表面污垢是工业设备中的主要问题。这种设备包括炉(煤炉、油 炉、废物炉，等等)、锅炉、气化器、反应器、热交换器，等等。通 常，这种设备包括包含内部传热表面的容器，内部传热表面由于累积 了粒子例如烟灰、灰烬、矿物和其它燃烧产物和副产品，更为一体集 结的如炉渣和/或污垢等，而易于形成污垢。这种粒子集结可能会逐渐 妨碍设备运行、降低效率和生产量以及可能引起损害。因此非常需要 对设备进行清洁并且设备的清洁工作需要考虑到许多相关因素。通 常，难以直接接近带有污垢的表面。此外，为了保持收入，需要将工 业设备停工期和与清洁工作相关的成本减至最低。已经提出了多种技 术。举例来说，在美国专利5,494,004和6,438,191以及美国专利申 请出版物2002/0112638中提出了多种技术。另外的技术公开于文献 Huque，Z.Experimental Investigation of Slag Removal Using Pulse Detonation Wave Technique，DOE/HBCU/OMI Annual Symposium，Miami FL.，March 16-18，1999中。详细的冲击波技术 由 和 在其以下出版物中进行了描述： K. and I.，Further Experience Using Detonation Waves for Cleaning Boiler Heating Surfaces，International Journal of Energy Research Vol.17，583-595(1993)和 K.and I.，Detonation-Wave Technique for On-load Depoist Removal from Surfaces Exposed to Fouling：Parts I and II， Journal of Engineering for Gas Turbines and Power， Transactions of the ASME，Vol.1，116 223-236，January 1994. 此类系统还在南斯拉夫专利出版物P 1756/88和P 1728/88中进行了 讨论。按照这种技术的示例性应用，此类系统常常被称作“吹灰器”。
然而，在这个领域中仍存在许多需要进一步改进的可能。

因此，本发明的一个方面涉及用于清洁容器内的表面的设备。容 器具有将容器外部与容器内部隔开并且具有壁孔的壁。这种设备具有 长管道，长管道具有上游与下游第一和第二端。管道安置成用于将冲 击波从第二端导入容器内部。燃料和氧化剂源联接于管道上，用于将 燃料和氧化剂传送至管道。管道具有第一部分和位于第一部分下游的 第二部分。第一和第二部分具有第一和第二特征横截面积，第二特征 横截面积大于第一特征横截面积。引爆器安置成用于引起燃料和氧化 剂的第一部分中发生爆燃。管道第一和第二部分安置成用于容许从爆 燃进行爆燃至爆震的转变以便产生冲击波。
在各种实现方式中，源可以包括第一燃料和氧化剂的第一燃料和 氧化剂源与第二燃料和氧化剂的第二燃料和氧化剂源。第二燃料和氧 化剂源可以联接于位于第一燃料和氧化剂源所联接处的下游的管道 上。管道第二部分可以包括多个端对端地固定并且具有基本上恒定的 特征内直径的管道部段。管道第一部分可以包括具有基本上恒定的特 征内径的上游部分和具有基本上向下游逐渐增大的内径的下游部分。 管道第一和/或第二部分可以具有内表面积增加装置。燃料和氧化剂的 第一部分可以为较少部分，并且可比较多第二部分更易爆。
本发明的另一个方面涉及具有带有上游和下游第一和第二端的长 管道的容器清洁设备。管道安置成用于将冲击波从第二端引入容器内 部。设备包括用于将第一和第二燃料/氧化剂混合物引入管道并引起第 一混合物发生爆燃的装置，以便从爆燃产生爆燃至爆震的转变并使得 第二混合物爆震从而产生冲击波。
