直流燃燒器

從噴口噴出來的直流射流，具有較高的初速，一般其雷諾數Re≥106，因此燃燒器噴射出來的射流都是湍流射流。而且射流射入一個很大的空間後不受任何固體壁面的限制，這種氣流就是直流自由射流。 ^[1] 

當射流射到大空間中去時，在湍流擴散的作用下，射流邊界上的流體微團就與周圍氣體發生熱質交換和動量交換，將一部分周圍氣體卷吸到射流中來，並隨射流一起運動，因而射流的橫截面不斷擴大，流量不斷增加，但卻使射流的速度逐漸減慢，射流的結構特性及速度分佈如圖1（1 -噴口；2-射流等速核心區；3-射流邊界層；4-射流的外邊界；5-射流內邊界；6-射流源點；7-擴展角；8-速度分佈）所示。 ^[1] 

射流自噴口噴出後，僅在邊界層處有周圍氣體被卷吸進來。在射流中心尚未被周圍氣體混入的地方，仍然保持初速度，這個保持初速為w₀的三角形區域稱為射流等速核心區，核心區內的流體完全是射流本身的流體。在核心區維持初速w₀的邊界稱為內邊界，射流與周圍氣體的邊界(此處流速w_x→0)稱為射流的外邊界。內外邊界問就是湍流邊界層，湍流邊界層內的流體是射流本身的流體以及卷吸進來的周圍氣體。從噴口噴出來的射流到一定距離，核心區便消失，只在射流中心軸線上某點處尚保持初速w₀，此處對應的截面稱為射流的轉折截面。在轉折截面前的射流段稱為初始段，在轉折截面以後的射流稱為基本段，基本段中射流的軸心速度也開始逐步衰減。 ^[1] 

射流的內、外邊界都可近似地認為是一條直線，射流的外邊界線相交之點稱為源點，其交角稱為擴展角。擴展角的大小與射流噴口的截面形狀和噴口出口速度分佈情況有關。因為射流的初始段很短，僅為噴口直徑的2～4倍，這段距離在煤粉爐中尚處於着火準備階段。因此，在實際鍋爐工作中，主要研究基本段的射流特性。這些特性參數包括速度分佈、射程、擴展角等。 ^[1] 

直流燃燒器佈置在爐膛四角，每個角的燃燒器出口氣流的幾何軸線均切於爐膛中心的假想圓，故稱四角佈置切圓燃燒方式。這種燃燒方式，由於四角射流着火後相交，相互點燃，有利於穩定着火。四股氣流相切於假想圓後，使氣流在爐內強烈旋轉，有利於燃料與空氣的擾動混合，而且火焰在爐內的充滿程度較好。 ^[1] 

切圓燃燒方式直流燃燒器的佈置方式有多種，如圖2所示。中小容量煤粉爐最常用的是正四角佈置(圖2(a))，這種佈置方式的爐膛截面為正方形或接近正方形的矩形，直流燃燒器佈置在四個角上，共同切於爐膛中心的一個直徑不大的假想切圓，這樣可使燃燒器噴口的幾何軸線和爐膛兩側牆的夾角接近相等，因而射流兩側的補氣條件差異很小，氣流向壁面的偏斜較小，因而煤粉火炬在爐膛的充滿程度較好，爐內的熱負荷也比較均勻，而且煤粉管道也可以對稱佈置。正八角佈置(圖2(b))也有同樣的特點。現代大容量鍋爐常採用大切角正四角佈置(圖2(c))，它是把爐膛四角切去，在四個切角上安裝燃燒器。這種佈置除具有正四角佈置的特點外，還因為四角切去，可形成切角形水冷壁，這樣既可增大燃燒器噴口兩側的空間，使兩側補充條件的差異更小，射流不易偏斜；同時燃燒器可與切角處的水冷壁連在一起，形成燃燒器的水冷套，以保護燃燒器噴口不易被燒壞。同向大小切圓方式(圖2(d))適用於截面深寬比較大的爐膛或由於爐膛四角有柱子，而不能作正四角佈置，燃燒器只能佈置在兩側牆靠角的位置。此時燃燒器噴口中的幾何軸線和兩側牆間的夾角差異很大，射流的補氣條件也有較大的差異，佈置成大小切圓方式，即兩對對角燃燒器的射流分別和兩個直徑不同的假想切圓相切，可以改變氣流的偏斜，並可防止實際切圓的橢圓度過大。若採用正反雙切圓方式(圖2(e))，則由於兩股氣流反切，可減少實際切圓的橢圓度。兩角相切，兩角對沖方式(圖2(f))，可以減小氣流相切時的實際假想切圓的直徑，減低氣流的旋轉強度，雖可防止氣流的過分偏斜，避免爐膛水冷壁結渣，降低煙氣出口殘餘旋轉，減少過熱器熱偏差，但卻使燃燒後期的混合擾動情況變差。更大容量的煤粉鍋爐(發電功率大於500MW)，有時設計成雙室爐膛切圓方式(圖2(g))和大切角雙室爐膛方式(圖2(h))，此時兩個並排的爐膛(燃燒室)中問用雙面水冷壁隔開，使每個爐膛截面都成為正方形或接近正方形的矩形，在各自的爐膛的四角佈置直流燃燒器，形成切圓燃燒方式。 ^[1]