锅炉直流和旋流燃烧器的特性及运行方式
直流燃烧器由一组矩形或圆形的喷口构成。煤粉和空气分别由不同喷口喷入炉内。根据流过介质的不同，可分为一次风口、二次风口和三次风口。煤粉直流燃烧器大都布置在炉膛四角，四角燃烧器的轴线相切于炉膛中心的一个假想切圆。
直流燃烧器出口射流的流动过程可作如下描述：由于气流流速较高，已达紊流状态，在紊流和卷吸的作用下，射流边界上的流体与周围介质发生质量交换，将周围部分介质卷入射流中一起运动，同时进行动量交换和热量交换。结果射流截面不断扩大，流量增加，温度升高，而射流中心最大流速逐渐衰减。
射流的着火过程发生于一次风的外界边缘，然后从外向内迅速扩展。煤粉气流达到着火温度所需吸收的热量，70%以上来自卷吸高温烟气的对流换热，其余是炉内介质的辐射热。因此气流卷吸周围介质的能力对着火过程有极大影响。对于矩形喷口，较高而窄的截面会使射流的外边界增加，卷吸量增加。同时，由于卷吸主要发生在向火侧或背火侧，因此喷口高宽比较大的燃烧器，其着火条件往往较好。
燃烧器各股出口气流的动量与介质流量和流速的乘积成正比。动量越大，穿透能力越大，气流便能更有力地深入炉膛内部，形成燃烧所需的炉内切圆，对点燃邻角气流、强化后期扰动、促进煤粉燃尽都是有利的。一次风粉气流，当其着火燃烧以后，密度急剧减小，动量衰减很快。因此，主要是二次风的风速和动量对炉内空气动力场产生更大影响。
炉内射流抵抗偏转的能力称气流刚性。气流的刚性除与动量成比例外，还与气流断面的形状有关。断面高宽比越大，刚性越差。切向燃烧的锅炉，希望各角发生一定程度的偏转，以便组织邻角点燃和煤粉燃尽过程。但不允许偏转过大，尤其是不允许一次风粉气流有过大偏转;否则会造成火焰冲刷水冷壁，引起结焦和燃烧损失增大。
在运行中，当一次风射流能量与炉内旋转气流的能量相比过小时，就会发生该一次风射流不能射入燃烧器火球而出现较大偏斜。偏斜发生时，部分煤粉气流脱离主气流而落入水冷壁附近的低温区，使这部分还未完全燃烧的煤粉熄灭，沿水冷壁向上流动，使燃烧损失增大;同时脱离主气流的一次风火焰因得不到充分氧气的及时补给，进行强烈的还原燃烧，而产生大量的结焦。由此可见，对切圆燃烧锅炉，控制出口射流过分偏斜是防止结焦和降低飞灰可燃物的一个重要方法。
出口射流的偏转，通常随着锅炉负荷的增大、燃烧器投运只数的增加而加大，此外燃烧器的倾角也可影响射流偏斜。
对于同一燃烧器的各股平行射流而言，由于各股射流的引射作用，动量小的一次风将向动量大的二次风靠拢。因此如果一次风速、风量过小，刚性变差，就会使一、二次风加快混合，这往往有利于优质煤的燃烧而不利于劣质煤的着火。所以，通过调整一、二次风速的大小，也可调整一、二次风混合的时机。若设计燃烧器时取用了较小的一、二次风风口间距，则上述调节作用会更明显些。
由于直流燃烧器采用切向燃烧方式，故四角气流的相互支持和相互配合对燃烧过程的影响至关重要。这个作用集中表现于炉内燃烧切圆的形成。较大的切圆直径可改善炉内火焰的充满程度，火球边缘可以扫各角喷口的附近，有利于点燃煤粉;同时，较强的旋转又可以强化主燃烧区乃至整个炉膛的后期扰动，煤粉在扰动和碰撞下燃烧，烟气中氧的扩散加强和及时打碎灰壳，有利于煤粉的燃尽。但切圆直径过大，会在炉膛中央形成大回流，使烟气有效流通面积减小，也易造成炉膛和燃烧器结焦，烟气偏流加剧。当燃用高挥发分的煤时，可适当减小切圆，以确保燃烧安全和受热面安全。同时由于偏斜减小，对燃烧经济性也是有利的。
切圆的位置和形状，除取决于设计方面的因素，运行中也可通过风量、粉量控制进行一定的调整。
旋流燃烧器被广泛应用到大型锅炉的燃烧设备上。旋流燃烧器利用强烈的旋转气流产生强大的高温回流区，将远方火焰抽吸至燃烧器的根部，强化燃料的着火、混合及燃烧。图1表示了煤粉气流在回流区内的着火情况。
