烧后的燃烧特性进行研究分析。采用SOLIDWORKS对研究对象进行建模,利用ANSYS中的ICEM对研究对象进行网格划分,综合考虑锅炉传热、传质特性,建立相应的数学模型,经过FLUENT进行数值模拟获得各种情况下的速度、温度、组分以及氮氧化物等的分布,最终利用DESIGN-EXPERT软件确定最佳配伍参数。以BMCR工况作为基本工况,分析该工况下的燃烧特性。对锅炉原始工况进行数值模拟研究,计算出炉膛出口截面的平均温度和平均氧气体积分数与实际测量结果对比的误差在8%以内,该模型能真实地模拟炉膛内的运行过程。本文分别研究了乏风中甲烷浓度、乏风四种不同的进入方式、燃尽风的风率对燃烧特性产生的影响以及掺入乏风的贫燃极限和混烧的最佳配伍参数。结果表明,随着乏风中甲烷浓度的增加,主燃烧区域的平均温度增加,最大增幅为102K左右;主燃烧区域的炉膛截面氧气体积分数降低,一氧化碳体积分数反而升高;将乏风加入锅炉进风口燃烧可以有效地减少NOx的排放,燃尽风处NO排放量从974.8 mg/m~3降低至436.3 mg/m~3,降低幅度达到55.24%。当乏风中甲烷浓度为0.75%时,四种进入方式下的燃烧情况均会使炉膛温度上升对燃烧产生积极作用、使得氧气体积分数减少且相较于未通入乏风消耗的氧气明显增加、一氧化碳体积分数增加因为存在不完全燃烧、一氧化氮排放减少因为还原性氛围增强且甲烷的增加会将一氧化氮反应转化。当燃尽风的比例由20%上升至35%时,燃烧器区域内温度分布整体趋势相同,但是燃尽风风率越大燃烧器区域温度分布越均匀,燃烧器区域内的氧气浓度越低,致使煤粉不完全燃烧,增加一氧化碳的浓度;同时增加燃尽风风率,可以减少一氧化氮的排放。研究掺入乏风的贫燃极限时,当乏风中甲烷浓度低于0.01%时,乏风对燃烧产生的热量贡献较低、二氧化碳排放量也几乎没有变化;浓度低于0.00025%时,对于一氧化氮的生成影响均较小且明显减少一氧化氮的排放,所以综合考虑通入锅炉乏风的浓度不应低于0.01%。通过Design Expert建立并优化了锅炉燃烧与各个试验因素(乏风中甲烷浓度、燃尽风风率以及锅炉负荷)之间的二次方模型,分析了单因素以及多因素二阶交互作用项对各响应值的显著程度,其中单因素中燃尽风风率对温度的影响最大,锅炉负荷对NO生成影响最大,交互作用下燃尽风风率与锅炉负荷对温度的影响和对NO浓度的影响均最显著;得到的最佳试验条件为:当乏风中甲烷浓度0.25%、燃尽风风率33.51%、锅炉负荷564.11MW,此条件下的温度响应值为1691.41、NO浓度响应值为0.00031589,预测值与实测值吻合度较好。