目前我国面临极其严峻的能源及环境形势，然而水泥生产又属高能耗、高污染行业。大力发展以低品位劣质煤为主燃料燃烧技术是解决目前严峻能源形势的有效手段之一。然而，燃用低品位劣质燃料存在着点火困难，燃烧不稳定，燃烧效率低等诸多问题。富氧燃烧技术能够大大降低燃料燃点温度，能够有效降低燃煤品质，缩短煤粉燃尽时间，提高燃烧效率，使燃烧更加稳定完全，达到节能目的。水泥回转窑以低品位劣质煤为主要燃料实现节能减排，发展循环经济，并由此带来巨大经济及环境效益。针对以上问题课题从以下几个方面进行研究：首先，深入研究水泥生产工艺过程中理论熟料形成热，并以回转窑内煤粉燃烧过程理论计算为基础，设计出“煤粉燃烧预测及燃烧器设计预测软件”，得到煤粉燃尽时间、煤粉燃尽率、助燃空气量和烟气生成量、绝对燃烧温度与氧浓度之间的关系，总结出氧浓度变化对煤粉燃烧特性的影响及完成特定水泥状况下节煤量的理论计算。第二，利用热重法研究兖州煤和东罗煤两种不同品位燃料在不同氧浓度下的静态燃烧特性，并由此得出结论：随着氧浓度增加，煤粉燃烧热重曲线向低温区移动，最大燃烧速率增大且出现得早，煤粉的着火温度和燃尽温度均显著降低，煤粉相对容易着火并燃烧，并且氧浓度对燃尽温度的影响更大一些。随着氧浓度增加，着火提前且燃烧时间缩短，当氧浓度超过40%时，这种趋势变缓。煤粉颗粒粒径对其燃烧特性有重大影响，粒径越大，氧浓度对煤样的平均燃烧速率的影响就越大。第三，结合燃烧理论及实际水泥生产工艺，以原水泥回转窑燃烧器为基础设计新型水泥回转窑劣质煤富氧燃烧器。此新型燃烧器分为原四通道燃烧器、富氧通道、制氧系统以及附属管路系统，且氧气通道采用耐高温抗氧化特性强的工业陶瓷材质来确保燃烧器的安全性。输氧通道可在输氧进口处通过阀门开度调节富氧率，使燃烧性能达到所需要的水泥生产工艺条件。第四，以所设计新型水泥回转窑劣质煤燃烧器为模拟对象，建立建立回转窑内常规燃烧过程的数学模型和物理模型，模拟水泥回转窑内燃烧状况，可知通过设定燃烧器各项参数后能够形成合理的速度场、温度场，也就是能够形成符合生产要求的火焰形状。回转窑富氧燃烧技术可提高火焰绝热燃烧温度，满足水泥熟料烧成温度；能够显著减少入炉空气量和实际烟气量，并且能够从理论上预测燃烧污染物生成与氧浓度之间的关系，为实际燃烧器的设计和回转窑的生产操作提供参考和指导。