煤粉燃烧装置作为水泥厂烧成系统中的重要设备，它的作用越来越被人们所重视。煤粉燃烧装置的设计及操作好坏对水泥厂节能降耗、提高熟料质量、延长窑耐火砖及筒体的使用寿命、提高系统的运转率、降低ＮＯｘ的排放、获得较好的经济效益等方面都有着重要的作用。
煤粉燃烧器由最早的单通道形式逐渐发展到两通道、三通道、四通道等多种形式，性能不断提高，国内不少科研设计院所及公司都相应地开发了各种形式的燃烧器，西安顺捷热能科技有限公司也开发了自己的煤粉燃烧装置，该燃烧器具有调节灵活、操作方便、对燃料及工况的适应性强等特点，取得了较好的效果。
１工艺设计
１．１设计理念
四通道煤粉燃烧器是根据水泥厂的燃料特性、燃料输送要求、生料易烧性、回转窑的工况件、熟料产量以及热耗等条件来进行设计的。目前国内水泥厂基本都是以煤粉作为烧成系统的燃料，而由于煤的形成过程非常复杂，不同煤种的物理化学特性差别很大，因此不同种类的煤燃烧的难易程度也不尽相同。烟煤因挥发分高而易燃，无烟煤挥发分低，一般较难被点燃。煤粉燃烧器的作用就是让各种不同的煤粉在水泥厂回转窑内都能够稳定的燃烧，获得熟料烧成所需要的理想的火焰形状和烧成温度，因此在设计上采用大速差理论和强旋流理论，通过各通道喷口出风产生的速度差、方向差和压力差，使风煤混合得更加均匀，提高煤粉的燃烧速度，同时也会使火焰稳定。
１．２结构形式及设计特点
燃烧器采用四通道结构形式，由外而内依次为外风通道、煤风通道、内风通道、中心风通道和点火油枪。内风喷嘴处安装有旋流器，强制产生旋流风，打散煤粉，增强煤与风的混合程度，外风喷嘴采用小孔形式，高速喷出的外风包裹着煤风，保持火焰的规整性，使火焰在任意长度上的截面形状都是圆形，在保证火焰强度的同时尽量不扫窑皮，限度地延长窑内耐火砖的使用寿命。因此，外风与煤风、内风之间的速度差形成了火焰的内外两个回流区域，通过计算机ＣＦＤ模拟可以清楚地看到喷头处速度场的分布情况。
由模拟图可见，在火焰的中心区靠近喷嘴处，形成了比较大的负压内回流，适当的回流有助于火焰尾部未完全燃烧的煤粉重新回到火焰的中部和根部进行再次燃烧，使得煤粉尽可能的被完全燃烧，但过大的回流会使得未完全燃烧的煤粉被卷吸回到喷嘴处，极易引起各喷嘴处不同程度的堵塞，导致火焰形状的开叉变形，产生扫窑皮的情况，这正是传统三通道燃烧器所不能克服的缺陷。因此在设计上我们在内旋流风的内侧设置一个中心风通道，即形成四通道结构，由中心风来补偿火焰中心区的负压，减少火焰中心的回流。同时，外风包裹着火焰高速喷射，拉长了火焰的长度，使得火焰上温度的分布更为均匀，避免了火焰中局部高温的产生，有利于减少热力ＮＯｘ的形成，同时外回流的形成降低了喷嘴处的温度，延长了喷头的使用寿命。
目前水泥厂回转窑使用的多通道燃烧器一般都有内旋流风通道、煤风通道和外直流风通道。一次风机出口分别与内旋流风通道和外直流风通道相连，并分别设置阀门来控制和调节内、外风风量。当外直流风量偏大、火焰偏长时，通常关小外直流风管上的阀门来缩短火焰，但是在关小外直流风管阀门时，一次风的压力大部分消耗在该阀门处，使得外直流风不仅风量下降，且喷出速度也显著降低，火焰卷吸周围高温助燃空气的能力显著下降，火焰变的软弱无力，特别是对劣质燃料火焰着火难，火焰温度不高，对煤种适应性不强。为了解决上述缺陷，我们在设计上采用了内置式直流风调节阀。当需要降低外风量时，只需通过调节装置，即可减小外风喷嘴的有效通风面积，减小了外风的风量，但却基本上没有改变外风的喷出速度，提高了高温二次风的卷吸作用，提高了燃烧器的燃烧效率，达到适应各种燃料、各种燃烧条件减少一次风用量、减少ＮＯｘ和ＣＯ排放量、调节操作灵活的目的。
２机械设计
２．１主体结构
根据燃烧器的工艺要求来确定煤粉燃烧装置的主体结构，主要由四部分组成，燃烧器、油枪、行走小车和轨道系统。按照安装形式有悬吊式和落地式两种。燃烧器为四通道结构，由外到内依次为外风道、煤风道、内风道和中心风道，最中间放置点火油枪，内风喷嘴处安装有旋流器。根据生产线的规模进行工艺计算，确定燃烧器各风道截面尺寸和喷嘴尺寸，燃烧器头部结构见图３。
２．２设计特点
外风喷嘴采用小孔形式，内部配有调节装置，能够更加有效的调节外风的喷出风量而不影响喷出速度，外风喷出速度一般在１６０～２４０ｍ／ｓ。在外风管的外表面焊接有增加燃烧器刚度的钢板，最外面是刚玉质耐火浇注料（或莫来石浇注料），保护燃烧器不被烧坏。内风通道位于煤风通道内，喷嘴处安装有旋流器，旋流角一般从２５°到４５°，强制内风产生强旋流，随着旋流角的增大，旋流强度也增加。内风内为中心风，中心风控制着火焰内部的回流强度，防止过度的回流使煤粉堵塞各风道喷嘴，中心风喷出速度一般在５０ｍ／ｓ左右。内风、外风之间包裹着煤风，煤风直射喷出，喷出速度为２５～３０ｍ／ｓ，被内风打散后燃烧，由外风和内风共同作用，控制着火焰的形状。由于窑头内温度非常高，整个燃烧器的头部都采用耐热铸钢制作。内风、外风和中心风共用一台风机供风，各风道上都装有控制风量的阀门，煤风单独由一台风机供风。
除各风管上的阀门外，外风喷嘴调节装置和内风旋流器也可以通过调节燃烧器后部的丝杆结构实现前后移动，改变风量比例和旋流强度，通过向外移动可以比较容易的更换其它角度的旋流器，更大幅度的改变旋流风的强度。油枪的尾部也有一套螺旋调节机构，通过调节旋流室的大小，控制喷油量，此外可以用更换油枪喷嘴的方法来实现回转窑点火初期所需的
小油量要求。
由于煤风对管道的磨损比较严重，在煤风接管中煤风进入煤风道的地方进行了贴陶瓷片处理，并在煤风接管的上下各开了一个检查孔，以便随时对磨损区域进行检查，防止管道磨漏串风现象。
悬吊式燃烧器轨道吊装在窑头顶部的土建梁上，小车在轨道上由减速电机驱动带动燃烧器在轨道上行走，燃烧器的上下、左右调节由行走小车来带动。燃烧器在安装完毕后需在轨道上划线作标记，作为以后调整的基准，此时小车最多只能向前走５００，然后再向后走。落地式燃烧器与悬吊式结构基本相同，只是轨道由土建预埋在窑头平台上，小车上同样有让燃烧器上下、左右运动的调节机构，操作很方便。