CN102278764B - 具有多重折叠式流径的脉冲爆震清洁装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及具有多重折叠式流径的脉冲爆震清洁装置。本申请提供了一种脉冲爆震清洁装置(250)。该脉冲爆震清洁装置(250)可包括：空气入口(110)，燃料入口(120)，与空气入口(110)和燃料入口(120)连通的、用于产生爆震波(240)的点火装置(220)，与点火装置(220)连通的多个折叠式流径(260)，以及多个流动转向装置(280，300)，该多个流动转向装置(280，300)定位在折叠式流径(260)的周围，从而使得爆震波(240)多次反转方向。

Description

具有多重折叠式流径的脉冲爆震清洁装置
技术领域
本申请大体涉及脉冲爆震清洁装置，并且更具体而言，涉及具有延伸通过其中的多重折叠式流径的周期性脉冲爆震清洁装置。
背景技术
工业锅炉通过使用热源从水或另一种类型的工作流体中产生蒸汽来运行。蒸汽可用来驱动涡轮或其它类型的负载。热源可为在其中燃烧燃料-空气混合物的燃烧器。热可通过热交换器从燃烧器传递给工作流体。但是，燃烧燃料-空气混合物可在燃烧器、热交换器等的表面上产生残留物。烟灰、灰、渣料或灰尘在热交换器表面上的这种沉积可抑制热高效传递给工作流体。效率的这种降低可通过来自过程的后端的排气温度的升高以及保持蒸汽产量和能量输出所需的燃料燃烧速率的提高来反映。周期性地去除沉积物因此可帮助保持这种锅炉系统的效率。典型地，完全去除沉积物一般需要在执行清洁过程时使锅炉停机。
已经使用加压蒸汽、水射流、声波、机械锤击和其它方法来去除这些内部沉积物。更近一些，已经采用爆震燃烧装置。具体而言，可使用在锅炉的外部的脉冲爆震燃烧器来产生一系列的可引入锅炉中的爆震或准爆震。高速震动波会行进穿过锅炉，并且使沉积物从其中的表面上松脱。但是，脉冲爆震燃烧器系统往往需要较大的占地面积(footprint)(一般偶尔运行)，并且可需要氧气富集。
因此，从而存在对于能够快速地运行来去除内部沉积物以便最小化停机时间的锅炉清洁系统的期望。进一步合乎需要的是，该系统可在锅炉环境内运行，即，该系统能够在物理上配合在现有空间约束内，同时能够到达锅炉的需要清洁的所有部分。此外，这种清洁系统不应该干涉锅炉的运行。
发明内容
本申请因此提供了一种脉冲爆震清洁装置。该脉冲爆震清洁装置可包括：空气入口，燃料入口，与空气入口和燃料入口连通的、用于产生爆震波的点火装置，与点火装置连通的多个折叠式流径，以及多个流动转向装置，该多个流动转向装置定位在折叠式流径的周围，从而使得爆震波多次反转方向。
本申请进一步提供了一种脉冲爆震清洁装置。该脉冲爆震清洁装置可包括：空气入口，燃料入口，与空气入口和燃料入口连通的、用于产生爆震波的点火装置，与点火装置连通的内流径，与内流径连通的第一流动转向装置，与第一流动转向装置连通的中间流径，与中间流径连通的第二流动转向装置，以及与第二流动转向装置连通的外流径。
本申请进一步提供了一种脉冲爆震清洁装置。该脉冲爆震清洁装置可包括：空气入口，燃料入口，与空气入口和燃料入口连通的、用于产生爆震波的点火装置，与点火装置连通的多个折叠式流径，以及多个震动反射或震动集中装置，该多个震动反射或震动集中装置定位在折叠式流径的周围，以便使爆震波的产生加速。
在结合若干附图和所附权利要求审阅了以下详细描述之后，对于本领域普通技术人员而言，本申请的这些和其它特征和改进将变得显而易见。
附图说明
图1是脉冲爆震清洁系统的示意图。
图2是如可在本文中描述的那样的脉冲爆震清洁系统的侧面剖视图。
图3是图2的脉冲爆震清洁系统的侧面截面图。
部件列表
100脉冲爆震清洁器
110空气入口
120燃料入口
130离开孔口
140壁
150管
160燃烧室
170中心主体
180开口
190空气孔
200燃料腔室
210燃料孔
220点火装置
230障碍物
240爆震波
250PDC清洁器
260多重折叠式流径
270内管
280第一流动转向装置
290中间管
300第二流动转向装置
310外管
320离开孔口
具体实施方式
如本文所用，用语“脉冲爆震燃烧器”(“PDC”)指的是用燃料和氧化剂的爆震或准爆震来产生压力上升和速度提高两者的装置或系统。PDC可以重复模式运行，以在装置内产生多个爆震或准爆震。“爆震”可为超声燃烧，其中，震动波耦联到燃烧区。震动可通过从燃烧区释放的能量维持，以便导致燃烧产物处于比燃烧反应物更高的压力。“准爆震”可为超声湍流燃烧过程，其产生比亚声爆燃波所产生的压力上升和速度提高更高的压力上升和速度提高。为了简单，如本文所用，用语“爆震”或“爆震波”将包括爆震和准爆震两者。
