国内传统旋流燃烧器多为蜗壳式或可动叶轮式，实际运行中由于可调性和煤种适应性较差，且NOx排放量高，近十几年所发展的新型旋流燃烧器在组织煤粉气流的高效低污染燃烧中发挥良好的性能。

新型旋流燃烧器的特点是从燃烧器结构和配风两个角度出发，采用浓淡燃烧技术，推迟燃料与空气的混合，形成良好的空气动力场，解决低NOx和飞灰未燃尽的矛盾。浓淡燃烧器有很大的应用前景，新型旋流燃烧器合理的配风和燃烧带来了低负荷和低NOx排放的运行实绩。

（一）旋流燃烧器的工作原理

旋流燃烧器由一组套装在一起的圆形喷口组成，燃烧器中装有各种形式的旋流发生器（简称旋流器），燃烧器中的一次风喷口在内部，一次风喷口射出的可以是旋转射流，也可以是直流射流；二次风喷口在外部，二次风喷口出来的是旋转射流，整个燃烧器射出的射流为旋转射流。

图522是蜗壳型旋流式燃烧器工作原理示意图，不同燃烧器的旋流器不同，煤粉气流经过旋流器后都形成旋转气流。射出喷口后的旋转气流在气流中心形成回流区，这个回流区叫内回流区。内回流区卷吸炉内的高温烟气来加热煤粉气流，当煤粉气流达到着火温度后就开始着火，火焰从内回流区的内边缘向外传播。在旋转气流的外围也形成回流区，这个回流区叫外回流区，外回流区也卷吸高温烟气来加热空气和煤粉气流。着火后的煤粉气流外围送入的二次风也形成旋转气流，二次风与一次风产生强烈的混合，使燃烧过程连续进行，直至燃尽。

与直流燃烧器的直流射流相比，旋流射流具有明显的特点：

（1）二次风是旋转气流，一次风可以是旋转气流，也可为直流射流，整个气流形成空心圆锥形的旋转气流。

（2）旋转射流有强烈的卷吸作用，可从内、外回流区两个方面卷吸高温烟气，对煤粉气流的着火十分有利。

（3）由于旋转射流从内、外卷吸高温烟气，而气流的动量一定，因而轴向速度和切向速度衰减很快。故在同样的初始动量下，旋转射流的射程要比直流射流射程短。

图522　旋流式燃烧器工作原理

（4）气流旋流强度的不同会使旋转射流形成不同形式，如图523所示，旋流燃烧器形成的火焰形式可能有三种：封闭式火焰、开放式火焰和飞边火焰。

图523　旋流燃烧器火焰示意图

（a）单个回流区的封闭火焰；（b）环形回流区的封闭火焰；（c）开放火焰；（d）飞边火焰

旋流强度较小时，形成封闭式火焰，在火焰根部卷吸高温烟气，形成回流区。此种火焰只能卷吸自身燃烧放出的热量，有一定的稳定着火能力，但是回流量小，不适合燃烧难燃的煤。气流旋转强度较大时，回流区加大，形成开放式火焰，高温烟气的回流量也增多，可以将高温烟气从炉膛中卷吸进来，对着火和燃烧有利。但是气流的旋流强度过大时，使气流成为全扩散气流，导致气流压向炉墙，形成气流飞边现象，形成飞边火焰。此时，气流打散角（旋转气流外边界之间的夹角称为扩散角）为180°，火焰贴壁，会引起严重的结渣，甚至烧坏燃烧器，故在实际运行中要避免飞边火焰的出现。

（二）旋流燃烧器类型

旋流燃烧器是利用旋流器使气流产生旋转运动的，故燃烧器根据旋流器的形式来命名。按照旋流器的结构，旋流燃烧器可分为蜗壳式、轴向叶片式、切向叶片式三大类。

1.蜗壳式燃烧器

蜗壳式燃烧器是以蜗壳作为旋流器的旋流式燃烧器，常用的蜗壳式燃烧器分为单蜗壳式、双蜗壳式。

（1）单蜗壳型旋流煤粉燃烧器。单蜗壳型旋流煤粉燃烧器的结构如图524所示，一次风为直流，经中心一次风管喷入炉膛，一次风管出口装有扩流锥，使气流扩散。扩流锥的位置可前后调节，能改变一次风的出口速度和气流扩散角的大小，并能调整一、二次风气流混合位置。二次风气流通过蜗壳旋流器产生旋转运动，以旋转射流方式喷入炉膛，二次风蜗壳进口处装有舌形挡板，改变舌形挡板位置，能够改变二次风射流的旋转强度，从而改变整个气流的旋转强度。

