專利名稱：脈沖爆轟清潔系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請主要涉及脈沖爆轟清潔系統(tǒng)及方法，且更具體地涉及使用外部燃料-空氣混合物的燃燒來清潔管和其它類型的封閉式表面的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)鍋爐通過使用熱源以由水或其它類型的工作流體產(chǎn)生蒸汽來操作。蒸汽可用于驅(qū)動渦輪或其它類型的負載。熱源可為在其中燃燒燃料-空氣混合物的燃燒器。熱可從燃燒器經(jīng)由熱交換器傳遞至工作流體。然而，燃燒燃料-空氣混合物可在燃燒器、熱交換器等的表面上生成殘余物。此外，流經(jīng)熱交換器的管和其它類型的封閉件的工作流體也可在其中產(chǎn)生殘余物和其它沉積物。這些殘余物和其它沉積物的存在可抑制對于工作流體的有效熱傳遞。這種效率的降低可由來自過程后端的排出氣體溫度升高和保持蒸汽產(chǎn)出和能量輸出所需的燃料燃燒速率提高來反映。因此，周期性地除去殘余物和沉積物可有助于保持總體系統(tǒng)效率。典型的是，完全除去沉積物通常需要在執(zhí)行清潔過程的同時使鍋爐或其它系統(tǒng)停機。加壓蒸汽、水射流、聲波、機械錘擊和其它方法已用于在脫機(offline)的同時除去這些內(nèi)部沉積物。例如，機械方法可包括不同類型的刷子、集管和矛狀物(lance)機械地穿過管。化學(xué)方法可包括使用不同類型的化學(xué)溶液。氣動/液壓方法可使用壓縮空氣或高壓水射流。還可使用真空方法。最后，這些方法的組合也是公知的。最近，已采用了爆轟式燃燒裝置。具體而言，鍋爐、熱交換器管或其它系統(tǒng)外的脈沖爆轟燃燒器可用于生成可在其中引導(dǎo)的一系列爆轟或準爆轟。高速沖擊波經(jīng)由鍋爐、管或以其它方式傳播，且使沉積物從其中的表面松脫。脈沖爆轟燃燒器系統(tǒng)產(chǎn)生快速的清潔， 但趨于需要較大的覆蓋區(qū)。此外，沖擊波的強度/有效性隨其遠離爆轟燃燒器的傳播而減小，使得存在對于清潔范圍的限制。因此，期望的是能夠快速地操作以除去鍋爐、熱交換器管等中的內(nèi)部沉積物來最大限度地減小停機時間的清潔系統(tǒng)及方法。還期望的是該系統(tǒng)和方法可在現(xiàn)有環(huán)境內(nèi)操作，也即該系統(tǒng)能夠物理地配合在現(xiàn)有的空間極限內(nèi)，同時能夠通過遍及容器的最強壓力波到達需要清潔的所有管或其它表面。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本申請?zhí)峁┝艘环N用于清潔封閉式結(jié)構(gòu)的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)。該脈沖爆轟清潔系統(tǒng)可包括脈沖爆轟燃燒器清潔器和外部燃料-空氣流。脈沖爆轟燃燒器清潔器將外部燃料-空氣流輸送至封閉式結(jié)構(gòu)中以及點燃外部燃料-空氣流以清潔封閉式結(jié)構(gòu)。本申請還提供了一種利用脈沖爆轟燃燒器清潔器清潔封閉式結(jié)構(gòu)的方法。該方法可包括以下步驟圍繞封閉式結(jié)構(gòu)的入口定位脈沖爆轟燃燒器，使外部燃料-空氣混合物從脈沖爆轟燃燒器清潔器流入封閉式結(jié)構(gòu)中，以及點燃外部燃料-空氣混合物以清潔封閉式結(jié)構(gòu)。
本申請還提供了一種用于清潔管的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)。脈沖爆轟清潔系統(tǒng)可包括具有燃燒室的脈沖爆轟燃燒器清潔器、與燃燒室連通的空氣流，以及與燃燒室連通的氣流。 空氣流和氣流在燃燒室中混合以形成外部燃料-空氣流，使得脈沖爆轟燃燒器清潔器將外部燃料-空氣流輸送至管中且點燃外部燃料-空氣流以清潔管。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通過查閱以下詳細描述，同時結(jié)合多個附圖和所附權(quán)利要求，本申請的這些及其它特征和改進將變得明顯。


