CN110631260B - 一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头，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/Nm3的目标。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。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧器技术领域，具体涉及一种水冷却的圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头。
背景技术
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。
发明内容
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，本发明的目的在于提供一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头，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，本发明采用如下技术方案：
一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头，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；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。
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，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；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；各段盘管的长度相等或不相等，各段盘管的非完整圈但相加正好组成一整圈，使各段盘管的进口或出口之间的间隔角度完全相等；每段盘管的进出口均位于盘管段之外，方便与集箱2的焊接连接；当盘管仅使用一段盘管时，无需设置进口集箱2-3和出口集箱2-4，此时盘管的进水管2-31和出水管2-41沿轴向延伸至底座3的法兰盘处。
所述螺旋翅片盘管是由折翅处理的螺旋翅片直管沿以圆柱形水冷燃烧头的轴线为中心线的螺旋线盘绕而成；相邻螺旋翅片管接触，接触面是折翅处理后形成的折翅面，螺旋线的螺距小于螺旋翅片管的最外径，减小烟气流通的面积，提高预混气体流速，防止回火；预混气体从螺旋翅片之间的缝隙进入炉膛点火燃烧。
所述长圆形或矩形盘管是由截面为长圆形或矩形的直管沿以圆柱形水冷燃烧头的轴线为中心线的螺旋线盘绕而成，螺旋线的螺距大于直管截面的高度，形成螺旋形的缝隙，预混气体从螺旋缝隙进入炉膛点火燃烧；为防止回火，缝隙大小取0.2～4mm，以提高缝隙处预混气体流速。
所述水冷管束1为多段螺旋翅片盘管、长圆形或矩形盘管时，底座3和顶盖4与盘管之间会出现螺旋形缝隙，为防止预混气体从该螺旋形缝隙处泄露，采用螺旋形的耐火材料或耐热钢1-1填补此缝隙。
所述圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头是锅炉受热面的一部分，需要通入锅炉工质以冷却；如果是燃气蒸汽锅炉时，水冷燃烧头从冷凝器之前或之后取水，再送回原处；如果是燃气热水锅炉，则从任意位置取水送入水冷燃烧头，再送回原处。
本发明创新点、优点和积极效果是：
1、本发明的一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头采用窄缝隙高流速的设计理念，预混气体通过窄缝隙时的流速远高于回火速度，使燃烧器的调剂比可达1:10以上。
2、本发明的一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头可采用双层水冷结构，内层水冷管束可以防回火，外层是水冷管束的缝隙较大，流速较低，形成钝体扰流稳焰防脱火效果。
3、本发明的一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头是锅炉受热面的一部分，对于老旧锅炉改造可提高锅炉热效率；对于新设计锅炉，可替代锅炉部分受热面，减少炉体部分的换热面积。
4、本发明的一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头利用高速预混气体引射炉膛中的高温烟气回流至水冷燃烧头表面降温，降温后的高温烟气与预混气体混合燃烧，增大了过量空气系数，降低了理论燃烧温度，可实现氧含量<3.5％条件下NOx<30mg/Nm3。
5、本发明的一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头燃烧后烟气氧含量可控在3.5％以下，过量空气系数小于1.2，显著提高烟气中的水蒸气体积分数，提高了水露点，水蒸气更容易冷凝析出，缩小了冷凝换热器体积；与传统全预混燃烧器高达1.4的过量空气系数相比，减少了额外加热的空气量，降低了锅炉排烟热损失，提高了锅炉效率。
附图说明
图1是本发明一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头的整体示意图，其中：图1a是螺旋翅片直管的整体示意图；图1b是扇环形直管的整体示意图；图1c是螺旋翅片盘管的整体示意图；图1d是长圆形或矩形盘管的整体示意图。
图2是本发明一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头的缝隙平行于轴向时的集箱水路示意图；图2a是整体示意图；图2b(1)是底部集箱示意图，图2b(2)是顶部集箱示意图。
图3是本发明一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头的螺旋翅片直管的示意图；图3a为螺旋翅片直管折翅处理图，图3b为折翅处理后的立体示意图，图3c为俯视图。
图4是本发明一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头的扇环形直管的截面示意图。
图5是本发明一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头的双层水冷管束的截面示意图，其中，图5a是内层为扇环形直管，外层为螺旋翅片直管的截面示意图；图5b是内层、外层均为扇环形直管的截面示意图；图5c是内层为圆柱型孔板的剖面图，图5d(1)预混气体进口面位于内侧弧面，图5d(2)预混气体进口面位于外侧弧面。
图6是本发明一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头的缝隙平行于周向时的集箱水路示意图，其中，图6a是整体立体示意图；图6b是进出口集箱及其连接管的示意图。
图7是本发明一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头的螺旋翅片盘管的示意图。
图8是本发明一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧的矩形盘管截面示意图。
图9是本发明一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头的螺旋形缝隙填充示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对发明进行详细说明。
