[發明專利]氣體脈沖發生器、氣體脈沖在線除垢方法和系統

有效

• 申請號: 200910138124.5
• 申請日: 2009-05-05
• 公開（公告）號: CN101879512A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發明（設計）人: 李文忠
• 申請（專利權）人: 李文忠
• 主分類號: B08B7/00
• 分類號: B08B7/00
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 夏青

技術領域

本發明涉及一種氣體脈沖發生器、氣體脈沖在線除垢方法和系統，具體涉及利用壓縮氣體形成氣體沖擊波在線清除氣化塔、工業爐、料斗等工業設備內部污垢的方法和系統。

技術背景

結垢是工業生產的普遍現象，生產設備內部產生的灰(煙)垢，化學反應污垢，微粒型污垢對生產影響很大：污垢首先降低了熱交換效率，降低了裝置的生產能力，增加能耗；其次，污垢的堆積減少了換熱管的截面，導致輸送壓力增加；再有，污垢縮短了生產裝置的運行周期，并常常成為裝置非計劃停車的原因，使生產成本大幅增加。結垢的處理一般只能停車清洗，至今尚無合適的在線(即生產裝置運行中)處理方法，在線處理可以大大地延長生產裝置的運行周期，并能相當大幅度地降低生產成本，是節能降耗的關鍵，有極大的現實意義。

鑒于結垢樣式和結垢設備的復雜多樣，以下結合生產中有代表性的設備和結垢類型進行分析。

氣化塔是煤化工重要的生產裝置，用于將煤氣化產生所需的工藝氣體。

以甲醇的煤化工生產裝置為例說明：

原料煤在氣化塔氣化轉化成煤氣，反應溫度高達900℃，原料煤含有灰分，工藝氣夾帶煤灰，含灰量與原料煤的灰分高低相關。氣化塔中，產生的900℃工藝氣進入冷卻段通過汽化冷卻器組冷卻到380℃，方可進入下道工序。

氣化塔冷卻段的汽化冷卻器組由多組盤管組成，管內通入去離子水，水汽化帶走熱量。但實際運行中，工藝氣夾帶的煤灰附著在盤管上，并且堆積、固化和板結，工藝氣體不能充分接觸冷卻盤管而得不到完全冷卻，致使工藝氣出口溫度超標，不得不停車清除灰垢，運行周期甚至縮短到只有一個月，極大增加了生產成本，成為節能降耗的最大難題。

工藝氣體的主要成分是H₂，CO，CO₂，壓力4MPa，煤灰中含有金屬氧化物M_xO，如CaO，MgO等，是高溫下分解產物：

M_xCO₃→M_xO+CO₂

但是，由于工藝氣中富含CO₂，溫度大幅降低之后，灰分里的金屬氧化物重新生成碳酸鹽：

M_xO+CO₂→M_xCO₃

這是一個固化、板結、老化的化學反應過程，加上煤灰的附著、堆積，使冷卻盤管大面積堵塞，氣流只能由某些通道通過，冷卻器換熱效率急劇下降，裝置很快不得不停車。

氣化塔裝備有振打器系統，由壓縮空氣驅動，通過連桿延伸至氣化塔里進行周期性敲打，將振動傳遞至冷卻盤管及其它部件，工作周期最短只有幾秒。振打器連桿延伸至溫度達上千度，壓力達4MPa的氣化爐中，材料要求很高，振打器連桿高溫高壓下的軟密封也不容易，工藝氣中富含易燃易爆的氫氣和一氧化碳，后者是致命的毒性氣體。因此，振打器是一套相當昂貴的系統，使用幾個兆帕的壓縮空氣驅動，幾秒鐘發射一次，耗氣量很大，運行成本非常高。遺憾的是，如此高強度和高頻率的敲打依然除灰效果不佳！主要原因是煤灰是疏松的，在工藝氣的含灰量比較高的情況下，振蕩便很難將盤管上的煤灰抖落干凈，而表層煤灰開始固化、板結之后，積灰——固化——積灰的進程便不可逆轉了。

使用低灰分原料煤可以延長生產裝置的運行周期，但是問題并未得到根本性解決，且使用低灰分原料煤不可避免的帶來供應、運輸和原料成本增加等問題。通過技術改造解決問題乃是上上之策。

中國專利CN?94237781.8報導了一種“沖擊波除垢器”，該專利使用火藥作為氣體脈沖的發生源，并不適應于氣化塔這類有嚴格防爆要求的工藝裝置。其次，該法與振打器系統相同，工作方式都是將振動傳遞于管壁、器壁之上以抖落煙灰，且有運行成本高，氣體脈沖能量不能隨意調整，不易安全使用等方面缺陷。

導入氣體沖擊波作用于煤灰進行直接清除是最佳選擇。周期性發射的，參數特征與氣體爆破沖擊波十分相近的定向氣體脈沖對冷卻盤管附著的輕質浮灰有非常高的清除效果和清除效率，在浮灰未完全板結、固化之前予以一定頻率的在線清除是解決之道。使用氮氣等化學惰性較大的氣體作為工作氣體，氣體脈沖長度＜0.1秒，數十到數百分鐘發射一次，視工藝氣體含灰量而加以調整，這樣，氣體脈沖除灰系統對工藝體系的擾動可以減低到可忽略程度，氣化塔冷卻盤管組因此能夠長時間保持高換熱效率，而無需停車除灰。相對于振打除灰系統，其運行氣體耗量、運行能耗都要低兩個數量級以上，裝備成本也比較低。