图524　单蜗壳型旋流煤粉燃烧器

1—扩流锥；2—一次风扩散管日；3—一次风管；4—二次风蜗壳；5—一次风连接管；6—二次风舌形挡板；7—连接法兰；8—点火喷嘴装设孔

这种燃烧器的优点是一次风阻力较小；缺点是扩流锥处于高温中心回流区，且直接受到炉内火焰的辐射，因而容易烧坏或结渣。该型燃烧器目前在我国使用较少。

（2）双蜗壳型旋流煤粉燃烧器。双蜗壳型旋流煤粉燃烧器的结构如图525所示。一次风在小蜗壳中产生旋转运动，二次风在大蜗壳中产生旋转运动，两股气流的旋转方向相同。在一次风管中间有一中心管，其中装有点火油枪。二次风蜗壳进口处装有一舌形挡板，用以调节二次风旋流强度；当舌形挡板关小时，二次风被挤向外侧，二次风的旋流强度增加；反之，当舌形挡板开大时，二次风偏向内侧，二次风的旋流强度减小。通过调节旋流强度来改变回流特性，以便适应不同煤种着火燃烧的需要。但运行实践表明，当舌形挡板关小时，二次风虽被挤向外侧，但气流经舌形挡板后又立即扩散，因此，调节性能并不理想；只有当舌形挡板的开度关小至一半以上时，实际旋转强度才略有增大，但此时燃烧器阻力已变得很大，由于燃烧工况不易调整，因而对煤种变化的适应能力较差。

图525　双蜗壳型旋流煤粉燃烧器结构

1—中心风管；2—一次风管；3—二次风蜗壳；4—一次风通道；5—重油喷嘴装设管；6—一次风内套管；7—连接法兰；8—舌形挡板；9—火焰检测装置安装管

20世纪60年代左右，国内煤粉炉上曾广泛采用双蜗壳型旋流煤粉燃烧器。但由于这种旋流燃烧器对煤种适应性较差，尤其难以适应无烟煤和劣质烟煤的燃烧，所以近年来这种旋流煤粉燃烧器的应用已逐渐减少，多采用轴向可动叶轮式旋流煤粉燃烧器和直流煤粉燃烧器。

2.轴向叶片式旋流燃烧器

利用轴向叶片使气流产生旋转的燃烧器称为轴向叶片式旋流燃烧器。此种燃烧器的二次风是通过轴向叶片的导向形成旋转气流的，轴向叶片可以是固定的，也可以是移动可调的，一次风有不旋转和旋转两种。

图526所示的是一种一次风不旋转，二次风旋转的旋流燃烧器。该燃烧器在出口处装有一次风扩流锥，二次风通过可调的轴向叶轮控制。移动轴向移动拉杆，可以调节叶轮在一次风道中的位置，当叶轮退出时，叶轮和二次风的圆锥形通道便出现间隙，部分二次风通过此间隙绕过叶轮以直流风的形式直接经旁路流出，这股直流二次风与经叶轮流出来的旋转二次风混合后，进入炉膛。调节叶轮位置，间隙大小就会改变，直流二次风和旋转二次风的比例就会发生变化，混合后的二次风旋流强度随之发生改变，故可用此方法调节二次风的旋流强度，但这种燃烧器的中心回流区较小，因此，只适合于挥发分较高的煤种。

3.切向叶片式旋流燃烧器

切向叶片式旋流燃烧器的一次风射流可旋转也可不旋转，二次风射流则是由可动的切向叶片控制的旋转气流，混合后的射流旋转进入炉膛。

图526　一次风不旋转的轴向可动叶轮旋流燃烧器

1—拉杆；2—一次风进口；3—一次风舌形挡板；4—一次风管；5—二次风管6—二次风壳；7—油喷嘴；8—扩流锥；9—二次风进口(www.daowen.com)

