专利名称：一种利用回流稀释扰动减缓热水锅炉结垢的方法与装置的制作方法
技术领域：
本发明属于锅炉设备领域，特别是提供了一种缓解、减少结垢的方法与装置。
背景技术：
污垢是换热设备运转一个时期后，在传热面上产生的一层固体附着物。产生 污垢的主要原因是由于溶质及有机物在换热表面上的析出及附着。锅炉换热管内 壁结垢是影响工业生产的一个严重问题。结垢(或成垢)对换热设备的影响主要 有两个方面(1)由于污垢层的导热系数很低，从而增加了传热热阻，降低了 换热设备的传热效率；(2)污垢层的形成，减少了换热设备中流体通道的过流 面积，导致流动阻力增大，从而消耗更多的泵功率。2007年日本、德国、英国 及美国等发达国家由于污垢所带来的损失均高达当年国内生产总值的0.25%，全 世界(不包括东方)炼油厂每年因结垢而造成的经济损失达44亿美元。
目前，许多国家都在研究结垢的处理问题。1974年西德最早使用的是获得 了专利技术的旋转螺旋线强化传热和防垢的技术，就是在管壳式换热设备的每根 传热管内设置一个转动螺旋线来刮扫内壁污垢，这种技术的缺点是结构复杂，需 要外部驱动力，除垢功能单一，移植性较弱。20世纪60-70年代以来，研究者 开始探索把多相流态化技术引入防、除垢过程，通过在换热装置加入一定种类、 浓度、粒径的惰性固体颗粒的方法达到强化传热和防、除垢的目的，取得了明显 效果，这种技术需要安置复杂的颗粒添加设备和持续的固体颗粒供给，成本高， 经济性较差。基于美国DIALOG系统数据库对相关传热表面清洗的1325件世界专 利进行的统计分析结果表明，机械方法占清洗污垢方法的大部分，化学方法约占 25%，物理方法只占2%左右。应用较多的机械方法有往复式机械法、旋转式机械 法、振动机械法、喷丸清洗、射流清洗、固体颗粒流态化清洗等除垢方法，常用 的化学方法有碱洗、酸洗、氨洗、专用溶剂清洗、燃烧除垢等；物理方法则有变 形除垢法、磁化处理、静电处理等。如对于油田掺输系统的热水锅炉结垢问题， 常采用机械疏通方式，每2-3个月一次的频繁清洗需要投入大量的人力、物力和 财力，特别是在大庆、辽河油田，冬季的清洗工作异常艰苦。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用回流稀释扰动进行锅炉减垢的方法与装置，以 延长管子产生结垢堵塞的时间，延长设备使用周期，提高锅炉热效率和减少除垢 维修次数。
对于水加热过程中的结垢现象，主要影响因素有以下几个方面-
(1) 被加热水中的离子浓度，结垢随离子浓度的增加而加重；
(2) 水的流速，随流态(层流或紊流)的不同对结垢的影响也不同；
(3) 加热温度，水的加热温度越高、管壁温度越高，结垢就越严重。 另外，水在管中加热的温度分布对结垢也有很大影响。水的进出口温差越大，
沿管程结垢越不均匀，越容易造成因局部快速结垢而过早造成管路堵塞，设备使
用周期缩短。结垢严重区域多发生在接近换热管段出口处，对于油田掺输系统热
水锅炉，此区域水温近5(TC，水中的Ca"和HC03—成垢趋势急速增强，水质转为
强结垢性水质导致换热管出口严重堵塞，CaC03垢大量沉积在管段出口处，导致
管段出口严重堵塞，出口水压严重不足。
一种利用回流稀释扰动技术进行锅炉减垢的方法，其特征是在锅炉进出口之
间增加回流旁通管，使部分锅炉水通过旁通管循环回流至锅炉入口处与新的锅炉
入口水掺混后进入锅炉内。