圖1為公知的脈沖爆轟燃燒器清潔器的簡圖。圖2為如可在文中描述的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)的簡圖。圖3為在多管熱交換器中使用的圖2中的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)的透視圖。圖4為在具有集管的多管熱交換器中使用的圖2中的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)的透視圖。零件清單100脈沖爆轟清潔器110 空氣入口120 燃料入口130 出口開孔140 壁150 管160燃燒室170中心體180 開口190空氣孔200燃料倉室210燃料孔220點火裝置230障礙物240爆轟波250脈沖爆轟清潔系統(tǒng)255空氣流260燃料流265燃料-空氣流270封閉式結(jié)構(gòu)275熱交換器280 管290 Λ 口300熱交換器310 集管
320 入口
具體實施例方式如本文所用，用語"脈沖爆轟燃燒器"(“PDC")是指由燃料和氧化劑的爆轟或準爆轟產(chǎn)生升壓和提速兩者的裝置或系統(tǒng)。PDC可以重復(fù)模式操作以在裝置內(nèi)產(chǎn)生多個爆轟或準爆轟?！氨Z"可為其中沖擊波連接至燃燒區(qū)的超音速燃燒。沖擊可由來自燃燒區(qū)的能量釋放來維持，以便導(dǎo)致燃燒產(chǎn)物處在高于燃燒反應(yīng)物的壓力?！皽时Z"可為超音速湍流燃燒過程，其產(chǎn)生升壓和提速高于由亞音速爆燃波產(chǎn)生的升壓和提速。為了簡單起見，如本文所用的用語"爆轟"或"爆轟波"將包括爆轟和準爆轟兩者。示例性的PDC(其中的一些將在下文更為詳細描述)包括用于點燃燃料/氧化劑混合物的燃燒的點火裝置，以及在其中由燃燒引發(fā)的壓力波前(front)結(jié)合以產(chǎn)生爆轟波的爆轟室。各爆轟或準爆轟均可由外部點火源引發(fā)，如火花放電、激光脈沖、熱源或等離子點火器，或由氣體動態(tài)過程引發(fā)，如沖擊會聚、自動點火或來自于其它來源(交叉火焰點火)的現(xiàn)有爆轟波。爆轟室的幾何形狀可容許在爆轟波后方升壓，以便驅(qū)動爆轟波和還將燃燒產(chǎn)物自身吹出PDC的排氣口(exhaust)。各種室?guī)缀涡螤罹芍С直Z形成，包括圓形室、管、共振腔、反射區(qū)以及環(huán)形室。 此類室設(shè)計可具有在面積和形狀兩者上恒定或變化的截面。示例性室包括圓柱形管和具有多邊形截面的管，舉例來說，例如六邊形管。如本文所用，“下游"是指燃料或氧化劑的其中至少一個的流動方向?，F(xiàn)參看附圖，其中相似的數(shù)字在所有多幅圖中表示相似的元件，圖1示出了脈沖爆轟燃燒器清潔器100的實例。PDC清潔器100可沿所示的χ軸線從包括空氣入口 110和燃料入口 120的上游頭端延伸至位于下游端處的出口開孔130。PDC清潔器100的開孔130 可附接到鍋爐、熱交換器或待清潔的其它結(jié)構(gòu)的壁140上。管150可從頭端延伸至開孔130， 以便在其中限定燃燒室160?？諝馊肟?110可連接到壓縮空氣源上。壓縮空氣可用于填充和凈化燃燒室160，且還可用作對于燃燒燃料的氧化劑?？諝馊肟?110可連接到中心體170上，中心體170可沿管150軸線延伸且延伸至燃燒室160中。中心體170可為大致圓柱形管的形式，其從空氣入口 102延伸且漸縮至下游開口 180。中心體170還可包括沿其長度的一個或多個空氣孔190。空氣孔190可容許流經(jīng)中心體170的空氣進入室160的上游端。中心體170的開口 180和空氣孔190可容許將定向速度給予經(jīng)由空氣入口 110饋送至管150中的空氣。這種定向流可用于加強噴射空氣中的湍流，且還改善存在于管150頭端中的流動內(nèi)的燃料與空氣的混合。空氣孔190可圍繞中心體170的軸線設(shè)置在多個成角和軸向的位置處?？諝饪?190的角可對于中心體170的軸線為完全徑向的。