CN101876447B - 一种吹灰器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吹灰器，以解决现有的吹灰器和除灰剂喷洒系统不能很好地清除管式加热炉对流段中的炉管以及空气预热器中的换热管上的粘结性积灰的问题。本发明吹灰器设有进气系统、传动系统、吹灰管(93)和支架(5)。吹灰管上沿轴向设有两排吹灰喷嘴(94)，吹灰管内与其同轴设置有除灰剂喷洒管(91)。除灰剂喷洒管上沿轴向设有两排除灰剂喷嘴(92)，除灰剂喷嘴的上部由吹灰管的管壁伸出。每排除灰剂喷嘴分别相应地与每排吹灰喷嘴处于同一排，每一排吹灰喷嘴和除灰剂喷嘴中的吹灰喷嘴和除灰剂喷嘴交替地排列。吹灰管的进气段设有进气孔(95)。本发明主要用于石油炼制和石油化工领域的管式加热炉。

Description

一种吹灰器

技术领域

本发明涉及一种吹灰器，具体来说是涉及一种用于清除管式加热炉对流段中的炉管以及空气预热器中换热管上的积灰的吹灰器。

背景技术

在石油炼制和石油化工领域，随着原油性质的变化、含硫量的增多，管式加热炉对流段中的炉管以及空气预热器中换热管上的积灰结垢问题日趋严重，影响了传热效果。在积灰严重的情况下，炉管和换热管的传热能力大约降低30％～50％；这将使管式加热炉的热效率降低5％以上，而管式加热炉的燃料消耗占石油炼制和石油化工企业总能耗的30％～40％。如何有效地减少炉管和换热管上的积灰，确保炉管和换热管的传热效率保持在一个较高的水平上，对于延长管式加热炉的开工周期、节约燃料消耗是至关重要的。

目前国内普遍采用吹灰器来清除炉管和换热管上的积灰。中国专利CN201103913Y公开的同步节能高效蒸汽吹灰器，是由电机驱动齿轮副，齿轮副通过连接管驱动吹灰管，使之旋转。电机同时驱动凸轮，凸轮与蒸汽导通阀的阀杆系统相配合，使阀杆系统与吹灰管同步工作。水蒸汽由吹灰管上的喷嘴喷出，清除炉管和换热管上的积灰。国内使用较多的DG-III型蒸汽吹灰器，结构与工作方式与CN201103913Y所述的吹灰器相近，主要区别是使用蜗轮蜗杆而不是使用齿轮副。CN2639727Y公开了一种蒸汽吹灰器，设有两组吹灰管道、吹灰阀门和丁字喷头。丁字喷头甲用于清除过热器内的积灰，丁字喷头乙用于清除省煤器内的积灰。上述吹灰器用于清除管式加热炉对流段中的炉管以及空气预热器中换热管上的积灰时，存在的普遍问题是对粘结性积灰的吹扫效果不佳。粘结性积灰是燃料燃烧后形成的松散性积灰吸收烟气中的SO₃和蒸汽后在高温烟气环境中形成的紧密性积灰，它通常在管式加热炉烧燃料油或者含硫燃料气时产生。在管式加热炉对流段中的炉管以及空气预热器中的换热管上，都不同程度地存在着粘结性积灰。粘结性积灰牢固地粘附在炉管和换热管的管壁上，且相当坚硬，用水蒸汽不易吹扫干净。

为解决上述问题，通常是采用一套除灰剂喷洒系统清除粘结性积灰。除灰剂喷洒系统通过一根管道喷射水蒸汽，利用其喷射作用，通过一根与装有除灰剂的桶相连的管道将除灰剂从桶内吸出，并一同喷向炉管或换热管。炉管或换热管上的粘结性积灰(主要成分为Na₂S₂O₇)与除灰剂(主要成分为NaBO₂、Na₂O、Na₂CO₃、NaCl)融合在一起，发生化学反应，形成松散性积灰(主要成分为Na₂SO₄、B₂O₃)；典型的反应过程如下式所示：