在各种实现方式中，第一混合物的氧化剂可以比第二混合物的氧 化剂含有更多的氧。第二燃料/氧化剂混合物可以在化学或比例方面不 同于第一燃料/氧化剂混合物。这种装置可以包括在管道内部横截面积 上的多种变化。
本发明的另一个方面涉及用于清洁容器内的表面的方法。在第一 管道部分中提供有第一燃料/氧化剂混合物。第二管道部分中提供有在 化学或比例方面不同于第一燃料/氧化剂混合物的第二燃料/氧化剂混 合物。第一燃料/氧化剂混合物开始反应以便又引起第二燃料/氧化剂 混合物发生爆震，从而引起冲击波对表面进行冲击。
在各种实施方式中，第一燃料/氧化剂混合物的反应可包括爆燃至 爆震的转变。第一混合物可以比第二混合物更易爆。第二混合物的氧 化剂含有的氧可以少于第一混合物的氧化剂中的氧含量。第一燃料/氧 化剂混合物可作为分离的燃料和氧化剂组分被引入第一管道部分。第 二燃料/氧化剂混合物可以在预先混合后引入第二管道部分。管道可以 利用吹扫气体进行净化。第一管道部分的特征横截面积可小于第二管 道部分的特征横截面积。第一燃料/氧化剂混合物的主要部分可以在提 供第二燃料/氧化剂混合物的主要部分之前或之后提供。
本发明的一个或更多实施例的详细情况在附图和以下详细描述中 进行阐明。通过阅读以下描述和附图以及权利要求，将可以清楚了解 本发明的其它特征、目的和优点。

图1为工业炉的视图，其与若干安置成用于清洁炉的层面的吹灰 器相关联。
图2为图1的吹灰器之一的侧视图。
图3为图2的吹灰器的上游端的部分剖开的侧视图。
图4为图2的吹灰器的主燃烧器部段的纵向剖视图。
图5为图4的部段的端视图。
图6为第一替代型燃烧管道的上游端的纵向剖视示意图。
图7为第二替代型燃烧管道的上游端的纵向剖视示意图。
图8为第三替代型燃烧管道的上游端的纵向剖视示意图。
图9为第四替代型燃烧管道的上游端的纵向剖视示意图。
图10为第五替代型燃烧管道的上游端的纵向剖视示意图。
在各图中，相同的参考数字和标号指示相同的元件。

图1示出了具有示例性的三个相关吹灰器22的炉20。在所示实施 例中，炉身形成为正平行六面体的形式，并且吹灰器全部与炉体的单 个共用壁24相关联并沿着壁安置于相同的高度上。也可以采用其它构 型(例如单个吹灰器、多个层面中每个层面上具有一个或多个吹灰器， 等等)。
每个吹灰器22包括从远离炉壁24的上游远端28向紧靠壁24的 下游近端30延伸的长燃烧管道26。然而，任选地，端30可适当地位 于炉内。在运行每个吹灰器时，位于管道26内的燃料/氧化剂混合物 的燃烧在接近上游端(例如在管道长度最上游的10％内)开始以便产 生爆震波，该爆震波与相关燃烧气体一起作为冲击波从下游端射出以 便对炉的内部体积内的表面进行清洁。每个吹灰器可与燃料/氧化剂源 32相关联。这种源或者其一个或多个部件可由各个吹灰器所共享。一 个示例性源包括位于相应容器结构38和40中的液化或压缩气体燃料 缸34和氧气缸36。在示例性实施例中，氧化剂为第一氧化剂例如基本 纯净的氧。第二氧化剂可为从中央空气源42输送的车间气源的形式。 在示例性实施例中，空气储存于空气储蓄器44中。由缸34中的燃料 膨胀而得的燃料一般存储于燃料储蓄器46中。每个示例性源32通过 位于下方的适当波导管联接于相关管道26上。类似地，每个吹灰器包 括火花箱50，其用于点燃燃料氧化剂混合物，并且其与源32一起由控 制和监控系统(未示出)来控制。图1中还示出，壁24包括多个用于 进行检查和/或测量的口。示例性的口包括与每个吹灰器22相关联的 光学监控口54和温度监控口56，用于分别容放红外线和/或可见光摄 相机和热电偶探头，以便观察待清洁的表面和监控内部温度。也可使 用其它探头/监控/采样装置，包括压力监控、成分采样装置、等等。
