一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头结构，由水冷管束、集箱、底座和顶盖组成整体形状为圆柱形的燃烧头；水冷管束可由缝隙平行于轴向的螺旋翅片直管、扇环形直管组成，也可由缝隙沿周向的多段螺旋翅片盘管、长圆形或矩形盘管组成；预混气体从水冷管束之间的缝隙喷射出点火燃烧，高速的预混气体离开缝隙后卷吸缝隙周围的高温烟气，高温烟气冲刷水冷管束表面被冷却降温，从而降低火焰温度，减少热力型氮氧化物的生成，实现氧含量<3.5％条件下NOx<30mg/Nm

【技术实现步骤摘要】
一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头结构
本技术涉及燃烧器
，具体涉及一种水冷却的圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头结构。
技术介绍
近年来，雾霾问题持续存在，虽然燃煤机组大多已完成超低排放改造(NOx<50mg/Nm3，SO2<35mg/Nm3，PM10<5mg/Nm3)，燃气锅炉大多也已完成低氮改造(NOx<80mg/Nm3)。目前市场上的扩散式低氮燃气燃烧器，采用空气分级、燃料分级技术，并辅助烟气外循环或烟气内循环，已实现NOx<30mg/Nm3的目标，但烟气外循环需配备外循环风机，增大锅炉燃烧时的总烟气量，导致锅炉出力下降，运行费用增加；烟气内循环技术要求的燃气和空气压力较高，在燃气压力较低的冬季供暖期使用效果不佳。全预混燃烧器通过增加空燃比，提高氧含量，降低燃烧温度，缩小火焰高温区的方式也已实现NOx<30mg/Nm3的目标，但较高的氧含量(>6％)增加了锅炉排烟热损失，增大水蒸气潜热的利用难度，使得锅炉总效率下降2％以上；同时为防止金属孔板干烧与稳定火焰，通常在金属孔板外覆盖一层金属纤维丝网，丝网存在着堵塞与烧毁风险。目前市场上出现了一种新型的水冷面板式全预混低氮燃烧器，兼具扩散式燃烧器低氧与全预混燃烧器紧凑的优点，利用水冷燃烧头冷却火焰，降低氮氧化物的同时氧含量仍可控制在3.5％以下。目前广东万和公司申请的水冷燃烧器CN201820985795.X，CN201820203423.7均为平板结构，只能用于小型壁挂炉；浙江力巨公司申请的条缝式火焰燃烧装置CN201721340786.7和CN201721098931.5采用平面式的水冷管排冷却火焰，当燃烧器功率增大时只能增大平板面积，但随着锅炉功率的增加，燃烧器面板的体积越来越大，锅炉上布置空间不足。面板式水冷燃烧器用于老旧机组的低氮改造时，需拆除锅炉前炉墙，更换部分锅炉受热面，改造工作量巨大。为解决平板水冷燃烧头难以大型化和难以适配老旧燃气锅炉或燃气装置低氮改造的问题，提出了圆柱形缝隙式水冷燃烧头，预混气体从水冷管束之间的缝隙喷射出并点火燃烧，圆柱形的燃烧头可以适配所有老旧燃气锅炉炉膛的低氮改造，并替换所有传统的扩散式和全预混燃烧器。随着锅炉功率的增大，可同时增加燃烧头的直径与长度，实现所有功率下燃烧头体积与锅炉炉膛空间的匹配。
技术实现思路
为了解决平板水冷燃烧器难以大型化和难以适配老旧燃气锅炉或燃气装置低氮改造的问题，本技术的目的在于提供一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头结构，适配所有老旧燃气锅炉的炉膛，并替换传统的扩散式和全预混燃烧器，预混气体从水冷管束之间的缝隙喷射出燃烧，高速的预混气体离开缝隙后卷吸缝隙周围的高温烟气，高温烟气冲刷水冷管束表面被冷却降温，从而降低火焰温度，减少热力型氮氧化物的生成，实现氧含量<3.5％条件下NOx<30mg/Nm3的目标。为了达到上述目的，本技术采用如下技术方案：一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头结构，由水冷管束1、集箱2、底座3和顶盖4组成整体形状为圆柱形的燃烧头；水冷管束1的管与管之间留有缝隙；底座3的法兰盘端与全预混燃烧器的燃气空气混合室连接，支撑整个燃烧头；当集箱2内置时，底座3的圆口端与水冷管束1连接，顶盖4与水冷管束1的敞口侧连接，密封燃烧头；当集箱2外置时，集箱2由环形的底部集箱2-1和顶部集箱2-2组成，底座3的圆口端与底部集箱2-1连接，顶盖4与顶部集箱2-2的敞口侧连接，密封燃烧头，水冷管束1位于底部集箱2-1和顶部集箱2-2之间；燃烧头位于炉膛内部，预混气体从炉膛外的燃气空气混合室沿底座3进入水冷管束1内部，从水冷管束1的缝隙离开燃烧头，进入炉膛空间点火燃烧，预混气体离开缝隙处的流速较高，将卷吸炉膛高温烟气冲刷水冷管束1的表面，被冷却后的炉膛高温烟气与预混气混合点火燃烧。