在其它實例中，空氣孔190可沿軸向方向和圓周方向成角，以便將向下游或旋轉(zhuǎn)速度給予來自于中心體170的流動。經(jīng)過中心體 170的流動還可用于向中心體170提供冷卻，以便防止可導(dǎo)致在其中劣化的過度熱聚集。燃料入口 120可連接至供送的燃料，該燃料可在燃燒室160內(nèi)燃燒。燃料倉室200 可連接到燃料入口 120上。燃料倉室200可為圍繞管150的頭端圓周延伸的腔。大量燃料孔210可使燃料倉室200的內(nèi)部與管150的內(nèi)部相連。燃料孔210可沿徑向從燃料倉室 200延伸，且延伸進入管150的壁和中心體170之間的環(huán)形空間中。如空氣孔190那樣，燃料孔210也可設(shè)置在多種軸向位置和周向位置處。此外，燃料孔210可對準以完全沿徑向方向延伸，或可相對于徑向方向沿軸向或周向地傾斜。燃料可噴射到室160中，以便與經(jīng)過中心體170的空氣孔190的空氣流相混合。 燃料和空氣的混合可通過空氣孔190和燃料孔210的相關(guān)布置來加強。例如，通過將燃料孔210布置在一定位置使得燃料噴射到由經(jīng)過空氣孔190的流動所產(chǎn)生的強湍流區(qū)中，燃料和空氣可更快地混合以便產(chǎn)生更容易燃燒的燃料/空氣混合物。燃料可經(jīng)由閥穿過燃料入口 120供送至燃料倉室200，該閥容許對經(jīng)由其的燃料流的主動控制。點火裝置220可設(shè)置在管150的頭端附近。點火裝置220可沿管150的壁定位在與中心體170端部類似的軸向位置處。該位置容許分別經(jīng)過孔190、210的燃料和空氣在流過點火裝置220之前混合。點火裝置220可連接到控制器上，以便在期望的時間操作點火裝置220以及向監(jiān)測操作提供反饋信號。管150還可包含設(shè)置在沿其長度的各種位置上的許多障礙物230。障礙物230可采用肋條、凹口、銷釘或任何結(jié)構(gòu)的形式。障礙物230在尺寸、形狀或位置上為均勻或任意的。當(dāng)燃燒沿管150的長度傳播且在燃燒前沿到達開孔130之前加速燃燒前沿成為爆轟波 240時，障礙物230可用于加強燃燒。本文所示的障礙物230可與管150的壁通過熱學(xué)方式形成一體。障礙物230可包括器件，這些器件機械加工在壁中，與壁一體形成(例如，通過鑄造或鍛造)，或附接到壁上，例如通過焊接。其它類型的制造技術(shù)也可在這里使用。因此，空氣經(jīng)由空氣入口 110進入，且穿過中心體170的下游開口 180和空氣孔 190。同樣，燃料流過燃料入口 120且穿過燃料倉室200的氣孔210。然后，燃料和空氣由點火裝置220點燃而形成燃燒流和最終產(chǎn)生的爆轟波M0。爆轟波240可沿內(nèi)管270的長度延伸。湍流可由其中的障礙物230提供。然后，爆轟波240可經(jīng)由出口開孔130離開，使得爆轟波240可用于鍋爐、熱交換器等中的清潔目的。其它構(gòu)造也可在這里使用。本文中的管150、障礙物230、中心體170以及其它元件可使用適于經(jīng)受與重復(fù)爆轟相關(guān)聯(lián)的溫度和壓力的多種材料制成。這些材料可包括但不限于鉻鎳鐵合金、不銹鋼、 鋁、碳鋼等。其它材料也可在這里使用。圖2示出了如可在文中描述的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)250的實例。脈沖爆轟清潔系統(tǒng) 250可包括PDC清潔器100或相似類型的脈沖爆轟裝置。脈沖爆轟清潔系統(tǒng)250可以與上文所述的相似的方式與空氣流255和燃料流沈0連通。脈沖爆轟清潔系統(tǒng)250的PDC清潔器100還可產(chǎn)生如在下文更為詳細描述的外部燃料-空氣流沈5，以便清潔任何類型的封閉式表面270。例如，圖3示出了結(jié)合作為封閉式表面270的熱交換器275的實例使用的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)250。具體而言，脈沖爆轟清潔系統(tǒng)250可結(jié)合整個熱交換器270內(nèi)的管280使用。