專利名稱：一種利用回流稀釋擾動減緩熱水鍋爐結垢的方法與裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于鍋爐設備領域，特別是提供了一種緩解、減少結垢的方法與裝置。
背景技術：
污垢是換熱設備運轉一個時期后，在傳熱面上產生的一層固體附著物。產生 污垢的主要原因是由于溶質及有機物在換熱表面上的析出及附著。鍋爐換熱管內 壁結垢是影響工業生產的一個嚴重問題。結垢(或成垢)對換熱設備的影響主要 有兩個方面(1)由于污垢層的導熱系數很低，從而增加了傳熱熱阻，降低了 換熱設備的傳熱效率；(2)污垢層的形成，減少了換熱設備中流體通道的過流 面積，導致流動阻力增大，從而消耗更多的泵功率。2007年日本、德國、英國 及美國等發達國家由于污垢所帶來的損失均高達當年國內生產總值的0.25%，全 世界(不包括東方)煉油廠每年因結垢而造成的經濟損失達44億美元。
目前，許多國家都在研究結垢的處理問題。1974年西德最早使用的是獲得 了專利技術的旋轉螺旋線強化傳熱和防垢的技術，就是在管殼式換熱設備的每根 傳熱管內設置一個轉動螺旋線來刮掃內壁污垢，這種技術的缺點是結構復雜，需 要外部驅動力，除垢功能單一，移植性較弱。20世紀60-70年代以來，研究者 開始探索把多相流態化技術引入防、除垢過程，通過在換熱裝置加入一定種類、 濃度、粒徑的惰性固體顆粒的方法達到強化傳熱和防、除垢的目的，取得了明顯 效果，這種技術需要安置復雜的顆粒添加設備和持續的固體顆粒供給，成本高， 經濟性較差。基于美國DIALOG系統數據庫對相關傳熱表面清洗的1325件世界專 利進行的統計分析結果表明，機械方法占清洗污垢方法的大部分，化學方法約占 25%，物理方法只占2%左右。應用較多的機械方法有往復式機械法、旋轉式機械 法、振動機械法、噴丸清洗、射流清洗、固體顆粒流態化清洗等除垢方法，常用 的化學方法有堿洗、酸洗、氨洗、專用溶劑清洗、燃燒除垢等；物理方法則有變 形除垢法、磁化處理、靜電處理等。如對于油田摻輸系統的熱水鍋爐結垢問題， 常采用機械疏通方式，每2-3個月一次的頻繁清洗需要投入大量的人力、物力和 財力，特別是在大慶、遼河油田，冬季的清洗工作異常艱苦。
發明內容
本發明的目的是提供一種利用回流稀釋擾動進行鍋爐減垢的方法與裝置，以 延長管子產生結垢堵塞的時間，延長設備使用周期，提高鍋爐熱效率和減少除垢 維修次數。
對于水加熱過程中的結垢現象，主要影響因素有以下幾個方面-
(1) 被加熱水中的離子濃度，結垢隨離子濃度的增加而加重；
(2) 水的流速，隨流態(層流或紊流)的不同對結垢的影響也不同；
(3) 加熱溫度，水的加熱溫度越高、管壁溫度越高，結垢就越嚴重。 另外，水在管中加熱的溫度分布對結垢也有很大影響。水的進出口溫差越大，
沿管程結垢越不均勻，越容易造成因局部快速結垢而過早造成管路堵塞，設備使
用周期縮短。結垢嚴重區域多發生在接近換熱管段出口處，對于油田摻輸系統熱
水鍋爐，此區域水溫近5(TC，水中的Ca"和HC03—成垢趨勢急速增強，水質轉為
強結垢性水質導致換熱管出口嚴重堵塞，CaC03垢大量沉積在管段出口處，導致
管段出口嚴重堵塞，出口水壓嚴重不足。
一種利用回流稀釋擾動技術進行鍋爐減垢的方法，其特征是在鍋爐進出口之
間增加回流旁通管，使部分鍋爐水通過旁通管循環回流至鍋爐入口處與新的鍋爐
入口水摻混后進入鍋爐內。