当集箱2外置时，所述水冷管束1为翅片直管、缝隙平行于轴向不加翅片的直管、扇环形直管，集箱2与烟气直接接触；底部集箱2-1和顶部集箱2-2由多个扇形水室组成，冷却水在扇形水室处改变流动方向；底部集箱2-1上有入水口2-11和出水口2-12，与锅炉水系统连接；将水冷管束1分为偶数组单元管束1-1，每组单元管束1-1由1～16根管组成；冷却水从入水口2-11进入水冷燃烧头后，沿单元管束1-1流动至顶部集箱2-2，在顶部集箱2-2处180°转向，沿相邻的单元管束1-1流动至底部集箱2-1，在底部集箱2-1处180°转向，再沿相邻的单元管束1-1流动至顶部集箱2-2，重复这个过程，直到从底部集箱2-1上的出水口2-12离开。述翅片直管，由基管和外加螺旋翅片组成或由基管和外加平面翅片组成；基管与翅片之间的焊接方式采用高频焊或激光焊；翅片的翅高为基管直径的0.1～0.6倍，翅片厚度0.2～1.2mm，翅距0.8mm～4mm，较小的翅距有助于减小流通面积，提高出口预混气体流速，防止回火；为强化翅片管对火焰的冷却能力，减小预混气体的流通面积，将管束的翅片做折翅处理，将螺旋翅片的边缘部分弯折60°～120°，弯折后的螺旋翅片俯视图由圆形变为圆弧和直线组合的多边形，螺旋翅片直管的包覆面由圆柱形变为圆弧面和折翅面的组合，螺旋翅片的边缘部分在多个角度弯折时，同时存在2～8个折翅面，折翅处理的翅片边缘部分高度1～6mm；折翅处理后的螺旋翅片直管沿周向均匀围成一圈，相邻螺旋翅片直管的折翅面紧贴在一起，形成环形的水冷管束1；若翅片直管由基管和外加平面翅片组成，将平面翅片串到基管上，再做折翅处理。所述扇环形直管，截面形状呈扇环形，扇环形直管沿周向均匀围成一圈，形成环形的水冷管束1；扇环形直管密排布置，管间距小于3mm，预混气体通过直管间缝隙处的流速达8m/s～40m/s，远高于回火流速，实现1：15的调节比；所述不加翅片的直管，截面呈圆形，相邻管外表面之间的距离小于5mm。所述集箱2外置时的水冷管束1采用双层布置，形成两层环形管束；内层为扇环形直管、不加翅片的直管、圆柱型孔板5；外层为扇环形直管、不加翅片的直管、翅片直管，共9种组合方式；所述圆柱型孔板5，孔板开孔面积占比1％～50％，起到均流和防止回火的功能，外层为扇环形直管、翅片直管；所述集箱2外置时的水冷管束1，沿径向任意角度的圆弧段都可以独立作为燃烧头，两个任意角度面以及上下面密封后和任意角度的一部分圆柱形燃烧头构成扇环形燃烧头，预混气体从预混气体进口面进入扇环形燃烧头内部，从水冷管束1的缝隙处进入炉膛燃烧。当集箱2内置时，所述水冷管束1的缝隙沿周向，此时水冷管束1为螺旋翅片盘管、长圆形或矩形盘管；集箱2置于底座3对应的燃烧头内部空间，分为进口集箱2-3和出口集箱2-4两部分，进口集箱2-3和出口集箱2-4位于不同圆环内，进口集箱2-3的进水管2-31和出口集箱2-4的出水管2-41延伸至底座3的法兰盘处，与锅炉水系统连接；盘管为多段并联或仅使用一段盘管，当盘管为多段并联时，每段盘管的进口和出口先沿径向向内延伸至对应的集箱圆环空间内，再沿轴向延伸至进口集箱2-3和出口集箱2-4；各段盘管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头结构，其特征在于：由水冷管束(1)、集箱(2)、底座(3)和顶盖(4)组成整体形状为圆柱形的燃烧头；水冷管束(1)的管与管之间留有缝隙；底座(3)的法兰盘端与全预混燃烧器的燃气空气混合室出口端连接，支撑整个燃烧头；当集箱(2)内置时，底座(3)的圆口端与水冷管束(1)连接，顶盖(4)与水冷管束(1)的敞口侧连接，密封燃烧头；当集箱(2)外置时，集箱(2)由环形的底部集箱(2-1)和顶部集箱(2-2)组成，底座(3)的圆口端与底部集箱(2-1)连接，顶盖(4)与顶部集箱(2-2)的敞口侧连接，密封燃烧头，水冷管束(1)位于底部集箱(2-1)和顶部集箱(2-2)之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头结构，其特征在于：由水冷管束(1)、集箱(2)、底座(3)和顶盖(4)组成整体形状为圆柱形的燃烧头；水冷管束(1)的管与管之间留有缝隙；底座(3)的法兰盘端与全预混燃烧器的燃气空气混合室出口端连接，支撑整个燃烧头；当集箱(2)内置时，底座(3)的圆口端与水冷管束(1)连接，顶盖(4)与水冷管束(1)的敞口侧连接，密封燃烧头；当集箱(2)外置时，集箱(2)由环形的底部集箱(2-1)和顶部集箱(2-2)组成，底座(3)的圆口端与底部集箱(2-1)连接，顶盖(4)与顶部集箱(2-2)的敞口侧连接，密封燃烧头，水冷管束(1)位于底部集箱(2-1)和顶部集箱(2-2)之间。