2NaBO₂+Na₂S₂O₇→2Na₂SO₄+B₂O₃

Na₂O+Na₂S₂O₇→2Na₂SO₄

Na₂CO₃+Na₂S₂O₇→2Na₂SO₄+CO₂↑

然后，利用管式加热炉对流段以及空气预热器中烟气的抽力，将松散性积灰带走。这种方法存在的问题是，烟气只能带走一部分松散性积灰，炉管或换热管上仍然会存留有一部分松散性积灰，使除灰效果不够理想。另外，除灰剂喷洒系统没有固定装置，使用时各部件都靠人工搬运，喷洒除灰剂也都是靠人工操作；工作量大，操作烦琐，自动化程度低。

由于现有技术不能很好地清除管式加热炉对流段中的炉管以及空气预热器中的换热管上的粘结性积灰，从而严重地影响了管式加热炉的长周期、安全运行，制约了企业节能减排工作的开展，亟待改进解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种吹灰器，以解决现有的吹灰器和除灰剂喷洒系统不能很好地清除管式加热炉对流段中的炉管以及空气预热器中的换热管上的粘结性积灰的问题。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案是：一种吹灰器，设有进气系统、传动系统、吹灰管和支架，传动系统包括电机、减速器，吹灰管上沿轴向设有两排吹灰喷嘴，两排吹灰喷嘴之间的夹角为180度，其特征在于：所述的吹灰管内与其同轴设置有除灰剂喷洒管，除灰剂喷洒管上沿轴向设有两排除灰剂喷嘴，除灰剂喷嘴的上部由吹灰管的管壁伸出，每排除灰剂喷嘴分别相应地与每排吹灰喷嘴处于同一排，每一排吹灰喷嘴和除灰剂喷嘴中的吹灰喷嘴和除灰剂喷嘴交替地排列，吹灰管的进气段设有进气孔，吹灰管进气段和除灰剂喷洒管进料段的端部之间设有前封板，吹灰管和除灰剂喷洒管的末端设有后封板。

本发明用于清除管式加热炉对流段中的炉管以及空气预热器中换热管上的积灰，具有如下的有益效果：(1)操作过程中，首先向炉管或换热管喷洒除灰剂，使炉管或换热管上的粘结性积灰变成松散性积灰，接着用吹灰气体进行吹灰，就可以很容易地将炉管或换热管上的松散性积灰清除干净，取得良好的效果。最后再次向炉管或换热管喷洒除灰剂，除灰剂可与到达炉管或换热管上的灰粒迅速发生化学反应，促使灰粒形成松散性积灰，减轻灰粒形成粘结性积灰的程度；并且在执行下一次循环的吹灰操作时，向炉管或换热管喷洒除灰剂后，炉管或换热管上所形成的粘结性积灰就将处于除灰剂的两面包裹之中，更容易变成松散性积灰，并用吹灰气体吹扫干净。本发明详细的吹灰方法，见本说明书具体实施方式部分的说明。(2)本发明的吹灰气体吹扫的是松散性积灰而不是粘结性积灰；松散性积灰的灰垢易于剥落，从而使本发明可以使用较少量的吹灰气体和较低的吹灰气体压力，就可以将炉管或换热管吹扫干净，吹灰频次也可以大量减少。这样，可以节约大量的吹灰气体和电能。(3)本发明是用吹灰气体吹扫炉管或换热管上的松散性积灰，而不是利用管式加热炉对流段以及空气预热器中烟气的抽力带走一部分松散性积灰，因而本发明可以将炉管或换热管上的松散性积灰清除干净。(4)本发明吹灰器具有喷洒除灰剂和吹灰气体吹灰两种功能，结构紧凑。使用时安装于管式加热炉对流段或空气预热器的侧壁上，不需要人工搬运有关的部件。能够采用电控系统控制其操作，工作量小，操作简便，自动化程度高。

本发明主要用于石油炼制和石油化工领域的管式加热炉，高效清除管式加热炉对流段中的炉管以及空气预热器中换热管上的粘结性积灰，使管式加热炉可以长周期、安全运行；炉管和换热管的传热效率能保持在较高的水平上，从而可以节约燃料消耗。火力发电厂的水冷管管壁表面粘结性积灰的清除，也可以采用本发明。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。附图和具体实施方式并不限制本发明要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明吹灰器的结构示意图；所示吹灰器安装于管式加热炉对流段或空气预热器的侧壁上。