一种利用回流稀释扰动技术进行锅炉减垢的装置，包括锅炉1、第一阀门 2、增压水泵3、回流旁通管4、锅炉入口段5、锅炉出口段6、循环水泵7、第 二阀门8、第三阀门9、单向阀IO。来水经过增压水泵3增压后达到锅炉入口压 力，通过第二阀门8进入锅炉1加热，经过锅炉加热后的高温热水经锅炉出口段 6送出锅炉。在锅炉进出口之间增加回流旁通管，使部分锅炉水通过旁通管循环 回流至锅炉入口处与"新水"掺混后进入锅炉内再加热。回流旁通管内的水循环 采取"泵前循环"和"泵后循环"两种形式在泵前循环方式下，安装回流旁通 管4连接增压水泵3的前段和锅炉出口段6，回流旁通管4上安装单向阔10;在 泵后循环方式下，安装回流旁通管4连接锅炉入口段5和锅炉出口段6，回流旁 通管4上安装循环水泵7和单向阀10。
第一阀门2、第二阀门8、第三阀门9、单向阀IO与管道间的连接均采用法 兰或螺纹连接，热水锅炉l、增压水泵3、循环水泵7与管道的连接采用法兰连接。回流旁通管4中的水流量通过调节单向阀10控制，回流旁通管直径和长度 根据锅炉和现场实际情况确定。
本发明系统的运行方法如下来水经过增压水泵3增压后达到锅炉入口压 力，通过第二阀门8进入锅炉1加热，经过锅炉加热后的高温热水经锅炉出口段 6送出锅炉。
按"泵前循环方式"安装回流旁通管4后，通过控制单向阀10，使部分锅 炉出口水经过回流旁通管4输送至增压水泵3前段与水惨混后再输送至热水锅炉
1;
按"泵后循环方式"安装回流旁通管4后，通过控制单向阀10，使部分锅 炉出口水经过循环水泵7的增压后与锅炉入口段的水掺混后再输送至热水锅炉 1。
单向阀10可控制回流旁通管中的流量并且可以在检修和不使用回流旁通管 4时关闭。
针对降低流体成垢离子浓度、提高流体流速、垢层均匀化这三个方面采用回 流稀释扰动减垢技术在锅炉进出口管之间增加回流旁管，使部分锅炉出口水循 环回流至锅炉入口处与新的锅炉入口水进行掺混，由于高温的锅炉出口水中离子 浓度大大减少，与低温的锅炉入口水掺混输送时，产生的效果为
(1) 稀释了锅炉入口的"生水"，降低了管内流体成垢离子浓度；
(2) 提高了水在锅炉管内的流速，加强了流体对壁面垢层的冲刷和剥离，提高 了垢层剥蚀速率，减少垢层在管壁壁面的沉积；
(3) 锅炉入口水温升高，减小了流体与换热壁面的温差，结垢行为提前，使得 垢层在管段内沿程分布均匀化。导致CaC03结垢提前沉积在靠近管段入口 处，减少了管段后面部分的结垢分布，这不仅提高了热效率，也大大的延 长了设备中管道的使用周期，分析结果表明，垢层均匀化约能延缓管道堵 塞时间30%-60%，此效果大大超过流速增加、浓度减少所产生的效果。
纵观整个换热管内垢型分布，原来的垢层沿管程呈现低温段薄、高温段厚的 不均匀分布。采用锅炉水循环技术后，降低了锅炉入口水成垢离子的浓度，即降 低了结垢驱动力，提高了锅炉换热管内水流速,加强了对壁面垢层的剥离和冲刷； 入口温度升高，结垢反应提前，结垢沉积向换热管入口段转移，减少了换热管段后端的结垢强度。理论分析表明，上述减、缓垢效果的叠加，可使实际使用中的 清洗除垢时间周期延长50%以上。
本发明具有以下优点
(1) 在此技术中，不需对锅炉结构进行改变，只需加循环水泵和循环管 路，根据优化的操作参数，通过变频技术进行自动控制，设备简单、 占地少，投资小寿命长，容易推广。
(2) 不添加任何化学药品，安全、清洁，无需专人管理，无有害物质排 放，具有环保效应，运行费用低。
(3) 此技术不影响已有除垢技术和其他设备。泵体所在的循环管路既可
以单用，又可以组合使用，不影响其他除垢方法——如加药等化学法 和电磁法——的使用。
图1是利用回流稀释扰动技术进行锅炉减垢的装置"泵前循环方式"示意图。
图2是利用回流稀释扰动技术进行锅炉减垢的装置"泵后循环方式"示意图。 其中锅炉l、第一阀门2、增压水泵3、回流旁通管4、锅炉入口段5、锅炉出 口段6、循环水泵7、第二阀门8、第三阀门9、单向阀IO。 图3是实施回流稀释扰动减垢技术后的垢型简图。
具体实施例方式
如图l所示，在锅炉进出口管之间增加回流旁管，使部分锅炉出口水循环回 流至锅炉入口处与新的锅炉入口水进行掺混后再加热输送，由于高温的锅炉出口
