本发明涉及到根据交换系统的热传导系数来控制敲击热交换器表面的方法和设备。 为了清除锅炉和汽包等设备中热交换器表面上淀积物的灰尘和污垢，常规的清除系统包括有吹烟粒、机械敲除器以及清除器（如刷子、金属块或类似物）等，都是穿过冷却管道进行的。利用敲除器清除积垢一般是以预先定周期和频次以及用一定的力为基础而进行的。
但是，为了保持热交换器系统的有效度，需要优选清除积垢，以使各种变化的条件下淀积在热交换表面上的均衡厚度结垢所造成附加热传导阻力减到最小。
本发明旨在优选包括沸点蒸发的部分水的系统中热交换器表面积垢的清除。
本发明的主要目的涉及到控制地敲除间接传热区热交换表面上的污垢淀积物。具体讲，本发明关系到控制地敲除处于合成气体系统中的一个间接传热区内热交换表面上的污垢淀积物，诸如灰份和烟粒等。
合成气体是在一个燃气炉中在相对高温（约700℃到1800℃范围）和有氧或含氧气体（约1到200巴压力范围）存在，部分地燃烧氢碳燃料（如煤）而产生的含氧气体包括空气、压缩空气中的氧，以及被蒸汽、二氧化碳和（或）氮任意稀释的氧。
被一种气体（如氮）流态化並运载的煤，作为流态化的燃料颗粒从一个给料容器送到与其相通的附属于该燃气炉上的至少一个燃烧器处，一般来说，一台燃气炉在其直径上相对位置设有若干燃烧器。通常，各燃烧器的喷燃端被布置成使产生的火焰和燃烧介质能引到燃气炉。
热地原始合成气体（通常含有再循环的合成气体）在离开该燃气炉处骤然冷却，並传送到一个间接热交换器区，该区具有不同的一相或两相热传导部件，在这里锅炉给水被加热到沸点，蒸发和（或）蒸汽被过热，该区提供干燥的过热蒸汽给一台汽轮机，汽轮机驱动一台发电机，在经济地利用该综合气体方面特别重要的一点就是使该区内的热传导最佳化。
对热交换器区的热传导起主要影响的有各种不同的因素，具体讲，由含在综合气体中的固体、飞灰和烟粒淀积在热传导表面上而成为污垢，使热交换器区的热传导变坏。期望除掉这些积垢，考虑到在该区的各部件上具有不同的条件，而使污垢淀积物蓄积在该区的每个部件上的速率各有不同，故期望用有控制的敲除方式。
所以，本发明所提供的一种方法即为用除掉在热交换表面上的污垢淀积物而使热交换区工作于最佳状态，其特征为以下步骤：
a.利用具有一个热传导冷却系统的间接热交换器而排除热交换区中一种气体的热，所述的热交换区包括多个部件，至少其中的一个部件是一相或两相热传导部件，並且由于各部件的条件不同而致使污垢淀积物蓄积在这些表面上的速率不同，而且每个部件都包括装有除掉所述淀积物的多个敲除器，
b.对所述区的每个部件确定各热传导表面（包括其上的污垢淀积物）的总热传导系数;
c.确定由于所述污垢淀积物的厚度变化而造成的热传导表面总热传导系数的相对变化;
d.将由（c）求得的每个部件的总热传导系数的相对变化与一个预选定的基准部件相比较，历述基准部件是污垢最少部件，並且该部件根据该基准部件现有的总热传导系数与其原始的总热传导系数相比较进行敲除;以及
e.控制所述敲除器，以除掉该区的所述部件的所述污垢淀积物。
本发明还提供一个设备，即：借助于除掉热交换表面上的污垢淀积物使冷却一种气体用的热交换区的运行优选化，其特征为：
a.用间接热交换排除所述热交换区中的气体的热的装置，所述热交换区包括多个部件，至少其中的一个部件是一相或两相热传导部件，並且因为那些部件上的条件不同，所以污垢淀积物以不同的速率蓄积在该表面上积累，而且每个部件都包括多个用于除掉所述淀积物的敲除器;
b.用于确定所述区的每个部件上各热传导表面（包括其上的污垢淀积物）的总热传导系数的装置。
c.确定所述污垢淀积物的总热传导系数的相对于时间的变化的装置;
