志承與您分享對(duì)于燃燒器的再認(rèn)識(shí)

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（1）燃燒器與射流

射流與管內(nèi)流動(dòng)不同，其脫離了管口，不受管壁的影響和限制，并且與周圍的氣體接觸和混合。窯頭主燃燒器與二次風(fēng)的接觸和混合直接影響燃燒效率。

射流有層流和湍流兩種狀態(tài)，窯頭燃燒器屬于湍流射流。

射流分自由射流與受限射流，由于燃燒器噴出后受到回轉(zhuǎn)窯窯壁的限制，因此屬于受限射流。

自由射流的形成與特點(diǎn)：氣體噴出后，不僅沿軸向向前運(yùn)動(dòng)，由于與周圍氣體速度差的存在，還發(fā)生橫向運(yùn)動(dòng)，使得噴出氣體與周圍氣體不斷地互相摻混，進(jìn)行質(zhì)量和動(dòng)量交換，從而帶動(dòng)周圍氣體一起向前運(yùn)動(dòng)。

因此，射流在向前流動(dòng)過(guò)程中，其流量和橫截面積不斷增大，流速逐漸降低，形成向周圍擴(kuò)散的錐形體的流動(dòng)，然后射流在周圍氣體中消失（淹沒(méi)）。

關(guān)于自由射流的具體參數(shù)，包括極角、射流半徑、軸心速度、體積流量、平均速度、質(zhì)量平均速度等，在這里就不進(jìn)行介紹。大家可以學(xué)習(xí)《硅酸鹽工業(yè)熱工基礎(chǔ)》。

（2）特殊的射流：同心射流的混合

之所以單獨(dú)說(shuō)同心射流，因?yàn)槠涓咏c現(xiàn)有的燃燒器（除了沒(méi)有考慮旋流風(fēng)、中心風(fēng)）。同心射流指的是一股氣體從中心管噴出，另外一股氣體從周圍噴出。對(duì)于水泥窯燃燒器來(lái)說(shuō)，煤風(fēng)攜帶煤粉從中心噴出，軸流風(fēng)從環(huán)隙噴出，高速的軸流風(fēng)卷吸高溫二次風(fēng)，同時(shí)軸流風(fēng)與煤風(fēng)由于速度差的存在，也會(huì)發(fā)生混合，這對(duì)于煤粉的快速燃燒有重要作用。

這里暫且不考慮軸流風(fēng)對(duì)二次風(fēng)的卷吸作用，僅考慮軸流風(fēng)卷吸二次風(fēng)后與中心風(fēng)的同心射流。

同心射流混合的速度與外層氣流速度（w）與中心氣流速度（w0）之比、中心管徑和外層氣流厚度、兩股氣流的交角等。

重點(diǎn)說(shuō)下外層氣流速度（即軸流風(fēng)速度）與中心氣流速度（即煤風(fēng)速度）之比的影響。兩者之比對(duì)兩股氣流在射流軸線上的混合速度影響如下圖所示。可以看出，當(dāng)w/w0增加時(shí)，中心軸線上的濃度降低較快，這說(shuō)明混合速度在加快。

其原因是，如果煤風(fēng)速度加快了，使卷吸二次風(fēng)后的軸流風(fēng)不易深入到煤風(fēng)中去；如果軸流風(fēng)速度加快了，使氣體質(zhì)點(diǎn)的湍流擴(kuò)散速度加快，軸流風(fēng)更容易深入到中心流中去，有利于氣流的混合。

需要指出的是，一般情況下煤風(fēng)速度固定，如果提高軸流風(fēng)速度，這雖然有助于湍流擴(kuò)散加快，促進(jìn)混合，但同時(shí)使得氣流射程增大，不利于軸流風(fēng)與煤風(fēng)在一定距離內(nèi)的混合。因此，軸流風(fēng)速度增加后，對(duì)于火焰長(zhǎng)度的影響是復(fù)雜的，有可能因?yàn)榇龠M(jìn)湍流和混合而縮短火焰，也有可能因?yàn)樯涑淘龃蠖够鹧嫜娱L(zhǎng)。

（3）特殊的射流：旋轉(zhuǎn)射流

旋流風(fēng)的存在使得燃燒器射流屬于旋轉(zhuǎn)射流。顧名思義，旋轉(zhuǎn)射流除了在軸向、徑向上具有速度外，在周向（切向）上也存在速度，從而促使氣流旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)射流在同心射流的基礎(chǔ)上，由于旋轉(zhuǎn)作用的存在，紊流強(qiáng)度增加了很多，同時(shí)擴(kuò)展角增大到了90-120°，使得其外表面積增大，從而增強(qiáng)了氣體與燃料的混合效果，促進(jìn)了燃料的快速燃燒，并縮短了射程，即后火焰長(zhǎng)度。

這里說(shuō)下旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度Ω。旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度是評(píng)價(jià)旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度的符號(hào)，也稱為旋流度，定義為：

Ω=L0/（K0×d/4）

其中，L0是旋轉(zhuǎn)設(shè)備出口角動(dòng)量的軸向通量（可以理解為切向推力）；K0是旋流設(shè)備出口軸向推力；d是旋轉(zhuǎn)設(shè)備噴出口的直徑（這里旋轉(zhuǎn)設(shè)備指的就是燃燒器）。具體的計(jì)算過(guò)程這里不再闡述，可以參考清華大學(xué)吳學(xué)增等《旋轉(zhuǎn)射流的特點(diǎn)、旋流強(qiáng)度的計(jì)算及在燃燒器上的應(yīng)用》(http://www.doc88.com/p-0713571515190.html)，及江旭昌《多風(fēng)道煤粉燃燒器旋流數(shù)的分析與計(jì)算》，水泥，2014（9）。

旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度越大，旋轉(zhuǎn)射流切向速度越大，回流區(qū)也越大，射流擴(kuò)散角也越大，射流的射程越短。也就是說(shuō)，旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度越大，火焰越粗，同時(shí)越短。

需要指出的是，當(dāng)忽略燃燒器出口處與外界的靜壓差時(shí)，所得的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度稱為旋流數(shù)。而大量實(shí)踐證明，此時(shí)的誤差不會(huì)很大。旋流數(shù)可以直接根據(jù)燃燒器的形式和結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行求解。同時(shí)，對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的燃燒器，即使其旋流數(shù)相同，出口速度場(chǎng)的特性仍可能有較大的差異。