一種利用回流稀釋擾動技術進行鍋爐減垢的裝置，包括鍋爐1、第一閥門 2、增壓水泵3、回流旁通管4、鍋爐入口段5、鍋爐出口段6、循環水泵7、第 二閥門8、第三閥門9、單向閥IO。來水經過增壓水泵3增壓后達到鍋爐入口壓 力，通過第二閥門8進入鍋爐1加熱，經過鍋爐加熱后的高溫熱水經鍋爐出口段 6送出鍋爐。在鍋爐進出口之間增加回流旁通管，使部分鍋爐水通過旁通管循環 回流至鍋爐入口處與"新水"摻混后進入鍋爐內再加熱。回流旁通管內的水循環 采取"泵前循環"和"泵后循環"兩種形式在泵前循環方式下，安裝回流旁通 管4連接增壓水泵3的前段和鍋爐出口段6，回流旁通管4上安裝單向闊10;在 泵后循環方式下，安裝回流旁通管4連接鍋爐入口段5和鍋爐出口段6，回流旁 通管4上安裝循環水泵7和單向閥10。
第一閥門2、第二閥門8、第三閥門9、單向閥IO與管道間的連接均采用法 蘭或螺紋連接，熱水鍋爐l、增壓水泵3、循環水泵7與管道的連接采用法蘭連接。回流旁通管4中的水流量通過調節單向閥10控制，回流旁通管直徑和長度 根據鍋爐和現場實際情況確定。
本發明系統的運行方法如下來水經過增壓水泵3增壓后達到鍋爐入口壓 力，通過第二閥門8進入鍋爐1加熱，經過鍋爐加熱后的高溫熱水經鍋爐出口段 6送出鍋爐。
按"泵前循環方式"安裝回流旁通管4后，通過控制單向閥10，使部分鍋 爐出口水經過回流旁通管4輸送至增壓水泵3前段與水慘混后再輸送至熱水鍋爐
1;
按"泵后循環方式"安裝回流旁通管4后，通過控制單向閥10，使部分鍋 爐出口水經過循環水泵7的增壓后與鍋爐入口段的水摻混后再輸送至熱水鍋爐 1。
單向閥10可控制回流旁通管中的流量并且可以在檢修和不使用回流旁通管 4時關閉。
針對降低流體成垢離子濃度、提高流體流速、垢層均勻化這三個方面采用回 流稀釋擾動減垢技術在鍋爐進出口管之間增加回流旁管，使部分鍋爐出口水循 環回流至鍋爐入口處與新的鍋爐入口水進行摻混，由于高溫的鍋爐出口水中離子 濃度大大減少，與低溫的鍋爐入口水摻混輸送時，產生的效果為
(1) 稀釋了鍋爐入口的"生水"，降低了管內流體成垢離子濃度；
(2) 提高了水在鍋爐管內的流速，加強了流體對壁面垢層的沖刷和剝離，提高 了垢層剝蝕速率，減少垢層在管壁壁面的沉積；
(3) 鍋爐入口水溫升高，減小了流體與換熱壁面的溫差，結垢行為提前，使得 垢層在管段內沿程分布均勻化。導致CaC03結垢提前沉積在靠近管段入口 處，減少了管段后面部分的結垢分布，這不僅提高了熱效率，也大大的延 長了設備中管道的使用周期，分析結果表明，垢層均勻化約能延緩管道堵 塞時間30%-60%，此效果大大超過流速增加、濃度減少所產生的效果。
縱觀整個換熱管內垢型分布，原來的垢層沿管程呈現低溫段薄、高溫段厚的 不均勻分布。采用鍋爐水循環技術后，降低了鍋爐入口水成垢離子的濃度，即降 低了結垢驅動力，提高了鍋爐換熱管內水流速,加強了對壁面垢層的剝離和沖刷； 入口溫度升高，結垢反應提前，結垢沉積向換熱管入口段轉移，減少了換熱管段后端的結垢強度。理論分析表明，上述減、緩垢效果的疊加，可使實際使用中的 清洗除垢時間周期延長50%以上。
本發明具有以下優點
(1) 在此技術中，不需對鍋爐結構進行改變，只需加循環水泵和循環管 路，根據優化的操作參數，通過變頻技術進行自動控制，設備簡單、 占地少，投資小壽命長，容易推廣。
(2) 不添加任何化學藥品，安全、清潔，無需專人管理，無有害物質排 放，具有環保效應，運行費用低。
(3) 此技術不影響已有除垢技術和其他設備。泵體所在的循環管路既可
以單用，又可以組合使用，不影響其他除垢方法——如加藥等化學法 和電磁法——的使用。
圖1是利用回流稀釋擾動技術進行鍋爐減垢的裝置"泵前循環方式"示意圖。
圖2是利用回流稀釋擾動技術進行鍋爐減垢的裝置"泵后循環方式"示意圖。 其中鍋爐l、第一閥門2、增壓水泵3、回流旁通管4、鍋爐入口段5、鍋爐出 口段6、循環水泵7、第二閥門8、第三閥門9、單向閥IO。 圖3是實施回流稀釋擾動減垢技術后的垢型簡圖。
具體實施例方式
如圖l所示，在鍋爐進出口管之間增加回流旁管，使部分鍋爐出口水循環回 流至鍋爐入口處與新的鍋爐入口水進行摻混后再加熱輸送，由于高溫的鍋爐出口