回流区的大小对煤粉气流的着火和火焰的稳定有着极为重要的作用。较宽而长的回流区，不仅回流量大而且回流烟气的温度高，对煤的着火极为有利。旋流燃烧器对煤种的适应性，基本上表现为通过不同的结构能对回流区的大小和位置进行不同的调节。
旋流燃烧器的射程也对燃烧器的工作产生影响。但由于旋流燃烧器主要是单只火嘴决定空气动力工况，而各燃烧器之间的相互作用远不及四角布置的直流燃烧器，所以旋流燃烧器的射程一般只是影响烟气在炉内的充满程度和燃烧损失。射程过短会使火焰过早上飘，煤粉在炉内的停留时间缩短，炉膛出口温度和飞灰可燃物含量升高。
决定旋流燃烧器工作性能最重要的特性是旋流强度。燃烧器出口附近回流区的产生、气流的混合以及气流在炉内的运动都和它有关，因而它在很大程度上决定燃料的着火、燃尽和结渣情况。旋流强度对回流区的大小的影响是：随着旋流强度的增大，回流区的尺寸变大，回流量增加。当回流率(回流量与一次风量之比)超过一定数值后，煤粉就可以达到稳定的燃烧。显然，煤质越差，着火所要求的最小回流率就越大，反之亦然。
图2是旋转射流的几种气流形式，示意了旋流强度对回流区大小及形状影响的几种典型情况。当旋流很弱时，形成很小的同流区(火焰区),气流离开喷口不远即重新封闭向前运动，因此回流区内的回流量及回流温度都明显不足，对稳定燃烧是不利的。这种气流结构称为“封闭气流”,见图2(a)。当旋流强度合宜时，形成所谓的“开放气流”,见图2(b)。开放气流的特点是中心回流区延伸到主气流速度很低时才封闭。这种气流结构可将远离燃烧器出口的高温火焰输运回燃烧器根部，混合点燃新粉。因此提高了着火稳定性，是一种理想的结构。若旋转过强，则会形成“全扩散气流”,又称“飞边”,见图2(c)。由于二次风旋转过强.在一定距离上即与一次风脱离。这时回流区直径虽大，但回流区长度不大，回流速度和回流量甚小，造成“脱火”。“脱火”往往是造成旋流燃烧器燃烧不稳或灭火的重要原因。对于易燃煤，出现全扩散气流还会使水冷壁和燃烧器结焦，影响燃烧安全。
旋流强度对射程的影响是：随着旋流强度的增大，回流区的尺寸变大，介质在旋转过程中耗散更多能量而迅速衰减，因此射程变短。运行中当炉内火焰充满不好或两对面燃烧器气流对撞干扰，燃烧不稳时，可调节旋流强度或风量。
近年来我国引进的大型旋流燃烧锅炉，普遍使用低Nox型双调风旋流燃烧器。双调风燃烧器虽然种类较多，但基本结构都是二次风，分为内二次风和外二次风，内二次风为旋流，外二次风可旋流也可直流。一次风一般为直流或有微弱旋转。双调风燃烧器靠煤粉着火后二次风量逐步供应，形成燃烧的浓相区和稀相区，抑制燃烧的峰值温度，控制NOx的排放。
所谓燃烧器的运行方式是指燃烧器负荷分配及其投停方式。负荷分配是指煤粉在各层喷口、各角或各只喷口的分配。投停方式是指停、投燃烧器的只数与位置。除了配风工况外，燃烧器的运行方式对炉内燃烧的工况也有很大影响。
为保持正确的火焰中心位置避免火焰偏斜，一般将投运的各个燃烧器的负荷尽量分配均匀、对称。但在有些情况下，允许改变上述原则。例如，为解决汽温偏低的问题，满负荷时可适当增加上层粉量，减少下层粉量，提高火焰中心位置。
通常高负荷时投入全部燃烧器。低负荷时，可采取两种方式：一是各燃烧器均匀减风、减粉，但这种方式各风速也会随之降低;二是停掉部分燃烧器，可保持各风速、风率不减。究竟停哪些燃烧器合适，要通过燃烧调整试验决定。但以下一些基本原则是应遵循的：
(1)停用燃烧器主要应保证锅炉参数和燃烧稳定，经济性方面的考虑是次要的。