示例性PDC(其中的一些将在下面进行更详细的论述)包括用于点燃燃料/氧化剂混合物的燃烧的点火装置，以及爆震室，在爆震室中，燃烧所启动的压力波前锋联合而产生爆震波。各个爆震或准爆震可或者通过外部点火源-例如火花放电、激光脉冲、热源或等离子体点火装置-启动，或者通过气体动态过程-例如震动集中、自动点火或来自另一个源的现有爆震波(交叉燃烧点火)-启动。爆震室几何可允许在爆震波的后面有压力上升，以驱动爆震波以及还将燃烧产物本身吹出PDC的排气装置。
各种室几何可支持爆震的形成，包括圆形室、管、共振腔、反射区域和环形室。这种室设计在面积和形状两方面可为恒定或变化的截面。示例性室包括圆柱形管和具有多边形截面的管，诸如，例如，六边形管。如本文所用，“下游”指的是燃料或氧化剂中的至少一种的流的方向。
现在参看附图，其中，类似的标号在所有若干附图中指的是类似的元件，图1显示了脉冲爆震燃烧器清洁器100的实例。PDC清洁器100可沿着示出的X轴从上游头端延伸到在下游端处的离开孔口130，上游头端包括空气入口110和燃料入口120。PDC清洁器100的孔口130可附连到锅炉的壁140或其它待清洁的结构上。管150可从头端延伸到孔口130，以便在其中限定燃烧室160。空气入口110可连接到加压空气源上。加压空气可用来填充和吹扫燃烧室160，并且还可用作用于燃烧燃料的氧化剂。
空气入口110可连接到中心主体170上，中心主体170可沿着管150的轴线延伸，并且延伸到燃烧室160中。中心主体170可为从空气入口102延伸且朝下游开口180渐缩的大体圆柱形管的形式。中心主体170还可沿着其长度包括一个或多个空气孔190。空气孔190可允许流过中心主体170的空气进入室160的上游端中。中心主体170的开口180和空气孔190可允许对通过空气入口110供给到管150中的空气施加方向速度。这种方向流可用来增强在喷射的空气中的湍流，以及还改进空气与存在于管150的头端中的流中的燃料的混合。
空气孔190可设置在中心主体170的轴线周围的多个角位置和轴向位置处。空气孔190的角可单纯径向于中心主体170的轴线。在其它实例中，空气孔190可沿轴向和周向方向成角度，以便对来自中心主体170的流施加下游或旋转速度。通过中心主体170的流还可用来对中心主体170提供冷却，以便防止过度的热积聚，过度的热积聚可在其中导致退化。
燃料入口120可连接到可在燃烧室160内燃烧的燃料的供应上。燃料腔室200可连接到燃料入口120上。燃料腔室200可为在管150的头端的周边周围延伸的腔体。多个燃料孔210可连接燃料腔室200的内部与管150的内部。燃料孔210可沿径向从燃料腔室200延伸，并且延伸到在管150的壁和中心主体170之间的环形空间中。与空气孔190相同，燃料孔210可设置在各种各样的轴向和周向位置处。另外，燃料孔210可对准，以沿单纯径向方向延伸或可相对于径向方向沿轴向或沿周向倾斜。
燃料可喷射到室160中，以便与穿过中心主体170的空气孔190的空气流混合。可通过空气孔190和燃料孔210的相对布置来增强燃料和空气的混合。例如，通过将燃料孔210放置在使得燃料喷射到通过空气孔190的流产生的高湍流区域中的位置处，燃料和空气可更快速地混合，以便产生可更容易地燃烧的燃料/空气混合物。燃料可经由允许主动地控制通过其中的燃料的流动的阀通过燃料入口120供应到燃料腔室200。
点火装置220可设置在管150的头端的附近。点火装置220可沿着管150的壁定位在与中心主体170的端部类似的轴向位置处。此位置允许分别穿过孔190、210的燃料和空气在流过点火装置220之前混合。点火装置220可连接到控制器上，以便在期望的时间操作点火装置220，以及提供反馈信号来监测运行。
管150可还包含沿着其长度设置在多个位置处的多个障碍物230。障碍物230可采用肋、凹槽、销或任何结构的形式。障碍物230在大小、形状或位置上可为均匀或随机的。障碍物230可用来随着燃烧沿着管150的长度前进而增强燃烧，以及在燃烧前锋到达孔口130之前使燃烧前锋加速成爆震波240。本文所示障碍物230可以热的方式与管150的壁结合。障碍物230可包括加工到壁中的、与壁一体地形成(例如通过铸造或锻造)的或附连到壁上(例如通过焊接)的特征。本文可使用其它类型的制造技术。