水中離子濃度大大減少，與低溫的鍋爐入口水摻混輸送時
(1) 稀釋了鍋爐入口的"生水"，降低了管內流體成垢離子濃度；
(2) 提高了水在鍋爐管內的流速，加強了流體對壁面垢層的沖刷和剝離， 提高了垢層剝蝕速率，減少垢層在管壁壁面的沉積；
(3) 鍋爐入口溫度升高，導致CaC03結垢提前沉積在靠近管段入口處，減 少了管段后面部分的結垢分布，這不僅提高了熱效率，也大大的延長 了設備中管道的使用周期，分析結果表明，垢層均勻化約能延緩管道 堵塞時間30%-60%,此效果大大超過流速增加、濃度減少所產生的效 果。采取鍋爐出口水循環后，如果采取泵后循環方式，由于鍋爐單位時間內處理 水量變大，則需在循環管路上安裝一個循環水泵以補充入口水水頭；如果采取泵
前循環方式，則要考慮泄壓以后造成的完全泄露損失在工藝上的經濟效應。采用 回流稀釋擾動減垢技術所形成的離子濃度降低、垢層剝離增強、垢層均勻化三個 方面的效果疊加，在管段結垢量相同的條件下，可得采用回流稀釋擾動技術后垢
型分布示意圖，見圖3。
權利要求
1. 一種利用回流稀釋擾動技術進行鍋爐減垢的方法，其特征是在鍋爐進出口之間增加回流旁通管，使部分鍋爐水通過旁通管循環回流至鍋爐入口處與新的鍋爐入口水摻混后進入鍋爐內。
2. —種利用回流稀釋擾動減緩熱水鍋爐結垢的裝置，其特征在于包括鍋爐(1)、第一閥門(2)、增壓水泵(3)、回流旁通管(4)、鍋爐入口段(5)、鍋 爐出口段(6)、循環水泵(7)、第二閥門(8)、第三閥門(9)、單向閥(10)。 來水經過增壓水泵(3)增壓后達到鍋爐入口壓力，通過第二閥門(8)進入鍋爐 (1)加熱，經過鍋爐加熱后的高溫熱水經鍋爐出口段(6)送出鍋爐；在鍋爐進 出口之間增加回流旁通管(4)，使部分鍋爐水通過旁通管循環回流至鍋爐入口處 與"新水"摻混后進入鍋爐內再加熱；回流旁通管內的水循環采取"泵前循環" 和"泵后循環"兩種形式在泵前循環方式下，安裝回流旁通管(4)連接增壓 水泵(3)的前段和鍋爐出口段(6)，回流旁通管(4)上安裝單向閥(10);在 泵后循環方式下，安裝回流旁通管(4)連接鍋爐入口段(5)和鍋爐出口段(6),回流旁通管(4)上安裝循環水泵(7)和單向閥(10)。
3. 如權利要求2所述一種利用回流稀釋擾動減緩熱水鍋爐結垢的裝置，其特征在于單向閥(10)能控制回流旁通管中的流量并且能在檢修和不使用回流 旁通管(4)時關閉。
4. 如權利要求2所述一種利用回流稀釋擾動減緩熱水鍋爐結垢的裝置，其 特征在于第一閥門(2)、第二閥門(8)、第三閥門(9)和單向閥(10)與管 道間的連接均采用法蘭或螺紋連接，熱水鍋爐(1)、增壓水泵(3)和循環水泵(7)與管道的連接采用法蘭連接。
全文摘要
一種利用回流稀釋擾動減緩熱水鍋爐結垢的方法與裝置，屬于鍋爐設備領域，包括熱水鍋爐(1)、增壓水泵(3)、回流旁通管(4)、循環水泵(7)。其特征是通過部分鍋爐出口水在回流旁通管內循環回流與新的鍋爐入口水摻混輸送至熱水鍋爐的方式實現①降低鍋爐入口水成垢離子的濃度；②提高鍋爐內換熱管內水流速，加強對管壁垢層的沖刷和剝離；③入口溫度升高，結垢反應提前，結垢沉積向換熱管入口段轉移，減少換熱管段后端的結垢強度，垢層分布的均勻化可有效延長管道達到堵塞的時間約30％-60％，效果大大超過流速增加、離子濃度減少所產生的效果。這三種效果的疊加，使管道形成結垢堵塞的時間大大延長，清洗除垢時間周期可延長50％以上。
文檔編號F28F19/00GK101430174SQ20081023958
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月12日 優先權日2008年12月12日
發明者尹少武, 岳獻芳, 立 王, 超 陳 申請人:北京科技大學