水中离子浓度大大减少，与低温的锅炉入口水掺混输送时
(1) 稀释了锅炉入口的"生水"，降低了管内流体成垢离子浓度；
(2) 提高了水在锅炉管内的流速，加强了流体对壁面垢层的冲刷和剥离， 提高了垢层剥蚀速率，减少垢层在管壁壁面的沉积；
(3) 锅炉入口温度升高，导致CaC03结垢提前沉积在靠近管段入口处，减 少了管段后面部分的结垢分布，这不仅提高了热效率，也大大的延长 了设备中管道的使用周期，分析结果表明，垢层均匀化约能延缓管道 堵塞时间30%-60%,此效果大大超过流速增加、浓度减少所产生的效 果。采取锅炉出口水循环后，如果采取泵后循环方式，由于锅炉单位时间内处理 水量变大，则需在循环管路上安装一个循环水泵以补充入口水水头；如果采取泵
前循环方式，则要考虑泄压以后造成的完全泄露损失在工艺上的经济效应。采用 回流稀释扰动减垢技术所形成的离子浓度降低、垢层剥离增强、垢层均匀化三个 方面的效果叠加，在管段结垢量相同的条件下，可得采用回流稀释扰动技术后垢
型分布示意图，见图3。
权利要求
1. 一种利用回流稀释扰动技术进行锅炉减垢的方法，其特征是在锅炉进出口之间增加回流旁通管，使部分锅炉水通过旁通管循环回流至锅炉入口处与新的锅炉入口水掺混后进入锅炉内。
2. —种利用回流稀释扰动减缓热水锅炉结垢的装置，其特征在于包括锅炉(1)、第一阀门(2)、增压水泵(3)、回流旁通管(4)、锅炉入口段(5)、锅 炉出口段(6)、循环水泵(7)、第二阀门(8)、第三阀门(9)、单向阀(10)。 来水经过增压水泵(3)增压后达到锅炉入口压力，通过第二阀门(8)进入锅炉 (1)加热，经过锅炉加热后的高温热水经锅炉出口段(6)送出锅炉；在锅炉进 出口之间增加回流旁通管(4)，使部分锅炉水通过旁通管循环回流至锅炉入口处 与"新水"掺混后进入锅炉内再加热；回流旁通管内的水循环采取"泵前循环" 和"泵后循环"两种形式在泵前循环方式下，安装回流旁通管(4)连接增压 水泵(3)的前段和锅炉出口段(6)，回流旁通管(4)上安装单向阀(10);在 泵后循环方式下，安装回流旁通管(4)连接锅炉入口段(5)和锅炉出口段(6),回流旁通管(4)上安装循环水泵(7)和单向阀(10)。
3. 如权利要求2所述一种利用回流稀释扰动减缓热水锅炉结垢的装置，其特征在于单向阀(10)能控制回流旁通管中的流量并且能在检修和不使用回流 旁通管(4)时关闭。
4. 如权利要求2所述一种利用回流稀释扰动减缓热水锅炉结垢的装置，其 特征在于第一阀门(2)、第二阀门(8)、第三阀门(9)和单向阀(10)与管 道间的连接均采用法兰或螺纹连接，热水锅炉(1)、增压水泵(3)和循环水泵(7)与管道的连接采用法兰连接。
全文摘要
一种利用回流稀释扰动减缓热水锅炉结垢的方法与装置，属于锅炉设备领域，包括热水锅炉(1)、增压水泵(3)、回流旁通管(4)、循环水泵(7)。其特征是通过部分锅炉出口水在回流旁通管内循环回流与新的锅炉入口水掺混输送至热水锅炉的方式实现①降低锅炉入口水成垢离子的浓度；②提高锅炉内换热管内水流速，加强对管壁垢层的冲刷和剥离；③入口温度升高，结垢反应提前，结垢沉积向换热管入口段转移，减少换热管段后端的结垢强度，垢层分布的均匀化可有效延长管道达到堵塞的时间约30％-60％，效果大大超过流速增加、离子浓度减少所产生的效果。这三种效果的叠加，使管道形成结垢堵塞的时间大大延长，清洗除垢时间周期可延长50％以上。
文档编号F28F19/00GK101430174SQ20081023958
公开日2009年5月13日 申请日期2008年12月12日 优先权日2008年12月12日
发明者尹少武, 岳献芳, 立 王, 超 陈 申请人:北京科技大学