d.比较装置，用于从（c）得到的每个部件的总热传导系数的相对变化与一预选定的基准部件相比较，所述基准部件是污垢最少的部件，並且根据其现有的总热传导系数与其原始的总热传导系数相比较进行敲除;以及
e.控制所述敲除器的装置，用于从所述区的所述各部件上除掉所述污垢淀积物。
有利的是本发明的方法包括：（a）供给颗粒和含氧气体到一个反应炉中;（b）在该反应炉内升高温度的条件下部分地氧化这些颗粒;（c）在该反应炉内产生合成气体;（d）将此合成气体从该反应炉送到与该反应炉气流相通的一个热交换区，该区内包括至少一个适于产生过热蒸汽的一个部件和一个低温热交换部件;（e）排除该热交流区中合成气体中的热，这是利用蒸汽和（或）水冷却系统的一个热传导装置进行间接热交换实现的，所述的区包括有多个部件，其中至少一个部件是个一相或两相热传导部件，以及由于各部件中的条件不同而在其上积累污垢淀积物的速率不同;（f）对该区的每个部件确定各热传导表面（包括蓄积在表面上的污垢淀积物）的总热传导系数，所述的确定包括确定该热交换区内的合成气体和冷却系统的流量，确定该热交换区内合成气体和冷却系统的温度，以及确定合成气体和冷却系统的热通量，直接在该热交换区内的合成气体侧或冷却系统侧进行确定;（g）确定每部件的总热传导系数的相对于时间的变化，这是由于污垢淀积的厚度改变所致;（h）从（c）取得的总热传导系数的相对变化与一预选定的基准部件相比较，所述基准部件是污垢最少的部件，根据所述基准部件的现有总热传导系数与其原始总热传导系数相比较而进行敲除;（i）用敲除装置除掉该区内每部件上的污垢淀积物;该敲除装置对具有适用于该区每个部件的分别的和独立的可控轻敲参数;以及（k）调节所述区内每个部件的轻敲参数，这种调节包括下述一项或多项：（1）调节在一个部件中个个敲除器的轻敲之间的时间间隔，（2）调节轻敲力，（3）调节一个敲除器在其循环周期中的敲击次数，（4）调节轻敲和单个敲除器的时间间隔，以及（5）调节所述部件中各敲除器的完全敲击循环之间的时间间隔。
有利的是本发明的设备包括：送入颗粒和含氧气体到一个燃气炉的装置;在该燃气炉内升高温度条件下部分地氧化那些颗粒的装置;在该燃气炉内生成合成气体的装置;用气体骤冷后的该合成气体从燃气炉输送到与该燃气炉气流相通的一个热交换区的装置，该区包括多个部件，其中至少一个部件是一个一相或两相的热传导部件，並且在其表面上积累污垢淀积物的速率随着各种不同的部件而不同，这是因为它们的条件不同。每个部件包括有除掉所述污垢淀积物的敲除器。有利的是，该区包括至少一个产生过热蒸汽的部件和一个低温热交换部件，包括（a）排除该热交换区内合成气体的热的装置，这是借助于蒸汽和（或）水构成的间接热交换冷却系统进行的;（b）对该区的每个部件确定各热传导表面（包括有污垢淀积物）的总热传导系数的装置，该确定装置包括确定该热交换区内合成气体和冷却系统与流量的装置，包括确定该热交换区内合成气体和冷却系统温度的装置，以及包括确定该热交换区内合成气体和冷却系统的热通量的装置;（c）根据每个部件的污垢淀积物厚度随时间的变化，确定总热传导系数的相对变化;（d）每个部件的装置（c）的总热传导系数的相对变化与一预选定的基准部件相比较的装置，所述基准部件是积垢最少的部件，根据其现有的总热传导系数与其原始热传导系数对比而进行敲除;（e）利用敲除装置除掉该区中每个部件上污垢淀积物的装置，对于该区中每个部件，该敲除装置具有分别並独立可控的轮敲参数;以及（f）根据装置（d）来调节所述区内每个部件的轮敲参数的装置，该调节装置包括一个或一个以上的下述调节装置：（1）调节一个部件中各敲除器之间和敲击循环周期之间的时间间隔的装置;（2）调节各敲除器的轻敲力的装置;（3）调节单个敲除器在其循环周期中敲击次数的装置;（4）调节单个敲除器轻敲的时间间隔的装置;以及（5）调节该区内各敲除器的完全轻敲循环周期之间的时间间隔的装置。有利的是，该轻敲动作是在热交换器区正在运行中同时进行的。