图2是图1所示吹灰器吹灰喷嘴和除灰剂喷嘴的放大示意图。

图3是图2中的A-A剖面图。

图1至图3中，相同附图标记表示相同的技术特征。

具体实施方式

参见图1、图2和图3，本发明的吹灰器，设有进气系统、传动系统、吹灰管93和支架5。传动系统包括电机1、减速器2，还设有链传动装置。链传动装置由主动链轮31、从动链轮32和链条33组成。主动链轮31与减速器2的输出轴相连，从动链轮32与吹灰管93相连，均可以采用平键连接等方式连接；从动链轮32还可以焊接在吹灰管93上。从动链轮32的直径一般大于主动链轮31的直径。所述吹灰器的减速器2为摆线针轮减速器，它可以是工业上各种常用的类型。本发明采用摆线针轮减速器，原因是其减速比较大(可以达到700～1500)。

吹灰管93上沿轴向设有两排吹灰喷嘴94，两排吹灰喷嘴94之间的夹角为180度。吹灰管93内与其同轴设置有除灰剂喷洒管91，两者之间形成环形空间。除灰剂喷洒管91上沿轴向设有两排除灰剂喷嘴92，除灰剂喷嘴92的上部由吹灰管93的管壁伸出。每排除灰剂喷嘴92分别相应地与每排吹灰喷嘴94处于同一排，每一排吹灰喷嘴94和除灰剂喷嘴92中的吹灰喷嘴94和除灰剂喷嘴92交替地排列。参见图2、图3以及图1，吹灰管93上设有开孔，除灰剂喷嘴92的上部由对应的开孔伸出，与开孔之间密封焊接。吹灰喷嘴94的底部与吹灰管93上对应的开孔之间也密封焊接。吹灰喷嘴94和除灰剂喷嘴92一般是在吹灰管93和除灰剂喷洒管91的直径方向上相对地成对设置。

吹灰管93的进气段设有进气孔95。吹灰管93进气段和除灰剂喷洒管91进料段的端部之间设有前封板96，吹灰管93和除灰剂喷洒管91的末端设有后封板97。前封板96和后封板97在所述的位置分别与吹灰管93和除灰剂喷洒管91密封焊接在一起。吹灰管93、吹灰喷嘴94、除灰剂喷洒管91、除灰剂喷嘴92、前封板96和后封板97，组成一个整体结构的部件。

所述吹灰器的进气系统围绕吹灰管93的进气段设有进气筒81。进气筒81的中部为进气腔86，进气腔86与吹灰管93进气段上所设的进气孔95和进气管7相通。进气筒81的两端与吹灰管93之间分别设有进气筒密封填料82和压盖，以防止进气腔86内的吹灰气体泄漏。进气管7上设有进气管电磁阀71。图1中，进气筒密封填料82设于进气筒81两端与吹灰管93之间的两个填料箱内，分别使用与进气筒81的两端通过法兰连接的前压盖831和后压盖832压紧密封。如图1所示，进气管7的一端焊接于进气筒81的中部，另一端与吹灰气体的气源总管相连(图1中未示出)。

在除灰剂喷洒管91进料段的端部设有混合腔85。混合腔85与除灰剂喷洒管91进料段的端部和除灰剂吸入管6的一端相通。图1中，混合腔85由一段与前压盖831焊接连接的连接管84的内腔构成；连接管84的另一端与除灰剂吸入管6中同与混合腔85相通的一端通过法兰相连。除灰剂吸入管6的另一端与除灰剂储罐相连(图1中未示出)，连接于除灰剂储罐内装纳除灰剂的部分；除灰剂储罐内除灰剂料位的上方为常压。

除灰剂吸入管6上连接有引射管61，引射管61上设有引射管电磁阀62。参见图1，引射管61由一段斜管和一段水平管组成。斜管的一端(引射管61的出口端)焊接连接于除灰剂吸入管6上，另一端与水平管的一端相连；水平管的另一端与引射气体的气源总管相连(图1中未示出)。引射管电磁阀62设于水平管上。斜管与除灰剂吸入管6之间的夹角α一般为30～40度。

当吹灰气体和引射气体为蒸汽(本发明说明书所述的蒸汽均指水蒸汽)或空气时，进气管7上所设的进气管电磁阀71、引射管61上所设的引射管电磁阀62可相应地采用蒸汽电磁阀或空气电磁阀。蒸汽电磁阀和空气电磁阀都可以采用工业上所常用的。