如图1所示，本发明一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头，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，预混气体沿底座3从炉膛外的燃气空气混合室进入位于水冷管束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，如图1a和图1b所示，所述水冷管束1为缝隙平行于轴向的翅片直管或扇环形直管，如图2中图2a、图2b(1)和图2b(2)所示，所述集箱2由环形的底部集箱2-1和顶部集箱2-2两部组成，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4个组单元管束1-1，每组单元管束1-1由4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。
如图3a所示，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，可将管束的翅片做折翅处理，将部分边缘翅片弯折90°，折翅部分的翅片高度1～6mm；同侧边缘翅片弯折后处于同一折翅曲面内，共2个折翅面，如图3b所示，折翅面之间的夹角约22.5°；折翅处理后的翅片俯视图如图3-c所示，由两个圆弧和两个直线段组成，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。
如图4所示，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可达8m/s～40m/s，远高于回火流速，实现1：15的调节比。
如图5所示，所述集箱2外置时的水冷管束1可双层布置，形成两层环形管束；图5a内层为扇环形直管，采用密排布置，防止低负荷下回火，增大调剂比，外层为螺旋翅片直管，翅片管换热面积更大，有利于冷却火焰；图5b内层为密排扇环形直管，外层为疏排扇环形直管，增加外层直管的管间距，使预混气体流速低于10m/s，稳定火焰；图5c内层为圆柱型孔板5的剖面图，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；图5d，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，图5d(1)预混气体进口面位于内侧弧面，炉膛在外侧弧面外，预混气体在外侧弧面表面燃烧，图5d(2)预混气体进口面位于外侧弧面，炉膛在内侧弧面外，预混气体在内侧弧面表面燃烧。
如图6中图6a和图6b所示，当集箱2内置时，所述水冷管束1的缝隙也可沿周向，如图1c和图1d所示，此时水冷管束(1)为多段螺旋翅片盘管、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；4段盘管的圈数为12.25圈，4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；4段盘管的长度可相等，4段盘管的非完整圈可相加正好组成一整圈，使各段盘管的进口或出口之间的间隔角度完全相等；4段盘管的进出口均位于盘管段之外，方便与集箱2的焊接连接。
如图7所示，所述螺旋翅片盘管是由之前描述的折翅处理的螺旋翅片直管沿以圆柱形水冷燃烧头的轴线为中心线的螺旋线盘绕而成；相邻螺旋翅片管紧密接触，接触面是折翅处理后形成的面，螺旋线的螺距小于螺旋翅片管的最外径，减小翅片缝隙面积，提高预混气体流速，防止回火；预混气体从螺旋翅片之间的缝隙进入炉膛点火燃烧。
如图8所示，盘管是由截面为矩形的直管沿以圆柱形水冷燃烧头的轴线为中心线的螺旋线盘绕而成，螺旋线的螺距略大于直管截面的高度，形成螺旋形的缝隙，预混气体从螺旋形缝隙进入炉膛点火燃烧；为防止回火，缝隙大小取0.2～4mm，以提高缝隙处预混气体流速。
如图9所示，所述水冷管束1为多段螺旋翅片盘管、长圆形或矩形盘管时，底座3和顶盖4与盘管之间会出现螺旋形缝隙，为防止预混气体从该螺旋形缝隙处泄露，采用螺旋形的耐火材料或能够干烧1200℃的抗氧化的高温耐热钢1-1填补此缝隙。
Claims (8)
1.一种圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头，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；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；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；
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，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)；各段盘管的长度相等或不相等，各段盘管的非完整圈但相加正好组成一整圈，使各段盘管的进口或出口之间的间隔角度完全相等；每段盘管的进出口均位于盘管段之外，方便与集箱(2)的焊接连接。
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，其特征在于：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。
3.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，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，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。
4.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，其特征在于：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、不加翅片的直管或圆柱型孔板(5)；外层为扇环形直管、不加翅片的直管或翅片直管，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；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。
5.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，其特征在于：所述螺旋翅片盘管是由折翅处理的螺旋翅片直管沿以圆柱形水冷燃烧头的轴线为中心线的螺旋线盘绕而成；相邻螺旋翅片管接触，接触面是折翅处理后形成的折翅面，螺旋线的螺距小于螺旋翅片管的最外径，减小烟气流通的面积，提高预混气体流速，防止回火；预混气体从螺旋翅片之间的缝隙进入炉膛点火燃烧。
6.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，其特征在于：所述长圆形或矩形盘管是由截面为长圆形或矩形的直管沿以圆柱形水冷燃烧头的轴线为中心线的螺旋线盘绕而成，螺旋线的螺距大于直管截面的高度，形成螺旋形的缝隙，预混气体从螺旋缝隙进入炉膛点火燃烧；为防止回火，缝隙大小取0.2～4mm，以提高缝隙处预混气体流速。
7.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，其特征在于：所述水冷管束(1)为多段螺旋翅片盘管、长圆形或矩形盘管时，底座(3)和顶盖(4)与盘管之间会出现螺旋形缝隙，为防止预混气体从该螺旋形缝隙处泄露，采用螺旋形的耐火材料或耐热钢填补此缝隙。
8.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，其特征在于：所述圆柱形缝隙式全预混水冷燃烧头是锅炉受热面的一部分，需要通入锅炉工质以冷却；如果是燃气蒸汽锅炉时，水冷燃烧头从冷凝器之前或之后取水，再送回原处；如果是燃气热水锅炉，则从任意位置取水送入水冷燃烧头，再送回原处。
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