CN101846325B - 一种吹灰器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吹灰器，以解决现有吹灰器所存在的运行故障率较高、吹灰区域存在死角、吹灰效果较差等问题。本发明吹灰器的传动系统由电机、减速器和链传动装置组成，减速器为摆线针轮减速器。吹灰管设有内吹灰管和外吹灰管，其上分别设有内吹灰管喷嘴和外吹灰管喷嘴。内吹灰管喷嘴倾斜段和外吹灰管喷嘴相对于吹灰管的轴心线倾斜设置。外吹灰管的进气段设有进气孔。吹灰器的进气系统设有进气筒，其中部的第二进气腔与进气孔和第二进气管相通。在内吹灰管进气段的端部设有第一进气腔，与内吹灰管进气段的端部和第一进气管相通。第一进气管上设有第一电磁阀，第二进气管上设有第二电磁阀。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。上述吹灰器存在的问题是，传动系统复杂，使用凸轮和齿轮副或蜗轮蜗杆等传动部件。由于管式加热炉周围运行环境较为恶劣(例如存在酸性气体腐蚀，烟尘、灰尘粘结，雨水侵蚀等)，使现有吹灰器在使用过程中传动系统的部件易出现锈蚀、卡涩、损坏，运行故障率较高；使用周期短(使用1年左右即需检修)，维护工作量大。另外，现有吹灰器的吹灰管均为单管结构，所设喷嘴的数量相对较少，因而喷射点较少，在吹扫的区域会产生吹灰死角。喷嘴一般均为直喷型，与吹灰管的轴心线相垂直；由于受与吹灰管平行且与之邻近的第1～2排炉管或换热管的阻碍，喷嘴喷射的气流对第3排以后的炉管或换热管吹灰效果较差。这些问题都严重地影响了管式加热炉的长周期、高效运行，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，以解决现有吹灰器所存在的运行故障率较高、吹灰区域存在死角、吹灰效果较差等问题。

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喷嘴排，两排喷嘴排之间的夹角为180度，其特征在于：吹灰管设有内吹灰管和外吹灰管，吹灰管上沿轴向所设的两排喷嘴排，每排喷嘴排由交替排列的内吹灰管喷嘴和外吹灰管喷嘴构成，内吹灰管喷嘴设于内吹灰管上，内吹灰管喷嘴的上部为内吹灰管喷嘴倾斜段，由外吹灰管的管壁伸出，外吹灰管喷嘴设于外吹灰管上，每排喷嘴排内的内吹灰管喷嘴倾斜段和外吹灰管喷嘴相对于吹灰管的轴心线倾斜设置，倾斜方向一致，两排喷嘴排的内吹灰管喷嘴倾斜段和外吹灰管喷嘴相互间相对于吹灰管轴心线的倾斜方向相反，外吹灰管的进气段设有进气孔，内吹灰管和外吹灰管进气段的端部之间设有前封板，内吹灰管和外吹灰管的末端设有后封板，所述吹灰器的进气系统围绕外吹灰管的进气段设有进气筒，进气筒的中部为第二进气腔，第二进气腔与外吹灰管进气段上所设的进气孔和第二进气管相通，进气筒的两端与外吹灰管之间分别设有进气筒密封填料和压盖，在内吹灰管进气段的端部设有第一进气腔，第一进气腔与内吹灰管进气段的端部和第一进气管相通，第一进气管上设有第一电磁阀，第二进气管上设有第二电磁阀，所述吹灰器的减速器为摆线针轮减速器，所述吹灰器的传动系统设有链传动装置，由主动链轮、从动链轮和链条组成，主动链轮与减速器的输出轴相连，从动链轮与外吹灰管相连。

