1、 前言  
　　燃燒器是水泥生產(chǎn)中非常重要的熱工設(shè)備，目前水泥回轉(zhuǎn)窯所使用的燃燒器主要有三通道、四通道等燃燒器；隨著環(huán)保和節(jié)能要求的提高，傳統(tǒng)的燃燒器需要在技術(shù)和結(jié)構(gòu)上進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。國(guó)內(nèi)外的科研院所、技術(shù)公司在對(duì)燃燒器進(jìn)行了大量的研究，取得了一定成果：燃燒第二種燃料的五通道燃燒器以及新型雙通道燃燒器，如奧地利的M.S.A燃燒器。國(guó)內(nèi)的圣火公司也在吸收了國(guó)內(nèi)外新的燃燒理論和空氣動(dòng)力理論的基礎(chǔ)上，自主研發(fā)出具有專(zhuān)利的KBN雙通道燃燒器，其主要性能如下：  
（1）、采用了環(huán)形通道射流，其射流厚度明顯增加，火焰剛度增加，使火焰的熱流分布和熟料煅燒要求達(dá)到較好的匹配，有利于提高熟料的產(chǎn)量和質(zhì)量。  
（2）、全部的一次凈風(fēng)作為燃燒器外套管冷卻風(fēng)量使之得到充分冷卻，減緩了因過(guò)熱變形導(dǎo)致澆注料應(yīng)力增加速度，減緩了損壞的速度。  
（3）、采用了可調(diào)式旋流器；取消了傳統(tǒng)燃燒器旋流風(fēng)和直流風(fēng)調(diào)節(jié)閥，不改變一次風(fēng)量的同時(shí)，可調(diào)節(jié)旋流強(qiáng)度和出口動(dòng)量，降低一次風(fēng)用量，可明顯節(jié)約一次風(fēng)機(jī)電耗。  
（4）、由于增加了環(huán)形射流厚度，新型雙通道燃燒器可延緩煤粉和二次風(fēng)混合速率，降低火焰峰值溫度和調(diào)節(jié)了火焰高溫中心的位置，有效地延長(zhǎng)燒成帶耐火磚壽命。  
燃燒器的研究方法有很多，比較常用的是基于計(jì)算機(jī)的數(shù)值模擬（CFD）和基于物理模型的相似模擬。前者隨著計(jì)算機(jī)的大力發(fā)展而得到廣泛的使用，具有眾多的優(yōu)勢(shì)。物理模型的相似模擬技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了很長(zhǎng)一段時(shí)間，各方面都有一定的基礎(chǔ)，而且能夠直接的測(cè)量數(shù)據(jù)和觀(guān)察形狀，因此依然是研究的主要方法之一。  
本文對(duì)燃燒器出口湍流場(chǎng)進(jìn)行充分地研究，推導(dǎo)了相關(guān)的相似條件，以保證試驗(yàn)和實(shí)際情況在運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)上相似；并且在此基礎(chǔ)上采用了酸堿水模擬的冷態(tài)物理模擬方法，成功對(duì)KBN燃燒器的出口湍流場(chǎng)進(jìn)行了模擬。  
2、模擬實(shí)驗(yàn)  
2.1相似條件  
模擬試驗(yàn)要與燃燒器出口湍流場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)相似，必須滿(mǎn)足相應(yīng)的相似條件：幾何相似和必要的相似準(zhǔn)則。幾何相似主要是燃燒器以及系統(tǒng)在原型和模型中幾何形狀要求相似。本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃驮偷谋壤?=1：10。

  2.2 kbn燃燒器出口流暢的模擬

   2.2.1 實(shí)際工況

表1某水泥廠(chǎng)2500t預(yù)分解kbn燃燒器主要的技術(shù)參數(shù)

表2模擬設(shè)計(jì)中的一些參數(shù)

2.2.2模擬試驗(yàn)
對(duì)水泥窯用燃燒器出口燃料和燃燒空氣的混合影響比較大的因素之一是：一次風(fēng)的旋流強(qiáng)度和一次風(fēng)的出口動(dòng)量。根據(jù)KBN雙通道燃燒器本身的結(jié)構(gòu)，本試驗(yàn)對(duì)不同的出口動(dòng)量和旋流強(qiáng)度進(jìn)行了可視化模擬，利用攝像記錄了不同情況下的火焰形狀，并且采用PHS-3C PH數(shù)顯計(jì)測(cè)量了不同部位的PH值，PH值的變化反映不同部位的混合情況。由于模型比較小以及試驗(yàn)條件的限制，測(cè)點(diǎn)的分布并沒(méi)有采用工程中常用的等面積環(huán)法，本試驗(yàn)采用的是：中心線(xiàn)軸向位置、與燃燒器外徑平行的軸向線(xiàn)、距中心線(xiàn)兩倍半徑距離的軸向平行線(xiàn)。酸堿溶液的流量比根據(jù)實(shí)際中一次風(fēng)和煤風(fēng)的流量比計(jì)算得到 

2.3出口動(dòng)量對(duì)火焰中混合的影響  
試驗(yàn)在確定了相同的旋流強(qiáng)度后，對(duì)一次風(fēng)出口動(dòng)量進(jìn)行了調(diào)整。圖1~圖4是一次凈風(fēng)出口動(dòng)量逐步變小情況下的攝像和PH分布圖。  
由于外環(huán)一次凈風(fēng)出口的速度很大，而流量并沒(méi)有改變，因此動(dòng)量非常大；高速一次凈風(fēng)的強(qiáng)烈引射作用,使內(nèi)部環(huán)道的低速射流中的流體被引向到高速射流區(qū)去,造成中心環(huán)流偏離中心軸線(xiàn),從而在火焰中心的中下游形成了一個(gè)負(fù)壓區(qū)。由于壓力梯度的作用,將造成一個(gè)很大的回流區(qū)。低速煤風(fēng)將被高速射流引射而偏離軸線(xiàn),但大部分煤粉顆粒,在噴入窯后,由于慣性較大,將繼續(xù)沿原方向做直線(xiàn)運(yùn)動(dòng),從而進(jìn)入已形成的大回流區(qū)中；使煤粉的濃度分布與高溫氣流的溫度分布匹配更好,產(chǎn)生良好的燃燒效果。由于大回流區(qū)的高溫,煤粒進(jìn)入后即可著火，又進(jìn)一步提高回流區(qū)溫度，強(qiáng)化了燃燒效果。試驗(yàn)中，由于模擬一次凈風(fēng)的酸溶液的出口速度大，而模擬煤風(fēng)的堿性溶液速度小，大速差產(chǎn)生的引射作用，使得酸堿流體的混合反應(yīng)更早的完成。因此圖1中火焰的形狀比較短；在逐步減小出口速度后，火焰形狀的變化如圖2~圖