本发明的方法和装置还包括附加特性，即轻敲热交换器区中每个部件是以可调节的顺序循环方式进行的，该循环包括轻敲该区的其它部件，这是根据总热传导系数的变化进行的，这种变化是由于每个部件的污垢淀积物厚度的变化与其它部件相比而有改变，从而优选热交换区的敲击，能导致热交换区的最佳运行。
本发明将热传导测量与过程测量仪表配合来确定间接热交换区内一相或两相（液体和/或气体）部件的总热传导系数。在本发明的一个实施例中，是利用热电偶监测被冷却到大约550℃到750℃以上的一侧的热交换，然而高温合成气体的温度和气体的组成妨碍精确监测。本发明应用的装置不是直接测量气体温度来确定总热传导系数，而是诸如利用γ射线密度计测定两相热交换区内汽-水混合物的品质来测定总热传导系数。
此外，本发明可以有控制地敲击热交换表面，除掉其上的污垢淀积物。最好根据一预选定的周期和频率控制敲击，敲击太频繁能导致热交换系统的结构疲劳。另外，淀积物过薄，则没有足够的内力（即无足够大的质量），不容易除去淀积物，敲击频次太低，难以除掉淀积物，这是由于煤的气化过程中运行温度高而造成未能除掉的积垢被烧结。
本发明的另一优点是能够分别和独立地控制敲除装置，有利于除去热交换区每个部件上的污垢淀积物。有利的是，除掉淀积物的装置由最靠近该反应炉的部件开始，逐次沿合成气体流的方向移动。
本发明的另一优点是，对于传热不良的热交换区的每个部件，能够计算出该热传导表面（包括其上的污垢淀积物）上总热传导系数的相对变化。
本发明还有一个优点是，能够在热交换器运行期间把热交换表面上的淀积物减少到最低程度，这就能在煤的气化过程中延长气体冷却的运行周期，否则因为热交换器区的严重积垢而需停止运行，以清除污垢淀积物。
虽然下文叙述的本发明一个实施例是针对煤粉的气化而得到的冷却气体，但是，按照本发明所提供的方法和设备也适用于能在燃气炉中部分燃烧的其它粒状固态燃料，例如，褐煤、无烟煤、烟煤、次烟煤（brown coal）、烟炱、石油焦炭这类燃料。有利的是，固态碳质燃料的粒度可以有90（重量）%小于6号筛目（美国材料试验标准）的粒度。
参照下述附图举例描述本发明的实施例于后。
图1说明优选敲击合成气体系统中热交换表面的本发明较佳实施例;以及
图2说明测量热交换部件的束管内淀积物的总热传导系数装置的本发明较佳实施例。
上述图为一种工作流程示意图，其中的辅助设备，例如，泵、压缩机、清洁设备等都未示出，所有的数值仅作解释和推算之用。
参照图1，合成气体系统内一台控制敲除热交换表面（其上有污垢淀积物）的设备包括有：馈送煤粒11和含氧气体12到一台燃气炉13的装置。煤在燃气炉13中升高温度的条件下部分地氧化，在燃气炉13中具有约1100℃到约1700℃的温度下产生原始合成气体20，这种原始合成气体从燃气炉13传送到与该燃气炉13气流相通的一个热交换区。该区内包括有下列主要部件;一个骤冷部件14，其中再循环合成气体在Q处喷入，以供致冷;一个开口的管道部件15;以及过热器、蒸发器和各省热器部件17、18和19，每个部件17、18和19可再划分成各子部件21。
藉助于包含蒸汽和（或）水的一相或两相循环冷却系统，利用这样的间接热交换将热交换区中合成气体20的热排除，在某些情况温度约650℃到约900℃，而且条件各不相同。在某些热交换区中，循环冷却容纳在部件15或或21的壁表面22所界限的通道中。此外，循环冷却剂可容纳在热交换区的一个部件21范围内的各表面22中的圆管束内。