(2)停上投下，有利于低负荷稳燃，亦可降低火焰中心，并有利于燃尽;停下投上，可提高火焰中心，有利于保持额定汽温。
(3)为保持均衡燃烧，宜分层停运、对角或交错投停，并定时切换。
(4)应使燃烧器的投停只数与负荷基本相应，避免由于分档太大，而影响燃烧经济性。
锅炉高负荷运行时，炉温高，燃烧比较稳定，主要问题是防止结焦和汽温偏高，因此应力求将燃烧器全部投入，以降低燃烧器区域的热负荷;设法降低火焰中心或缩短火焰长度;锅炉低负荷运行时，应合理选择减负荷方式。当负荷降低不太多时，可采取各燃烧器的均匀减风、减粉方式。这样做有利于保持好的切圆形状及有效的邻角点燃。但由于担心一次风堵管，通常一次风量减少不多或者不减，而只将二次风减下来。由此使得一次风煤粉浓度降低，一次风率增大，二次风的风速和风率减小，这些都是对燃烧不利的。因此，当负荷进一步降低，就应关掉部分喷嘴，以维持各风速、风率和煤粉浓度不至偏离设计值过大。
降低锅炉负荷宜按照从上至下的顺序依次停掉燃烧器。根据运行经验，低负荷运行，保留下层燃烧器可以稳定燃烧。这是因为，低负荷时，停用的燃烧器较多，为冷却喷口仍有一些空气从燃烧器喷向炉内。若这部分较冷的风在运行喷嘴的上面，就不会冲淡煤粉或局部降低炉温。停运部分喷嘴时，最好使其余运行燃烧器集中投运(例如关掉上、下层，保留中间三到四层)。这样做的好处是，不仅可使燃烧集中，主燃烧区炉温升高，而且可以相对增大切圆直径，加强邻角点燃的效果。
对于中储式制粉系统，若过早停掉部分喷嘴(即在负荷不太低时即已大量停喷嘴),势必使各喷嘴的热功率增大，给粉机转速过高以致给粉不稳定、不均匀，影响燃烧稳定性和经济性。对大型对冲布置旋流燃烧锅炉的炉膛，通常最上排燃烧器距离大屏底部很近，因而正常运行中投最上排燃烧器时，会由于火焰行程缩短致使飞灰可燃物增加，锅炉效率下降。因此若无其他限制，降负荷时投运燃烧器编组可避开最上层。
旋流燃烧器低负荷运行时，应避免较上排燃烧器停粉不停风的情况;否则该燃烧器的风量形成空气“短路”,而其他燃烧器的煤粉与“短路”风相遇时，已错过最好的燃烧条件，将导致燃烧不充分。有的电厂，低负荷时运行人员不是停用部分喷嘴，而是降低二次风压，造成投粉的燃烧器旋流量减少，氧量不足、混合变差，整个炉内过剩的氧量不能发挥作用，也使飞灰含碳量升高，燃烧不经济。
燃烧器的运行方式与煤质有关。当锅炉燃用挥发分较高的煤时，一般着火不成问题。可采用多火嘴、少燃料、尽量对称投入的运行方式。这样有利于火焰充满炉膛，使燃烧比较完全，也不宜结渣。在燃用挥发分低的较差煤时，则可采用集中火嘴，增加煤粉浓度的运行方式，使炉膛热负荷集中，以利于稳定着火。对可以实现动力配煤的锅炉，上层燃烧器宜使用挥发分较高、灰分较少的煤，下层燃烧器宜使用挥发分较低、灰分较多的煤，不能简单地按照煤热值的大小安排给各层燃烧器。
燃烧器的投、停次序还与磨煤机的负荷承担特性有关。例如直吹式系统中速磨，随着每台磨煤机制粉出力的降低，制粉电耗增大。为避免磨煤机工况恶化，一般规定不允许在低于某一最低磨煤出力下运行。所以，若锅炉负荷降低使磨的这一临界出力出现，即使各燃烧器的均匀减负荷是允许的，也应停掉一台磨。
一般而言，各层燃烧器的着火性能会由下而上逐渐改善，这主要是下面已着火的气流对上面的气流起点燃作用，但最上一层由于顶二次风的影响，着火不一定最好。在实际运行中，由于燃烧器在结构、安装、管道布置等方面的差异，各燃烧器的特性可能并不同。因此当煤种变化以及火焰分布、结焦等条件变化时，对喷燃器的影响可能不一样。例如，有的燃烧器在高负荷时容易结焦，但在低负荷时往往燃烧稳定性较好;离大屏较近的燃烧器和冷灰斗附近的燃烧器燃烧性能也许会互有区别。总之，运行人员应注意燃烧器的具体特点，用于调节燃烧。