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)本发明的传动系统，采用电机-减速器-链传动装置使吹灰管旋转，用链传动装置代替了现有吹灰器传动系统中所使用的齿轮副或蜗轮蜗杆等形式的笨重传动部件，同时不设置用于驱动蒸汽导通阀阀杆系统的凸轮(本发明进气系统使用进气筒、第一进气管、第二进气管、第一电磁阀、第二电磁阀等部件代替了现有吹灰器进气系统中所使用的蒸汽导通阀和凸轮)。链传动装置带动吹灰管旋转，轻巧、稳定、可靠，避免了现有吹灰器在使用过程中传动系统的部件易出现锈蚀、卡涩、损坏的现象，使吹灰器的运行故障率显著降低，可实现三年或者更长时间使用周期的免维护安全运行，维护工作量大大减少。(2)本发明的吹灰管为双管结构(内吹灰管和外吹灰管)，内吹灰管和外吹灰管上分别设有内吹灰管喷嘴和外吹灰管喷嘴，使吹灰管上喷嘴的设置数量与现有吹灰器的单管结构吹灰管上所设喷嘴的数量相比大致可以增加一倍。吹灰时，由于喷射点增多，吹灰气体几乎能扫过所有的炉管或换热管表面，所以在吹扫区域基本上可以消除吹灰死角，显著提高吹灰效果。现有吹灰器的吹灰管为单管结构，如果喷嘴的设置数量过多，往往会受到进气总管气源压力的限制，喷嘴达不到应有的吹灰气体喷射速度，从而影响吹灰效果。而本发明吹灰管上所设的内吹灰管喷嘴和外吹灰管喷嘴是轮流喷射的(参见本发明说明书具体实施方式部分的说明)，不存在这方面的问题。(3)本发明，每排喷嘴排内的内吹灰管喷嘴倾斜段和外吹灰管喷嘴相对于吹灰管的轴心线倾斜设置；根据实际使用情况，使内吹灰管喷嘴倾斜段和外吹灰管喷嘴与吹灰管轴心线之间的夹角与斜排炉管或换热管排列的角度相同(斜排炉管或换热管是指炉管或换热管在相对于吹灰管的轴心线倾斜的方向上的管排)，并且设计、安装时在所有相邻两排斜排炉管或换热管之间的位置设置一个内吹灰管喷嘴或一个外吹灰管喷嘴。这样在吹灰时，与吹灰管平行且与之邻近的第1～2排炉管或换热管就不会阻碍喷嘴喷射的气流，喷射气流对第3排以后的炉管或换热管也能达到较高的吹扫动能，具有良好的吹灰效果。

本发明吹灰器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积灰。由于可长周期连续使用、吹灰效果好，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所示吹灰器内吹灰管喷嘴和外吹灰管喷嘴的放大示意图。

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9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与外吹灰管93相连，均可以采用平键连接等方式连接；从动链轮32还可以焊接在外吹灰管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9上沿轴向设有两排喷嘴，两排喷嘴之间的夹角为180度。吹灰管9设有内吹灰管91和外吹灰管93，吹灰管9上的每排喷嘴为交替排列的内吹灰管喷嘴92和外吹灰管喷嘴94。内吹灰管喷嘴92设于内吹灰管91上，分为上部和下部。上部为内吹灰管喷嘴倾斜段921，由外吹灰管93的管壁伸出；下部与内吹灰管91相连。外吹灰管喷嘴94设于外吹灰管93上。参见图2、图3以及图1，外吹灰管93上设有开孔，内吹灰管喷嘴倾斜段921由对应的开孔伸出。内吹灰管喷嘴倾斜段921的底部和外吹灰管喷嘴94的底部与外吹灰管93上对应的开孔之间均密封焊接。

每排内吹灰管喷嘴倾斜段921和外吹灰管喷嘴94相对于吹灰管9的轴心线倾斜设置，倾斜方向一致；两排内吹灰管喷嘴倾斜段921和外吹灰管喷嘴94相对于吹灰管9轴心线的倾斜方向相反，如图1所示。内吹灰管喷嘴92和外吹灰管喷嘴94一般是在吹灰管9的直径方向上相对地成对设置。

外吹灰管93的进气段设有进气孔95。内吹灰管91和外吹灰管93进气段的端部之间设有前封板96，内吹灰管91和外吹灰管93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内吹灰管91和外吹灰管93密封焊接在一起。

内吹灰管91、外吹灰管93、内吹灰管喷嘴92、外吹灰管喷嘴94、前封板96和后封板97，组成整体结构的本发明吹灰器的吹灰管。

所述吹灰器的进气系统围绕外吹灰管93的进气段设有进气筒81。进气筒81的中部为第二进气腔86，第二进气腔86与外吹灰管93进气段上所设的进气孔95和第二进气管7相通。进气筒81的两端与外吹灰管93之间分别设有进气筒密封填料82和压盖，以防止第二进气腔86内的吹灰气体泄漏。图1中，进气筒密封填料82设于进气筒81两端与外吹灰管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，第二进气管7的一端焊接于进气筒81的中部，另一端与吹灰气体的进气总管相连(图1中未示出)。