图1、图2和图3所示的吹灰喷嘴94可以采用现有吹灰器所常用的各种喷嘴，其轴心线与吹灰管93的轴心线相垂直。吹灰喷嘴94最好是采用拉瓦尔喷管结构(即收缩管-扩张管结构)，其喉部直径一般为4～7毫米。采用拉瓦尔喷管结构的目的是为了使吹灰气体能够由吹灰喷嘴94高速(1～2倍音速)喷出，以极大的动能快速清除掉炉管或换热管上的积灰。除灰剂喷嘴92为圆管结构，其轴心线与除灰剂喷洒管91的轴心线相垂直，内直径一般为5～8毫米。除灰剂喷嘴92的下部为螺纹连接段，与除灰剂喷洒管91之间通过螺纹相连。最好是通过锥管螺纹相连；因为锥管螺纹的密封性好，在吹灰器工作时除灰剂喷洒管91内的除灰剂和引射气体不会经螺纹连接处泄漏。

本发明吹灰器，吹灰管93、除灰剂喷洒管91、进气筒81、连接管4和除灰剂吸入管6一般均为圆形管，同轴设置；进气管7和引射管61一般也均为圆形管。其中，吹灰管93的外直径一般为50～60毫米，壁厚一般为4～5.5毫米。吹灰管93进气段上所设的进气孔95一般为圆形孔，直径一般为15～20毫米，数量一般为4～6个。除灰剂喷洒管91的外直径一般为32～40毫米，壁厚一般为3.5～4.5毫米。在同一排的吹灰喷嘴94和除灰剂喷嘴92中，相邻的吹灰喷嘴94与除灰剂喷嘴92之间的间距t一般为70～160毫米。间距t主要是根据管式加热炉对流段中横排炉管的管间距或是根据空气预热器中横排换热管的管间距确定(横排炉管或换热管是指炉管或换热管在水平方向上的管排)。

参见图1，本发明吹灰器安装于管式加热炉对流段或空气预热器的侧壁上，吹灰管93和除灰剂喷洒管91水平设置，由前侧壁11上的支撑孔穿过。前侧壁11外侧与吹灰管93之间设有前侧壁密封4(由焊接于前侧壁11外侧的填料箱和内设的密封填料组成)，以防止空气进入管式加热炉对流段内或进入空气预热器内。吹灰管93的末端支撑于后侧壁12上的支撑孔内；后侧壁12上的支撑孔外侧设有后侧壁封板14。前侧壁11和后侧壁12上的支撑孔内均预设有套管。电机1和减速器2支撑于支架5上，进气筒81通过连接件10连接于支架5上。支架5为钢结构件，焊接在前侧壁11的外侧。

吹灰管93和除灰剂喷洒管91的长度，主要根据前侧壁11和后侧壁12的间距确定。吹灰器在管式加热炉对流段或空气预热器的侧壁沿高度方向安装多台，一般是每隔5～7排横排炉管或换热管13安装一台吹灰器。

本发明图1所示吹灰器的传动系统，由电机1、减速器2、链传动装置(包括主动链轮31、从动链轮32和链条33)组成。进气系统主要由进气筒81、密封件(包括进气筒密封填料82、前压盖831和后压盖832)、进气腔86、进气管7、进气管电磁阀71组成。除灰剂吸入管6、引射管61和引射管电磁阀62，构成本发明吹灰器的除灰剂引射系统。在吹灰管93和除灰剂喷洒管91转动时，进气系统和除灰剂引射系统保持不动。

本发明吹灰器，吹灰管93、吹灰喷嘴94、除灰剂喷洒管91、除灰剂喷嘴92、前封板96和后封板97的材料一般为耐热不锈钢(如1Cr18Ni9Ti)；进气筒81、进气管7、除灰剂吸入管6、引射管61等部件的材料一般为碳钢。

