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1 引言
在煤粉锅炉燃烧过程中，燃烧器占有极为重要的地位。旋流燃烧器具有对周围介质高的卷吸
率，在出口处能快速混合的特点，有利于缩短火焰长度；气流的强烈旋转形成回流区，提高了火焰稳定性；旋转射流较直流射流的射程短，这就减少了火焰碰撞冲刷炉膛水冷壁的机会，炉墙的结渣及腐蚀易于控制，延长了锅炉寿命等优点而在国内外得到广泛的应用［1］。
近年来随着我国电力事业的发展，电力工业对煤粉燃烧器提出了新的要求，即：高燃烧效率，低负荷稳燃及煤种的适应性，低污染，防结渣，防高温腐蚀。这就对煤粉燃烧器的设计提出了新的要求。在总结国内外技术的基础上，哈尔滨工业大学开发出了径向浓淡旋流煤粉燃烧器［2］，它是一种具有明确浓淡分离分流、分级燃烧概念的新型燃烧器，其射流过程是自内向外依次为浓一次风、淡一次风、旋流二次风和直流二次风。在一次风管中装有浓缩器将一次风粉分离成浓淡两股，靠近中心风管为浓煤粉气流，其相邻外侧为淡煤粉气流，二次风分为直流和旋流两部分；在每一风口有适当角度的扩口与之相配合，因此新型燃烧器将浓淡燃烧与分级燃烧有机的结合为一体。
由于在各喷口均有扩口，燃烧器扩口的结构不仅影响着气相流动特性而且对煤粉流动特性也将产生影响［3］。由图1可见淡一次风扩口位于淡一次风和旋流二次风之间，因此它对二次风出口的流动方向、出口风速、一次风与二次风的混合均有一定的影响。本文对不同淡一次风扩口角度的情况下燃烧器出口的气固流动特性进行了研究，为工业应用提供依据。
图1 燃烧器扩口示意图
Fig.1 Diagram of swirl burner outlets
2 试验系统及测试方法
试验系统如图2所示，包括试验段、供风、送粉、粉尘收集、PDA测试系统。试验段是一沿射流(轴向)流动方向高为2m，内径为700mm的圆柱形筒体。燃烧器模型安装在筒体上部中心位置。
图2 试验系统图
Fig.2 Test system
测试系统采用DANTEC(丹迪)公司生产的二维激光粒子动态分析仪(DualPDA)，它是一种非接触的测试方式，既不影响流场也不影响粒子，是当今测量颗粒动态特性的最先进的工具之一。它可以在不干扰流场的情况下，同时采集气固两相速度和颗粒粒径信号，进而可以分析出时间、空间内的颗粒浓度分布、两相滑移速度、各种脉动指数和湍动能分布等。整个测试系统由5W氩离子激光器、发射器、信号处理器、光学镜头、计算机、远控坐标架等组成。接收方式采用前向30°折射模式。
试验用示踪粒子为玻璃微珠，球形度在85%以上，平均粒径为45μm，其真实密度为2500kg/m3，与煤粉特性接近，可以较好的满足实时性和可靠性的要求。试验过程中监视燃烧器出口处的平均粒径，若粒径变化较大，即加入新的玻璃微珠，淘汰旧的玻璃微珠，从而保持进入燃烧器的玻璃微珠粒径分布稳定。
燃烧器模型与原型之间按相似准则以1∶6制成,一次风为直流,旋流二次风旋流器为轴向弯曲叶片。在试验中保持燃烧器进入自模化区，燃烧器模型与原型的动量比相等。每个工况沿射流流动方向(轴向)取六个测量截面(x/d＝0.11，0.28，0.51，1，2.03，3.05，x为测量截面距喷口距离，mm，d为燃烧器喷口外径d＝177mm),在轴线附近测点加密。每个截面沿直径方向取40～45个测点，每个测点采样为1000个数据点。
3 试验结果分析
在燃烧器其它结构尺寸不变，淡一次风扩口角度αd分别取为10°、22.5°、30°的情况下，对燃烧器出口流场进行了测量。在分析结果时，气相采用粒径为0～10μm的颗粒作为示踪粒子，颗粒相采用粒径为10～100μm的颗粒作为示踪粒子。其中R为测点距筒壁的距离，mm，坐标原点为筒体边壁。需要说明的是，由于测点较密工况22.5°图中未给出。
图3为气相轴向平均速度分布图。由图可见随着淡一次风扩口扩角α | 