在内吹灰管91进气段的端部设有第一进气腔85。图1中，第一进气腔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的另一端与第一进气管6的一端通过法兰相连。第一进气管6的另一端与吹灰气体的进气总管相连(图1中未示出)。第一进气腔85与内吹灰管91进气段的端部和第一进气管6相通。

第一进气管6上设有第一电磁阀61，第二进气管7上设有第二电磁阀71。当吹灰气体的介质为蒸汽(指水蒸汽)或空气时，第一电磁阀61和第二电磁阀71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所示的内吹灰管喷嘴92，下部为与吹灰管9的轴心线相垂直的螺纹连接段922。螺纹连接段922为设有外螺纹的圆形管，与内吹灰管91之间通过螺纹相连。最好是采用锥管螺纹连接；因为锥管螺纹的密封性好，在吹灰器工作时内吹灰管91内的吹灰气体不会经螺纹连接处泄漏。

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。参见图1、图2，内吹灰管喷嘴倾斜段921和外吹灰管喷嘴94与吹灰管9轴心线之间的夹角α与斜排炉管或换热管13排列的角度相同，并且设计、安装时在所有相邻两排斜排炉管或换热管13之间的位置设置一个内吹灰管喷嘴92或一个外吹灰管喷嘴94。这样在吹灰时，与吹灰管9平行且与之邻近的第1～2排炉管或换热管13就不会阻碍喷嘴喷射的气流(在图1中，与吹灰管9平行的炉管或换热管13为横排炉管或换热管13，指炉管或换热管13在水平方向上的管排)，喷射气流对第3横排以后的炉管或换热管13也具有较高的吹扫动能，可取得良好的吹灰效果。炉管或换热管13在相对于吹灰管9的轴心线倾斜的方向上排列的角度典型地为60度或45度，所以内吹灰管喷嘴倾斜段921和外吹灰管喷嘴94与吹灰管9轴心线之间的夹角α相对应地为60度或45度。

内吹灰管喷嘴倾斜段921和外吹灰管喷嘴94可以采用现有吹灰器所常用的各种喷嘴，但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内吹灰管喷嘴92和外吹灰管喷嘴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13上的积灰。

本发明吹灰器，内吹灰管91、外吹灰管93和进气筒81一般均为圆形管，同轴设置。其中，内吹灰管91的外直径一般为32～40毫米，壁厚一般为3.5～4.5毫米；外吹灰管93的外直径一般为50～60毫米，壁厚一般为4～5.5毫米。外吹灰管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。

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时，吹灰管9水平设置，由前侧壁11上的支撑孔穿过。前侧壁11外侧与外吹灰管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9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9的长度，主要根据前侧壁11和后侧壁12的间距确定；吹灰管9上内吹灰管喷嘴92和外吹灰管喷嘴94的数量，根据斜排炉管或换热管13的数量确定。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)、第二进气腔86、连接管84、第一进气腔85、第一进气管6、第一电磁阀61、第二进气管7、第二电磁阀71组成。在吹灰管9转动时，进气系统保持不动。

本发明吹灰器，吹灰管9(包括内吹灰管91、外吹灰管93、内吹灰管喷嘴92、外吹灰管喷嘴94、前封板96和后封板97等)的材料一般为耐热不锈钢(如1Cr18Ni9Ti)；进气筒81、第一进气管6、第二进气管7等部件的材料一般为碳钢。

在管式加热炉对流段或空气预热器的顶部为平面的情况下，还可以将本发明吹灰器安装于管式加热炉对流段或空气预热器的顶部；安装方法以及有关吹灰器结构参数的选取，可以由上述吹灰器安装于管式加热炉对流段或空气预热器侧壁上的说明并根据本领域的常识类推。

下面结合图1至图3说明本发明的操作过程。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通过带动外吹灰管、从而带动吹灰管9整体旋转；吹灰管9的转速一般为1～2转/分钟。试验表明，吹灰管9在此转速下，内吹灰管喷嘴92和外吹灰管喷嘴94喷出的吹灰气体可以充分地吹扫到炉管或换热管13的表面。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。