图2示出了示例性吹灰器22的更多细节。示例性爆震管道26带 有由一系列从上游到下游排列的带双法兰的管道部段或部分60和具有 下游部分64的下游喷嘴管道部段或部分62形成的主体部分，下游部 分64延伸穿过位于壁中的孔并且终止于露在炉内部68中的下游端或 出口30处。术语喷嘴在此用的是概括的意思，因而不要求存在任何空 气动力学上的收缩、膨胀或其组合。如果提供有适当的支承和冷却装 置的话，出口30可位于炉内更往里的位置。图2还示出了炉内管束70， 它们的外表面常存在污垢。在示例性实施例中，每个管道部段60被支 承于相关的台车72上，台车72的轮与沿着设备底板76的轨道系统74 相接合。示例性的轨道系统包括一对与台车轮的凹形外周表面相接合 的平行导轨。示例性的各部段60具有相似的长度L1，并且通过位于其 相应法兰的螺栓孔中的相关螺栓阵列而端对端地栓接起来。类似地， 各部段60中的最下游部段的下游法兰栓接于喷嘴62的上游法兰上。 在示例性实施例中，与一个或多个金属螺旋反作用弹簧82串联连接的 反作用带80(例如棉花或热学/结构上坚固的合成材料)联接于该最末 相配的法兰对上，并且将燃烧管道连接于环境结构如炉壁上，以便弹 性地吸收与吹灰器的排放操作相关的反作用力并且保证燃烧管道正确 放置以随后点燃。任选地，可以提供另外的阻尼(图中未示出)。反 作用带/弹簧组合可形成为单个长度或者环。在示例性实施例中，这个 组合的下游部段具有总长度L2。
预起爆剂管道部段84从上游端28向下游延伸，其也可带双法兰 并且具有长度L3。预起爆剂管道部段84的特征内部横截面积(垂直于 管道的轴线/中心线500)小于燃烧管道的下游部分(60、62)的特征 内部横截面积(例如平均、中值、众数、等等)。在涉及圆形横截面 管道部段的示例性实施例中，预起爆剂横截面积的特征在于直径介于 8cm至12cm之间，而下游部分的特征在于直径介于20cm至40cm之间。 相应地，下游部分与预起爆剂部段的示例性横截面积比值介于1∶1至 10∶1之间，更窄的话，介于2∶1至10∶1之间。端28与30之间的总 长度L可为1-15m，更窄的话，为5-15m。在示例性实施例中，过渡管 道部段86在预起爆剂部段84与最上游部段60之间延伸。部段86具 有尺寸适于与部段84和60的相应法兰相配合的上游和下游法兰，并 且具有在部段84和60的内部横截面之间提供了平滑过渡的内表面。 示例性部段86具有长度L4。部段86的内表面的发散的示例性半角≤ 12°，更窄的话，为5-10°。
燃料/氧化剂进料可以按照各种方式引入爆震管道内部。可有一种 或多种不同的燃料/氧化剂混合物。这种混合物可在爆震管道外部进行 预混合，或者可在引入管道处或在引入管道后进行混合。图3示出了 部段84和86构制成用于分别引入两种不同的燃料/氧化剂组合：预起 爆剂组合；和主组合。在示例性实施例中，在部段84的上游部分中， 一对预起爆剂燃料喷射管道90联接于限定了燃料喷射口的部段壁中的 口92上。类似地，一对预起爆剂氧化剂管道94联接于氧化剂入口96 上。在示例性实施例中，这些口位于部段84的长度上的上游半部段中。 在示例性实施例中，燃料喷射口92中每个都在相同的轴向位置处成一 定角度(所示为示例性的90°，但是也可以为包括180°在内的其它角 度)与相关的氧化剂口96配对，以便为燃料和氧化剂提供相对的射流 混合。在下文中将会进一步进行讨论，吹扫气体管道98在更上游处类 似地连接于吹扫气体口100上。栓接于部段84的上游法兰上的端板102 密封着燃烧管道的上游端并且穿过具有位于部段84内部的运行端108 的点火器/引爆器106(例如火花塞)。