下面结合图1至图3说明采用上述本发明的吹灰器进行吹灰的方法，所述吹灰方法由以下步骤组成：

A.电机1启动；电机1输出轴的转速一般为1500转/分钟左右，经减速器2减速、链传动装置传动，由从动链轮32带动吹灰管93并由此带动除灰剂喷洒管91整体旋转。

引射管电磁阀62开启，进气管电磁阀71关闭。引射气体气源总管中的引射气体经引射管61喷入除灰剂吸入管6，通过引射气体的喷射作用(引射气体在引射管61的出口处形成负压)，将除灰剂从除灰剂储罐吸入到除灰剂吸入管6。之后除灰剂和引射气体由除灰剂吸入管6进入混合腔85，混合后进入除灰剂喷洒管91，最后由除灰剂喷嘴92喷至炉管或换热管13上。炉管或换热管13上的粘结性积灰与除灰剂融合在一起，发生化学反应，形成松散性积灰；反应式参见本说明书的背景技术部分。

B.引射管电磁阀62关闭，进气管电磁阀71开启。吹灰气体气源总管中的吹灰气体经进气管7进入进气腔86，再由进气孔95进入吹灰管93与除灰剂喷洒管91之间的环形空间。最后，由吹灰喷嘴94喷至炉管或换热管13上，对炉管或换热管13进行吹灰，清除掉炉管或换热管13上的松散性积灰。

C.引射管电磁阀62开启，进气管电磁阀71关闭。引射气体气源总管中的引射气体经引射管61喷入除灰剂吸入管6，通过引射气体的喷射作用，将除灰剂从除灰剂储罐吸入到除灰剂吸入管6。之后除灰剂和引射气体由除灰剂吸入管6进入混合腔85，混合后进入除灰剂喷洒管91，最后由除灰剂喷嘴92喷至炉管或换热管13上。

步骤C操作完成后，引射管电磁阀62关闭，同时电机1停止运转，完成一次吹灰过程。

在步骤C中，喷至炉管或换热管13上的除灰剂(主要成分为NaBO₂、Na₂O、Na₂CO₃、NaCl)可与到达炉管或换热管13上的灰粒[主要成分为Fe₂(SO₄)₃、Al₂(SO₄)₃]迅速发生化学反应，促使灰粒形成松散性积灰，减轻灰粒形成粘结性积灰的程度；典型的反应过程如下式所示：

6NaCl+Fe₂(SO₄)₃→3Na₂SO₄+2FeCl₃

6NaCl+Al₂(SO₄)₃→3Na₂SO₄+2AlCl₃

反应所形成的FeCl₃、AlCl₃迅速升华，松散性积灰的主要成分为Na₂SO₄。并且在执行下一次循环的吹灰操作时，向炉管或换热管喷洒除灰剂后，炉管或换热管上所形成的粘结性积灰就将处于除灰剂的两面包裹之中，更容易变成松散性积灰，并用吹灰气体吹扫干净。所以，步骤C可以认为是为了执行下一次循环的吹灰操作所采取的一个准备步骤。在炉管或换热管13上的积灰达到需要清除的程度时，即再次执行上述步骤A、步骤B、步骤C的操作。

在上述由步骤A、步骤B、步骤C所组成的整个吹灰操作过程中，引射气体和吹灰气体均可以采用过热中压水蒸汽；引射气体的气源压力一般为0.4～0.7MPa，吹灰气体的气源压力一般为0.7～1.2MPa。引射气体和吹灰气体还均可以采用常温压缩空气；引射气体的气源压力一般也为0.4～0.7MPa，吹灰气体的气源压力一般也为0.7～1.2MPa。所有压力均为表压。

在上述由步骤A、步骤B、步骤C所组成的整个吹灰操作过程中，吹灰管93和除灰剂喷洒管91整体旋转的转速一般为1～2转/分钟。本发明主要是依靠减速器2减速；链传动装置(主动链轮31、从动链轮32和链条33)主要只起到传动作用，同时可以进一步少量减速。在步骤A、步骤B和步骤C中，吹灰管93和除灰剂喷洒管91一般均整体旋转1～2周。试验表明，在上述的转速和旋转圈数下，除灰剂喷嘴92喷出的除灰剂可以充分地分布到炉管或换热管13的表面，吹灰喷嘴94喷出的吹灰气体可以充分地吹扫炉管或换热管13的表面。