2.根据权利要求1所述的一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头结构，其特征在于：当集箱(2)外置时，所述水冷管束(1)为翅片直管或缝隙平行于轴向的不加翅片的直管、扇环形直管，集箱(2)与烟气直接接触；底部集箱(2-1)和顶部集箱(2-2)由多个扇形水室组成，冷却水在扇形水室处改变流动方向；底部集箱(2-1)上有入水口(2-11)和出水口(2-12)，与锅炉水系统连接；将水冷管束(1)分为偶数组单元管束(1-1)，每组单元管束(1-1)由1～16根管组成。


3.根据权利要求2所述的一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头结构，其特征在于：所述翅片直管，由基管和外加螺旋翅片组成或由基管和外加平面翅片组成；基管与翅片之间的焊接方式采用高频焊或激光焊；翅片的翅高为基管直径的0.1～0.6倍，翅片厚度0.2～1.2mm，翅距0.8mm～4mm；为强化翅片管对火焰的冷却能力，减小预混气体的流通面积，将管束的翅片做折翅处理，将螺旋翅片的边缘部分弯折60°～120°，弯折后的螺旋翅片俯视图由圆形变为圆弧和直线组合的多边形，螺旋翅片直管的包覆面由圆柱形变为圆弧面和折翅面的组合，螺旋翅片的边缘部分在多个角度弯折时，同时存在2～8个折翅面，折翅处理的翅片边缘部分高度1～6mm；折翅处理后的螺旋翅片直管沿周向均匀围成一圈，相邻螺旋翅片直管的折翅面紧贴在一起，形成环形的水冷管束(1)；若翅片直管由基管和外加平面翅片组成，将平面翅片串到基管上，再做折翅处理。


4.根据权利要求2所述的一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头结构，其特征在于：所述扇环形直管，截面形状呈扇环形，扇环形直管沿周向均匀围成一圈，形成环形的水冷管束(1)；扇环形直管密排布置，管间距小于3mm；所述不加翅片的直管，截面呈圆形，相邻管外表面之间的距离小于5mm。


5.根据权利要求2所述的一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头结构，其特征在于：所述集箱(2)外置时的水冷管束(1)采...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵钦新，邓世丰，王云刚，梁志远，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61