[发明专利]用于使用振动分析来检测、监测和移除锅炉热交换器表面上的沉积物的系统和方法

说明书

一种锅炉系统10，包括锅炉12，锅炉12具有至少一个热交换器22，该至少一个热交换器22具有沉积物20可在其上形成的表面48。锅炉系统10还包括至少一个可伸缩吹灰器16，其具有用于将高压流体24运送到锅炉12中的枪管26。枪管26被构造成使得高压流体24冲击热交换器表面48以在锅炉系统10中产生振动。锅炉系统10还包括联接至锅炉系统10的至少一个振动测量装置14。振动测量装置14被配置为测量锅炉系统10中的振动，测量到的振动指示在热交换器表面48上存在或不存在沉积物20。可选地，振动测量装置14可以检测由沉积物20从热交换器22的表面48的释放或被释放的沉积物80与锅炉系统10中的表面的冲击所引起的振动。

相关申请

本申请是于2014年7月25日提交的第14/340,661号美国申请的部分继续申请，其公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明总地涉及锅炉中的结垢或灰渣沉积物，更具体地，涉及一种用于通过使用振动监测和分析来检测、监测、测量和/或移除锅炉的热交换器上的沉积物的系统和方法。

背景技术

在造纸过程中，化学制浆产生黑液作为副产物。黑液包含无机蒸煮化学物以及木质素和在解煮器中在制浆期间从木材中分离的其它有机物质。黑液在锅炉中燃烧。锅炉的两个主要功能是回收在制浆过程中使用的无机蒸煮化学物，以及利用黑液的有机部分中的化学能来为造纸厂生成蒸汽。如本文所使用的，术语锅炉包括顶部支撑的锅炉，其在工艺中所燃烧的燃料在传热表面结垢。

硫酸盐锅炉是用于燃烧黑液以生成蒸汽的锅炉的实例。硫酸盐锅炉包括在炉中位于各种水平面上的热交换器组，用于通过辐射和对流从炉气体提取热量以生成例如蒸汽的加热流体。通常，炉气体首先与过热器组中的热交换器相互作用以生成过热蒸汽。然后炉气与热生成器组(generating bank)中的热交换器相互作用以产生工作蒸汽。热生成器组还可以被称为锅炉组。最后，炉气与节能器组中的热交换器相互作用，这产生较低温度的加热流体。热交换器组由一组压板构成，这些压板由用作用于传导和传递热量的热交换器表面的管构成。在操作时，热交换器表面被通过燃烧如黑液的燃料在炉室中产生的灰渣不断地结垢。锅炉中可燃烧的燃料量通常受到热交换器表面上结垢的速率和程度的限制。包括沉积在热交换器表面上的灰渣的结垢减少了从燃料燃烧中吸收的热量，导致有结垢的热交换器组中的出口蒸汽温度降低，并且进入锅炉中下一个热交换器组的气体温度较高。例如，过热器组中的结垢导致离开热交换器的蒸汽温度降低，并且进入热生成器组的炉气温度增加。与过热器组和节能器组中的间隔相比，热生成器组中的热交换器表面趋向于相对窄，这增加了与过热器组和节能器组中的结垢相比热生成器组中结垢的可能性。

当出口蒸汽温度太低而不能用于下游设备或者进入下游热交换器组——例如过热器组下游的热生成器组——的温度超过沉积物的熔化温度，导致下游组的气体侧堵塞时，结垢可能会要求关闭锅炉以进行清洁。此外，结垢也可能最终导致诸如过热器组的上游组中的堵塞。为了从热交换器组移除堵塞，必须停止锅炉中的燃烧过程。硫酸盐锅炉特别容易遇到热生成器组中结垢的问题，其中为了有效率的操作而必须要移除灰渣沉积物，然而其它热交换器组也可能变得有结垢。从诸如硫酸盐锅炉的锅炉的热交换器组中移除灰渣沉积物的三种常规方法包括：1)吹灰，2)冷却和吹风，和3)水洗。本申请仅涉及这些方法中的第一种，吹灰。

吹灰是这样的过程：其包括使用来自吹灰器的喷枪的喷嘴的蒸汽气流来从结垢有灰渣沉积物的热交换器表面吹走沉积的灰渣。在正常的锅炉操作期间基本上连续地进行吹灰，并且不同位置的吹灰器在不同的时间操作。吹灰通常使用蒸汽进行操作。单个吹灰器的蒸汽消耗通常为2-3kg/s，并且可以同时操作多达四个吹灰器。典型的吹灰器使用是整个锅炉的蒸汽产量的约3-7％。因此，吹灰过程消耗由被清洁的锅炉产生的大量热能。