空气因此通过空气入口110进入，并且通过中心主体170的下游开口180和空气孔190。类似地，燃料流过燃料入口120，并且通过燃料腔室200的气孔210。燃料和空气然后被点火装置220点燃成燃烧流和最终的爆震波240。爆震波240可沿着内管270的长度延伸。湍流可由其中的障碍物230提供。爆震波240然后可通过离开孔口130离开，从而使得爆震波240可在锅炉等中用于清洁目的。本文可使用其它构造。
本文的管150、障碍物230、中心主体170和其它元件可使用各种各样的适于承受与反复的爆震相关联的温度和压力的材料制成。这样的材料可包括(但不限于)铬镍铁合金、不锈钢、铝、碳钢等。本文可使用其它材料。
图2和3显示了如可在本文中所描述的那样的PDC清洁器250。类似于上面描述的PDC清洁器100，PDC清洁器250可包括通到中心主体170的空气入口110。中心主体170可包括下游开口180和多个空气孔190。类似地，PDC清洁器250可包括通到燃料腔室200的燃料入口120。燃料腔室200和中心主体170可定位在点火装置220的附近。本文可使用其它构造。
PDC清洁器250还可包括多重折叠式流径260。多重折叠式流径260可以同心方式布置。多重折叠式流径260可包括第一管或内管270。内管270可类似于上面描述的管150。多个障碍物230可沿着管270的长度定位。中心主体170、燃料腔室200和点火装置220可定位在内管270的上游端的周围。第一流动转向装置280可定位在内管270的下游端处。第一流动转向装置280可为弯曲的端壁或用以使通过其中的燃烧流和/或爆震波240转向的其它类型的结构。第一流动转向装置280还可用作震动反射或震动集中装置，以加速爆震波240的形成。
第一管或内管270可被第二管或中间管290包围。中间管290也可包括多个障碍物230。中间管290可从定位在内管270的周围的第一流动转向装置280延伸到定位在其另一端处的第二流动转向装置300。第二流动转向装置300也可为具有用以使通过其中的燃烧流和/或爆震波240转向的弯曲的流径的端壁的形状。第二流动转向装置300还可用作震动反射或震动集中装置，以加速爆震波240的形成。
第二管或中间管290可被第三管或外管310包围。外管310也可在其中包括多个障碍物230。外管310可从第二流动转向装置300延伸到离开孔口320。离开孔口320可具有类似喷嘴的形状。离开孔口320可附连到锅炉的壁140或如上面那样的待清洁的任何其它装置上。
在使用时，空气通过空气入口110进入，并且通过中心主体170的下游开口180和空气孔190。类似地，燃料流过燃料入口120，并且通过燃料腔室200的气孔210。燃料流和空气流然后被点火装置220点燃成具有爆震波240的燃烧流。爆震波240可沿着内管270的长度延伸。湍流可由其中的障碍物230提供。爆震波240可通过第一流动转向装置280来反转方向，并且然后沿着中间管290的长度传送。另外的湍流可由其中的障碍物230提供。爆震波240又可通过第二流动转向装置300来反转方向，并且然后沿着外管310的长度流动。再次，湍流可由其中的障碍物230提供。爆震波240然后可通过离开孔口320离开，其中，爆震波240可在锅炉等中用于清洁目的。本文可使用其它构造。
燃烧可在内管270中加速成爆震波240，并且在进入待清洁的容器前贯穿中间管290和外管310得到保持。备选地，爆震波240的加速可发生在内管270的出口和外管310的离开孔口320之间的流径中的点处。流动转向装置280、300因此可提供震动集中效果，这可比在没有流动转向装置280、300的情况下在更短的距离中加速向爆震波240的转变。
多折叠流径260可在其中具有任何数量的折叠。类似地，流径260可采用任何期望的大小或形状。多折叠流径260因此可在相对较小的占地面积中产生爆震波240。PDC清洁器250因此占用更少的空间，但产生更多受控爆震能量，以便对烟灰、渣料和在锅炉、热交换器或类似的容器中的其它类型的表面沉积物进行改进的清洁。
应当显而易见的是，前述仅涉及本申请的某些实施例，并且本领域普通技术人员可在本文中作出许多改变和修改，而不脱离本发明的由所附权利要求及其等效物所限定的大体精神和范围。

Claims (19)

1.一种脉冲爆震清洁装置，包括：
空气入口；
燃料入口；
与所述空气入口和所述燃料入口连通、用于产生多个爆震波的点火装置；