其它構(gòu)造也可在這里使用。在使用中，PDC清潔器100可圍繞熱交換器270的管280的入口 290或其它類型的結(jié)構(gòu)定位?？諝饬?55可經(jīng)由空氣入口 110進入，且穿過PDC清潔器100的中心體170的下游開口 180和空氣孔190。同樣，燃料流260可流經(jīng)燃料入口 120和燃料倉室200的氣孔 210。代替由點火裝置220立即點燃，空氣流255和燃料流260可在燃燒室160內(nèi)混合并形成外部燃料-空氣流265。外部燃料-空氣流265可穿出PDC清潔器100且進入管觀0的入口 290中。因此，外部燃料-空氣流265可填充管觀0。然后，點火裝置220可點燃外部燃料-空氣流沈5，以便在燃燒室160內(nèi)產(chǎn)生爆轟波240且穿出管280的長度。爆轟波240 可以超音速經(jīng)由其傳播，且在管280內(nèi)生成高局部壓力。這種高局部壓力可用于清潔管280 內(nèi)的殘余物和其它沉積物。然后，該過程可對于熱交換器275內(nèi)的任何或所有其它管觀0重復(fù)。圖4示出了熱交換器300的另一實施例。在該實施例中，熱交換器300還包括位于其中的大量管觀0。熱交換器300還包括集管310。集管310可與各管280連通。集管 310可具有單個入口 320。其它構(gòu)造也可在這里使用。如上文所述，脈沖爆轟清潔系統(tǒng)250可使用PDC清潔器100和外部燃料-空氣流 265來清潔其中的管觀0。具體而言，PDC清潔器100可圍繞集管310的入口 320定位。PDC 清潔器100可向集管310的入口 320提供燃料-空氣流沈5，使得燃料-空氣流265填充集管310和熱交換器300的各管觀0。然后，點火裝置220可點燃外部燃料-空氣流沈5，以便形成爆轟波對0。如上文所述，爆轟波240可以超音速傳播穿過所有管280且生成高局部壓力。高局部壓力清潔各管觀0，以便除去其中的殘余物或其它沉積物。盡管就清潔熱交換器270，300的管280而言描述了脈沖爆轟清潔系統(tǒng)250，但脈沖爆轟清潔系統(tǒng)250可結(jié)合任何類型的熱交換器、鍋爐、管線或其它類型的封閉式結(jié)構(gòu)270來使用。因此，脈沖爆轟清潔系統(tǒng)250生成受控的超聲波以提供在其中的清潔。多個脈沖爆轟清潔系統(tǒng)250可在這里一起使用。同樣，脈沖爆轟清潔系統(tǒng)250可結(jié)合其它類型的清潔系統(tǒng)等來使用。應(yīng)認識到的是，上文僅涉及本申請的一些實施例，以及在不脫離由所附權(quán)利要求及其等同物所限定的本發(fā)明的總體精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可作出許多變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于清潔封閉式結(jié)構(gòu)O70)的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)050)，包括脈沖爆轟燃燒器清潔器(100)；以及外部燃料-空氣流065)；其中，所述脈沖爆轟燃燒器清潔器(100)將所述外部燃料-空氣流( )輸送至所述封閉式結(jié)構(gòu)O70)中并點燃所述外部燃料-空氣流065)以清潔所述封閉式結(jié)構(gòu)070)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)050)，其特征在于，所述脈沖爆轟清潔系統(tǒng)(250)還包括與所述脈沖爆轟燃燒器清潔器(100)連通的空氣流(25 和燃料流(沈0)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)050)，其特征在于，所述脈沖爆轟燃燒器清潔器(100)包括用以在其中混合所述空氣流(25 