当今世界环境问题日益严重,采用垃圾焚烧锅炉,将垃圾在锅炉内焚烧,利用焚烧的热量产生蒸汽,用于供热和发电,是解决垃圾问题的有效途径。本课题以造纸垃圾焚烧锅炉的节能、环保为目标,旨在对造纸废弃物的热力学特性进行系统性研究,通过数值模拟及最优化方法找出合适的炉拱结构形状,合理地布置前拱,从而达到强化传热,提高传热效果,改进炉内燃烧状况的目的。首先,本文针对SZL10-1.25-MJ造纸垃圾焚烧锅炉,结合其燃料的特性,对垃圾的燃烧特性以及层燃炉中垃圾的焚烧过程进行分析;给出一套完整的垃圾锅炉炉内传热数学模型,并分别详细阐述了湍流流动模型、双方程模型、辐射传热模型、离散相模型及标准壁面函数的原理及计算公式;借助于Fluent软件平台对炉膛内的温度场、速度场、组分浓度场及炉膛出口的温度分布、速度分布、组分浓度分布等进行数值模拟,分别从定性和定量的角度与实际情况进行了比较,得到了较满意的结果;模拟结果与国内外的很多研究能较好符合。其次,通过对炉内换热模型的简化,以前拱的长度l和高度h为变量,建立了入炉燃料初始阶段吸热量的最优化模型,利用最优化软件LINGO8.0对SZL10-1.25-MJ造纸垃圾焚烧锅炉前拱进行了改进,使前拱的长度增加了0.2m,高度增加了0.3m,通过对比分析了优化前后的炉膛温度场、速度场、炉膛出口含氧量以及可燃性气体的浓度分布,得出了优化后炉内的燃烧状况要好于优化前的结论。这说明本文的优化设计是成功的,进行数值模拟的方法是可靠的,计算结果是正确的。