与所述点火装置连通的多个折叠式流径；以及
多个流动转向装置，定位在所述多个折叠式流径的周围，从而使得所述多个爆震波多次反转方向。
2.根据权利要求1所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述脉冲爆震清洁装置进一步包括与所述空气入口连通的中心主体。
3.根据权利要求2所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述中心主体包括下游开口和多个空气孔。
4.根据权利要求2所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述多个折叠式流径包括内管，并且所述中心主体定位在所述多个折叠式流径的内管中。
5.根据权利要求1所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述脉冲爆震清洁装置进一步包括与所述燃料入口连通的燃料腔室。
6.根据权利要求5所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述多个折叠式流径包括内管，并且所述燃料腔室定位在所述多个折叠式流径的内管的周围。
7.根据权利要求1所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述脉冲爆震清洁装置进一步包括定位在所述多个折叠式流径内的多个障碍物。
8.根据权利要求1所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述多个折叠式流径包括内管、中间管和外管。
9.根据权利要求1所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述多个折叠式流径包括多个同心管。
10.根据权利要求1所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述多个流动转向装置包括第一流动转向装置和第二流动转向装置。
11.根据权利要求1所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述多个折叠式流径包括内管，并且所述多个折叠式流径包括在所述内管中限定燃烧室。
12.根据权利要求1所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述多个流动转向装置中的每一个还用作震动反射或震动集中装置。
13.一种脉冲爆震清洁装置，包括：
空气入口；
燃料入口；
与所述空气入口和所述燃料入口连通的、用于产生多个爆震波的点火装置；
与所述点火装置连通的内流径；
与所述内流径连通的第一流动转向装置；
与所述第一流动转向装置连通的中间流径；
与所述中间流径连通的第二流动转向装置；以及
与所述第二流动转向装置连通的外流径。
14.根据权利要求13所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述多个爆震波在所述内流径中包括第一方向。
15.根据权利要求14所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述多个爆震波在所述中间流径中包括第二方向。
16.根据权利要求15所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述多个爆震波在所述外流径中包括第一方向。
17.根据权利要求13所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述脉冲爆震清洁装置进一步包括定位在所述内流径、所述中间流径和/或所述外流径内的多个障碍物。
18.根据权利要求13所述的脉冲爆震清洁装置，其特征在于，所述内流径包括内管、所述中间流径包括中间管，所述外流径包括外管，并且所述内管、中间管和外管是同心管。
19.一种脉冲爆震清洁装置，包括：
空气入口；
燃料入口；
与所述空气入口和所述燃料入口连通的、用于产生多个爆震波的点火装置；
与所述点火装置连通的多个折叠式流径；以及
多个震动反射或震动集中装置，该多个震动反射或震动集中装置定位在所述多个折叠式流径的周围，以便使所述多个爆震波的产生加速。
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