和所述燃料流(沈0)的燃燒室(160)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)050)，其特征在于，所述脈沖爆轟燃燒器清潔器(100)包括用以點燃所述外部燃料-空氣流065)的點火裝置020)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)050)，其特征在于，所述脈沖爆轟清潔系統(tǒng)(250)還包括由所述外部燃料-空氣流( 點燃產(chǎn)生的多個爆轟波040)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)050)，其特征在于，所述封閉式結(jié)構(gòu) (270)包括管(280)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)050)，其特征在于，所述封閉式結(jié)構(gòu) (270)包括熱交換器(275)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)050)，其特征在于，所述封閉式結(jié)構(gòu) (270)包括具有與多個管(觀0)連通的集管(310)的熱交換器(300)。
9.一種利用脈沖爆轟燃燒器清潔器(100)清潔封閉式結(jié)構(gòu)O70)的方法，包括圍繞所述封閉式結(jié)構(gòu)O70)的入口(四0)定位所述脈沖爆轟燃燒器清潔器(100)；使外部燃料-空氣混合物(26 從所述脈沖爆轟燃燒器清潔器(100)流入所述封閉式結(jié)構(gòu)Q70)中；以及點燃所述外部燃料-空氣混合物065)以清潔所述封閉式結(jié)構(gòu)070)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括以下步驟在燃燒室 (160)中混合燃料流(25 和空氣流Q60)以形成所述外部燃料-空氣流065)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，使外部燃料-空氣流( )從所述脈沖爆轟燃燒器清潔器(100)流入所述封閉式結(jié)構(gòu)(270)中的步驟包括使所述外部燃料-空氣流(265)流入管(280)中。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，使外部燃料-空氣流(沈5)從所述脈沖爆轟燃燒器清潔器(100)流入所述封閉式結(jié)構(gòu)中的步驟包括使所述外部燃料-空氣流 (265)流入熱交換器(275)中。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，使外部燃料-空氣流( )從所述脈沖爆轟燃燒器清潔器(100)流入所述封閉式結(jié)構(gòu)(270)中的步驟包括使所述外部燃料-空氣流( )流入具有與多個管(觀0)連通的集管(310)的熱交換器(300)中。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述封閉式結(jié)構(gòu) (270)內(nèi)形成多個爆轟波O40)的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括由所述多個爆轟波 (240)形成高壓的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及脈沖爆轟清潔系統(tǒng)及方法。具體而言，本申請?zhí)峁┝艘环N用于清潔封閉式結(jié)構(gòu)(270)的脈沖爆轟清潔系統(tǒng)(250)。脈沖爆轟清潔系統(tǒng)(250)可包括脈沖爆轟燃燒器清潔器(100)和外部燃料-空氣流(265)。脈沖爆轟燃燒器清潔器(100)將外部燃料-空氣流(265)輸送至封閉式結(jié)構(gòu)(270)中并點燃外部燃料-空氣流(265)以清潔封閉式結(jié)構(gòu)(270)。
文檔編號F23J3/02GK102444896SQ201110309909
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月1日
發(fā)明者D·M·查平, 張?zhí)扈?申請人:通用電氣公司