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图1.1 水平浓缩煤粉燃烧器原理图
1—一次风管道 2—煤粉浓缩器 3—浓煤粉气流喷口 4—淡煤粉气流喷口
5—内假想切圆 6—外假想切圆 7—水冷壁 8—氧化性气氛区
在1885年回转窑诞生以前，水泥窑中根本不存在喷燃技术。在水泥窑的发展初期，土立窑和轮窑中木柴或焦炭是呈堆积态燃烧的。在机械立窑出现之后，作为燃料的无烟煤被掺入生料中，燃烧制成含煤料球入窑燃烧。因此，回转窑诞生以前，水泥窑中不存在喷燃技术。从回转窑诞生到20世纪50-60年代初期，一直使用落后的单通道燃烧器，但是随着社会的不断发展，各种先进设备的诞生，回转窑煤粉燃烧技术最终会达到顶尖[7]。
煤粉浓缩燃烧是为了适应火电机组低负荷运行调峰而采用的，它能使燃煤锅炉在低负荷工况下不投油助燃而保持炉内燃烧稳定。在煤粉浓缩装置中，一次风煤粉气流被浓缩并分离成含粉浓度高和含粉浓度低的两股煤粉气流，分别送入炉内燃烧。提高燃烧器出口煤粉浓度对煤粉火炬的稳燃有许多积极的作用：随着煤粉浓度的增加，煤粉气流的着火热将显著减少，煤粉气流的着火温度降低；煤粉浓度提高后，由于煤粉气流着火热和着火温度均降低，煤粉气流加热到着火温度所需时间将减少；煤粉气流中的煤粉浓度过小或过大，火焰传播速度均减小；对于任何煤种，都有一个最佳的火焰传播速度范围，将目前电厂锅炉所具有的煤粉浓度适当提高会使火焰传播速度加快[1]。煤粉浓度提高，煤粉气流的辐射吸热量增加，有利于着火。
理论分析与实际应用都证明了浓缩燃烧方式也是一种清洁燃烧方式。煤粉浓缩燃烧的形成主要依赖于煤粉浓缩分离装置，对于直流燃烧器来说，煤粉浓缩主要靠气流转弯流动的离心力和偏流装置的导向作用。
1.3 计算流体力学介绍
流体力学是一门古老的学科。但在近二百多年的时间里，随着人类社会和生产的进步，很多著名流体力学家的不懈努力，使流体力学得到了巨大的发展。计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics，简称CFD) 是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上的一门新型独立学科，通过计算机数值计算和图像显示的方法，在时间和空间上定量描述流场的数值解，从而达到对物理问题研究的目的。它兼有理论性和实践性的双重特点，建立了许多理论和方法，为现代科学中许多复杂流动与传热问题提供了有效的计算技术。
计算流体动力学通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场，如速度场和压力场，用一系列有限离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起关于这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值[12]。
CFD方法与传统的理论分析方法、实验测量方法是研究流体流动问题的三大方法。理论分析方法的优点在于所得的结果具有普遍性，各种影响因素清晰可见，是指导实验研究和验证新的数值计算方法的理论基础。但是，它往往要求对计算对象进行抽象和简化，才有可能得出理论解。对于非线性情况，只有少数流动才能给出解析结果。
实验测量方法所得到的实验结果真实可信，它是理论分析和数值方法的基础，其重要性不容低估。然而，实验往往受到模型尺寸、流场扰动、人身安全和测量精度的限制，有时可能很难通过实验方法得到结果。此外，实验还会遇到经费投入、人力和物力的巨大耗费及周期长等许多困难。