对于区内每个部件来说，热传导表面（包括任何污垢淀积物）的总热传导系数藉助于用单元23-29测量所述区内各部件的流量、温度和热通量以及该区的各部件中热传导冷却系统的热能量）而计算出来。单元23-29包含有各种仪表，例如，流量计、热电偶的γ密度计，这些仪表是测量流量、温度、蒸汽品质等所必需的，並将各种信号传送到处理机的控制器30。单元23-29代表这些设备的组合，仅表示出热交换区中每个部件用的一个单元。但须知，该区的每一常规的热交换部件可能需要一个以上的单元，这里未示出。单元的数目和设备的形式决定于热交换器部件和冷却剂相位流的结构。下文将阐述的图2译述一个单元，用来测定部分蒸发冷却剂除热的常规热交换部件的总热传导阻力。在这种情况中，用密度计测定冷却剂的蒸发程度，並藉此确定出该部件中的热通量。在另一种情况中，当冷却剂流过该部件时其相若不改变，则进入的和排出的冷却剂的温度差足能确定热通量。
在骤冷和管道区中发生的另一问题是，不可能用热电偶来确定出合成气体的温度变化。在这种情况下，在热交换器部件不同的位置处气体温度是根据冷却剂系统测值所确定的热通量算出的，因为在这个部件中冷却系统所取得的热基本上等于同一部件中合成气体所失去的热。
在热量被液态冷却剂部分地蒸发而排除的情况下，很难测量这些部件中的热通量，因为冷却介质的水-蒸汽侧只有少许温度变化。但是，根据吸收γ射线来测定液相和汽相百分比的装置，能根据蒸汽和液体吸收γ射线不同而测出热能量;例如，蒸汽吸收γ射线明显地少于吸收γ射线。然后即可根据：蒸汽/水冷却系统所获得的热实质上等于冷却的合成气体所失去的热这一事实来计算被冷却的合成气体的温度。
上述测量值可由信号23A-29A传送到一个处理机-控制器30，並操作到得出该热交换区中每一部件的总热传导系数。一个部件A的热传导系数（U）一般根据下列关系式计算。
式中：T＝温度
F＝流量
G＝合成气体
W＝冷却剂（水和/或蒸汽）
H＝热端
C＝冷端
A＝热交换部件面积（平方米）
热通量＝（FG）×气体热容量×（TGH-TGC）/A（千焦耳/小时/米2）
式中：FG＝合成气体的流量（公斤/小时）
TGH，TGC分别为热端和冷端的温度。
同理：热通量＝（FW）×（V）×（λ）/A（仅对蒸发的部分）
式中：（FW）＝冷却剂流量（公斤/小时）
V＝被蒸发部分的质量
λ＝蒸发潜热（千焦耳/公斤）
以及DTH＝TGH-TWH
DTC＝TGC-TVC
分别是合成气体和冷却剂在热端和冷端之间的温度差。
以及MTD= (DTE-DTC)/(ln(DTH/DTC)) （对数平均温差）
所以U＝ (热通量)/(MTD)
式中：U＝总热传导系数（千焦耳/小时×米2×℃）
处理机-控制器就这样连续计算每一部件的总热传导系数和作为时间函数的相对变化。一个部件的总热传导系数变化可能是由于污垢淀积物厚度不同所致，而这已是我们企图变换该敲除参数使热交换区的上述过程变化减至最低。但是，总热传导系数也可能由于气流的改变而变化，这里包括流量、温度、压力和气体成分的变化。热交换区的某些部件只受到污垢引起的极小的热传导阻力，因此，几乎任何敲击结果都使它们保持在接近其原始状态。这就可能估算出气流改变对其它热传导部件的影响，这种估算是藉助于算出其它各部件对不因污垢而变化太大的那个部件之比来实现的，可以把那个变化不太大的部件作为一个基准部件，而该开口管道部件即可作为一个基准部件。