第一电磁阀61开启(第二电磁阀71关闭)，吹灰气体经第一进气管6、第一进气腔85进入内吹灰管91内，由内吹灰管喷嘴92喷出，对炉管或换热管13进行吹灰。吹灰管9旋转1～2周后(根据炉管或换热管13具体的积灰程度确定)，第一电磁阀61关闭，第二电磁阀71开启。吹灰气体经第二进气管7进入第二进气腔86，再由进气孔95进入内吹灰管91和外吹灰管93之间的空间，最后由外吹灰管喷嘴94喷出，对炉管或换热管13进行吹灰。吹灰管9再旋转1～2周后(根据炉管或换热管13具体的积灰程度确定)，第二电磁阀71关闭，同时电机1停止运转，完成一次吹灰过程。上述操作过程中，吹灰气体的介质一般采用过热中压水蒸汽，也可以采用常温压缩空气。进气总管的气源压力(表压)一般均为0.7～1.2MPa。

电机1的启动和停转、第一电磁阀61和第二电磁阀71的启闭，均可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。通过控制第一电磁阀61和第二电磁阀71的启闭顺序，还可以先使用外吹灰管喷嘴94进行吹灰，再使用内吹灰管喷嘴92进行吹灰。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360度范围内转动，使吹灰管9产生相应方式的转动，以达到最佳的吹灰效果。

Claims (5)

1.一种吹灰器，设有进气系统、传动系统、吹灰管(9)和支架(5)，传动系统包括电机(1)、减速器(2)，吹灰管(9)上沿轴向设有两排喷嘴排，两排喷嘴排之间的夹角为180度，其特征在于：吹灰管(9)设有内吹灰管(91)和外吹灰管(93)，吹灰管(9)上沿轴向所设的两排喷嘴排，每排喷嘴排由交替排列的内吹灰管喷嘴(92)和外吹灰管喷嘴(94)构成，内吹灰管喷嘴(92)设于内吹灰管(91)上，内吹灰管喷嘴(92)的上部为内吹灰管喷嘴倾斜段(921)，由外吹灰管(93)的管壁伸出，外吹灰管喷嘴(94)设于外吹灰管(93)上，每排喷嘴排内的内吹灰管喷嘴倾斜段(921)和外吹灰管喷嘴(94)相对于吹灰管(9)的轴心线倾斜设置，倾斜方向一致，两排喷嘴排的内吹灰管喷嘴倾斜段(921)和外吹灰管喷嘴(94)相互间相对于吹灰管(9)轴心线的倾斜方向相反，外吹灰管(93)的进气段设有进气孔(95)，内吹灰管(91)和外吹灰管(93)进气段的端部之间设有前封板(96)，内吹灰管(91)和外吹灰管(93)的末端设有后封板(97)，所述吹灰器的进气系统围绕外吹灰管(93)的进气段设有进气筒(81)，进气筒(81)的中部为第二进气腔(86)，第二进气腔(86)与外吹灰管(93)进气段上所设的进气孔(95)和第二进气管(7)相通，进气筒(81)的两端与外吹灰管(93)之间分别设有进气筒密封填料(82)和压盖，在内吹灰管(91)进气段的端部设有第一进气腔(85)，第一进气腔(85)与内吹灰管(91)进气段的端部和第一进气管(6)相通，第一进气管(6)上设有第一电磁阀(61)，第二进气管(7)上设有第二电磁阀(71)，所述吹灰器的减速器(2)为摆线针轮减速器，所述吹灰器的传动系统设有链传动装置，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)与外吹灰管(93)相连。

2.根据权利要求1所述的吹灰器，其特征在于：内吹灰管喷嘴(92)的下部为与吹灰管(9)的轴心线相垂直的螺纹连接段(922)，内吹灰管喷嘴(92)与内吹灰管(91)之间通过锥管螺纹相连。

3.根据权利要求1所述的吹灰器，其特征在于：内吹灰管喷嘴倾斜段(921)和外吹灰管喷嘴(94)与吹灰管(9)轴心线之间的夹角为60度或45度。

4.根据权利要求1所述的吹灰器，其特征在于：内吹灰管喷嘴倾斜段(921)和外吹灰管喷嘴(94)为拉瓦尔喷管结构，其喉部直径为4～7毫米。

5.根据权利要求1至4中任何一项所述的吹灰器，其特征在于：内吹灰管(91)的外直径为32～40毫米，壁厚为3.5～4.5毫米，外吹灰管(93)的外直径为50～60毫米，壁厚为4～5.5毫米，外吹灰管(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。

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