（三）旋流燃烧器的布置方式

燃烧器的布置方式对炉内的空气动力场有很大影响，为了提高炉膛的利用率，应注意改善炉膛的充满程度，并避免烟气冲墙贴壁。旋流燃烧方式的燃烧器射流在喷入炉膛时依靠射流旋转时产生的中心回流来稳定燃烧。其特点是单一燃烧器可以组织燃烧，旋流燃烧器也分输送煤粉的一次风与助燃的二次风。旋流燃烧器稳定燃烧的关键是通过气流的切向旋转在燃烧器出口中心附近形成稳定的、合适的轴向回流区。旋流燃烧器的旋转强度决定旋流燃烧器的工作特性，旋流强度既要足够的大以满足稳定着火的需要，同时又要避免过大的旋流强度造成火焰刷墙，引起燃烧器区域炉壁结渣。在中小容量的锅炉中，主要采用单面墙布置的方式。在大容量锅炉中，随着炉膛容积的增大，都采用前后墙布置的方式。从单个旋流燃烧器的特点来看，前期的混合比较强烈，后期的混合显得比较薄弱。利用前后墙对冲布置的方式就弥补了后期混合的不足。

国内旋流式燃烧器通常作前墙或前后墙对冲（交错）布置，如图527所示。

（四）旋流燃烧器布置方式特点

1.燃烧器前墙布置

优点：

（1）煤粉管道短，阻力小，且煤粉及空气的分配较均匀（因为磨煤机是布置在炉前的）。

（2）炉宽和对流烟道的宽度及锅筒的长度便于相互配合，可不受炉膛截面宽、深比的限制。

（3）当燃烧器单只功率选择恰当并布置合理时，炉膛出口烟气温度的偏差较小。

缺点：

（1）炉膛的火焰充满度较差，使炉膛空间的有效利用率降低。

（2）炉内火焰的扰动较小，后期混合较差。

图527　旋流燃烧器的布置

（a）前墙布置；（b）前后墙对冲（交错）布置

（3）当负荷过低需切断部分燃烧器时，会引起炉内温度分布和烟气流速不够均匀。

2.对冲（交错）布置

优点：

（1）炉内火焰充满好、扰动强。

（2）沿炉膛宽度的烟温及速度分布较为均匀，对过热器保护好，且过热汽温热偏差也较小。

（3）防止结渣性较好，因热量的输入沿炉宽比较均匀，避免了炉膛中部的烟温过高。

缺点：

（1）风、粉管道的布置比较复杂。

（2）为了在后墙布置燃烧器，加大了后墙与尾部竖井烟道之间的距离，使锅炉布置不够紧凑。

在设计锅炉时，一般采用功率较小的燃烧器，且只数较多，这样可以使炉膛火焰充满更完善，火焰分布更均匀。

为了使单个燃烧器的火焰能自由扩散，相邻燃烧器的两股射流应不相互干扰。因此，燃烧器之间、燃烧器与邻近的炉墙之间以及燃烧器与冷灰斗上缘之间都应保持适当的距离。

此外，为了防止炉内火焰的偏斜，使炉内各受热面的热负荷趋于均匀，一般将相邻两燃烧器的气流旋转方向布置为相反方向。

当多层布置燃烧器时，应注意最上层燃烧器至炉膛出口之间的距离，即保证一定的火炬长度，以避免气流短路，造成过大的燃烧不完全热损失。

（五）旋流燃烧器的运行参数

旋流燃烧器的主要运行参数是一次风率及一次风速，二次风率及二次风速，三次风速与三次风率，一、二次风速比和热风温度等，它们主要受燃料特性、炉膛尺寸和介质温度的影响。

一次风率：就是一次风量占总风量的份额。一次风率大，则煤粉气流加热到着火温度所需热量多，着火将推迟，反之，着火将提前。特别是对燃用低挥发分的煤时，为加快着火，应限制一次风量，使煤粉空气混合物能较快地加热到煤粉气流的着火温度。同样，也应采用较低的一次风速，使煤粉着火的稳定性较好。在热风送粉的中间储仓式制粉系统中，热风温度也因燃煤种类不同而异。

二次风率：与制粉系统有关。当乏气送粉时，二次风量等于总风量扣除一次风和炉膛漏风，而热风送粉时还必须扣除三次风量。二次风速与气流射程，煤粉与空气的有效混合，以及燃尽程度有关。

在热风送粉的仓储式制粉系统中，低温的乏气中含有一定数量的细粉，一般将它作为三次风送入炉膛。三次风风量由制粉系统计算确定，三次风风速一般较高，约为50～60 m/s，以增强其对高温烟气的穿透能力，加强扰动混合，提高燃烧效率。