参照图2，一个间接热交换区的两个蒸发部件21淀积物的总热传导系数的测量装置包括有处理机-控制器30，用它计算每个部件的各热传导表面（包括其上的污垢淀积物）的总热传导系数，总起来说，也就是确定该区的相对变化。一种冷却介质（如蒸汽或水）经过管路53送到文杜里流量计54或类同设备，以求出该介质的流量。然后，冷却介质与热电偶55或类同设备相接触，以确定该介质的入口温度TWC。然后，通过热交换部件21的入口（在这里与热的合成气体进行间接热交换），一部分或全部剩余的两相冷却介质的液体转换成蒸汽。冷却介质从部件21经出口管路57排出，然后用一个γ射线密度计58或类同设备检测γ射线，测出冷却介质中液体和蒸汽的百分比，这是测定出口热含量所需的。该介质装在罐60中，在这里将蒸汽从管线59排出，这里的压力用一个压力计61测出，流量则由流量计62测定。液体冷却介质经管路63流到泵64，以经由管路53再循环。从设备54、55、58、61和62分别输出的信号54A、55A、58A、61A和62A分别传送到处理机一控制器30。对其它部件设置了同样的装置65、66和68，以计算蒸发的冷却介质的流量、温度、及其蒸发的百分率，並将各信号65A、66A和68A传送到该处理机-控制器。测量冷却介质和热合成气体的这些装置的一个组合设备相当于前面广义描述的一个单元，例如单元23或类似的单元。
间接热交换器区优选清除垢物的常规系统，通常基于观察该热交换区出口的合成气体的温度。但是，这样的做法未考虑在燃气炉中状态变化的影响，状态变化能影响气体流速、气体组分、温度、压力等等，这些都影响常规热交换区的每个部件，因此，考虑到这些不是污垢淀积物而造成的多种影响，必须对热交换区的每个部件计算出总热传导系数。
各热传导表面（包括其上的污垢淀积物）的总热传导系数的相对变化，对每个部件来说都是由处理机-控制器30按时间的函数计算的，处理机-控制器30将一个部件的总热传导系数的相对变化与一个预选定的基准部件进行比较而得出结果。
诸如飞灰和烟粒这样的污垢淀积物，用常规的敲除装置清除，诸如用一种机械敲除器40、44和48-50、传声喇叭筒或以本技术领域熟知的其它方式，它们的操作都根据处理机-控制器发出的信号40A、44A和48A-50A。因为热交换区包括有不同几何形状的部件，它们的平均温度、流速和水侧的相属状况（即过热蒸汽、部分汽化和液相的热度）各不同，所以料到每个部件能有不同的淀积率。因此，对该区的每个部件通过处理机-控制器30的控制使排列的敲除器具有分别独立的可控敲击参数，这些参数包括：在一个部件中各个敲除器之间敲击循环周期之间的时间间隔、敲击力、一个敲除器的敲击次数，在一个单独的敲除器其本身周期循环中的敲击频率、一个独立敲除器的起敲的时间间隔，以及在一个部件中各敲除器整体敲击循环周期之间的时间间隔。
在本发明中，从被撞击的热传导表面分离粒状积垢物需要一定的敲击力，这个力足能克服淀积物与热传导表面间的附着力，以及良好形成的连续的淀积物层之间可能存在的弹性力。此外，该力必须小到不致使结构疲劳而影响热传导表面的预望寿命。
在热传导表面施加冲击力时，该表面以各种正常模式振动，每种模式具有不同的频率和固定的波形。一般说，低频率模式具有最大位移幅值，而高频率则具有最大加速度幅度。如果力施加在以一种特殊模式振动的零反应线上，则该模式将是毫无效果的敲击。如果把力加在起最大反应的位置处，则该模式即为有效敲击。当结构大而力小时，则运动随着该力源的距离迅速衰减，所以为了使清除运动有效，就需要多次敲击各处，本发明提供的一个装置能在结构可靠性和清除行为两方面确定振动频率、模式类型、敲除时间、力量、相位、位置和次数的作用。
虽然本系统是按照图1所示的各种分立部件分布组成的，但是本领域技术人员很容易在理解的基础上将这些部件组合成为单一的单元，或作成更便于随时具体应用的其它实施方案。
所以，上述内容仅是为了解释本发明，对所述方法和设备的各细节做各种改变而不偏离本发明的精神，都在所附的权利要求保护范围之内。