除灰剂和引射气体的混合物由除灰剂喷嘴92喷出的速度要求不高，只要能使除灰剂均匀地喷洒到炉管或换热管13的表面即可。为此除灰剂喷嘴92可以采用圆管结构，引射气体的气源压力也较低。除灰剂和引射气体的混合物由除灰剂喷嘴92喷出的速度一般为150～200米/秒。吹灰气体由吹灰喷嘴94喷出的速度要求较高，目的是使吹灰气体能以极大的动能快速清除掉炉管或换热管13上的积灰(包括松散性积灰和残留的粘结性积灰)。为此吹灰喷嘴94最好是采用拉瓦尔喷管结构，吹灰气体的气源压力也较高。吹灰气体由吹灰喷嘴94喷出的速度一般为1～2倍音速(340～680米/秒)。

本发明吹灰器在操作过程中，电机1的启动和停转、引射管电磁阀62和进气管电磁阀71的启闭，均可以采用常规的电控系统(例如可编程逻辑控制器PLC)控制，附图和详细说明从略。根据不同吹灰场合的需要，电控系统还可以控制电机1进行正转、反转、在180度或在360度范围内转动，使吹灰管93和除灰剂喷洒管91产生相应方式的整体转动，以达到最佳的除灰剂喷洒效果和吹灰气体吹灰效果。

Claims (4)

1.一种吹灰器，设有进气系统、传动系统、吹灰管(93)和支架(5)，传动系统包括电机(1)、减速器(2)，吹灰管(93)上沿轴向设有两排吹灰喷嘴(94)，两排吹灰喷嘴(94)之间的夹角为180度，其特征在于：所述的吹灰管(93)内与其同轴设置有除灰剂喷洒管(91)，除灰剂喷洒管(91)上沿轴向设有两排除灰剂喷嘴(92)，除灰剂喷嘴(92)的上部由吹灰管(93)的管壁伸出，每排除灰剂喷嘴(92)分别相应地与每排吹灰喷嘴(94)处于同一排，每一排吹灰喷嘴(94)和除灰剂喷嘴(92)中的吹灰喷嘴(94)和除灰剂喷嘴(92)交替地排列，吹灰管(93)的进气段设有进气孔(95)，吹灰管(93)进气段和除灰剂喷洒管(91)进料段的端部之间设有前封板(96)，吹灰管(93)和除灰剂喷洒管(91)的末端设有后封板(97)。

2.根据权利要求1所述的吹灰器，其特征在于：所述的减速器(2)为摆线针轮减速器，吹灰器的传动系统设有链传动装置，链传动装置由主动链轮(31)、从动链轮(32)和链条(33)组成，主动链轮(31)与减速器(2)的输出轴相连，从动链轮(32)与吹灰管(93)相连，所述吹灰器的进气系统围绕吹灰管(93)的进气段设有进气筒(81)，进气筒(81)的中部为进气腔(86)，进气腔(86)与吹灰管(93)进气段上所设的进气孔(95)和进气管(7)相通，进气筒(81)的两端与吹灰管(93)之间分别设有进气筒密封填料(82)和压盖，进气管(7)上设有进气管电磁阀(71)，在除灰剂喷洒管(91)进料段的端部设有混合腔(85)，混合腔(85)与除灰剂喷洒管(91)进料段的端部和除灰剂吸入管(6)的一端相通，除灰剂吸入管(6)上连接有引射管(61)，引射管(61)上设有引射管电磁阀(62)。

3.根据权利要求1或2所述的吹灰器，其特征在于：吹灰喷嘴(94)为拉瓦尔喷管结构，其喉部直径为4～7毫米，除灰剂喷嘴(92)为圆管结构，其内直径为5～8毫米，除灰剂喷嘴(92)的下部为螺纹连接段，与除灰剂喷洒管(91)之间通过锥管螺纹相连。

4.根据权利要求1或2所述的吹灰器，其特征在于：吹灰管(93)的外直径为50～60毫米，壁厚为4～5.5毫米，吹灰管(93)进气段上所设的进气孔(95)为圆形孔，直径为15～20毫米，数量为4～6个，除灰剂喷洒管(91)的外直径为32～40毫米，壁厚为3.5～4.5毫米，在同一排的吹灰喷嘴(94)和除灰剂喷嘴(92)中，相邻的吹灰喷嘴(94)与除灰剂喷嘴(92)之间的间距(t)为70～160毫米。

Images