在示例性实施例中，主燃料和氧化剂被引入部段86中。在所示实 施例中，主燃料由多个主燃料管道112运送而主氧化剂由多个主氧化 剂管道110运送，其中每个主氧化剂管道110具有同心地环绕着相关 燃料管道112的端口，以便在相关入口114处混合主燃料和氧化剂。 在示例性实施例中，燃料为烃。在特别的示例性实施例中，两种燃料 相同，它们从单个燃料源引出但是与不同的氧化剂混合：与基本上纯 净的氧混合以便得到预起爆剂混合物；与空气混合以便得到主混合 物。在这种情况中可用的示例性燃料有丙烷、MAPP气体、或其混合物。 也可以使用其它燃料，包括乙烯和液体燃料(例如柴油、煤油和射流 航空燃料)。氧化剂可包括混合物，例如适当比例的空气/氧混合物， 以便得到所需的主和/或预起爆剂进料化学性质。此外，具有分子组合 的燃料和氧化剂组分的单元推进剂燃料也可作为选择。
在运行时，在使用周期开始处，燃烧管道中除了存在空气(或其 它吹扫气体)之外在开始时为空。预起爆剂燃料和氧化剂随后通过相 关口引入，充入部段84并且部分延伸入部段86(例如接近中点处)中， 并且有利地刚刚超过主燃料/氧化剂口。然后切断预起爆剂燃料和氧化 剂流。充入的预起爆剂燃料和氧化剂的示例性体积占燃烧管道体积的 1-40％，更窄的话，占1-20％。然后引入主燃料和氧化剂以便基本上 充入一定部分(例如20-100％)的燃烧管道剩余体积。然后切断主燃 料和氧化剂流。此前经过主燃料/氧化剂口引入预起爆剂燃料和氧化 剂，就大大消除了在预起爆剂和主进料之间形成空气或其它不燃块的 危险。这种块可防止燃烧前沿在两个进料之间迁移。
在引入进料之后，就触发火花箱以便提供引爆器的火花放电，从 而点燃预起爆剂进料。预起爆剂进料选择成具有非常迅速燃烧的化学 性质，因此在部段84内，最初的爆燃快速地转变为爆震，并且产生爆 震波。通过改变内部横截面可以增强激励/加速转变的预起爆剂效应。 一旦产生了这种爆震波，就能有效地经过主进料，而主进料可能另外 具有足够慢的化学性质以便不会自动地在管道内爆震。波沿纵向向下 游通过并且从下游端30处作为炉内的冲击波的形式出现，从而轰击于 待清洁的表面上并且产生热学和机械上的冲击，以便典型地至少使污 物变松。波之后将跟着从爆震管道排出的加压燃烧产物，排过来的产 物从下游端30处作为射流的形式出现并且进一步完成清洁过程(例如 除去已经松掉的材料)。在排出燃烧产物之后，或者与排出燃烧产物 同时进行，通过吹扫口100引入吹扫气体(例如，来自用于提供主氧 化剂的同一源的空气和/或氮)以便将最终燃烧产物驱出并使爆震管道 充满吹扫气体以便重复下一周期(立即进行，或者在随后按照有规律 或者无规律的间隔进行(其可手动地确定或者通过控制和监控系统自 动地确定)。任选地，在进料/排放周期之间可保持吹扫气体的基线流， 以便于防止来自炉内的气体和粒子向上游渗透并且便于帮助对爆震管 道进行冷却。
在各种实现方式中，内表面增加装置可将内表面积显著增加至超 出由名义上为圆柱形和截头圆锥形的部段内表面提供的表面积之外。 增加装置可有效地帮助实现爆燃至爆震过渡或者帮助保持爆震波(例 如部分或全部地补偿化学稀释物，如在主进料的下游部分中被剩余的 吹扫气体稀释)。图4示出了应用于主部段60之一的内表面上的内表 面增加装置。示例性的增加装置名义上为Chin螺旋，但是也可以使用 其它增加装置，例如Shchelkin螺旋和Smirnov腔。螺旋由螺旋状构 件120形成。示例性的构件120形成为具有圆形横截面的金属元件(例 如不锈钢金属线)的形式，其截面直径大约为8-20mm。替代地，也可 以使用其它截面。示例性的构件120通过多个纵向元件122与部段内 表面保持相隔。示例性的纵向元件为截面和材料类似于构件120并且 焊接于其上和相关部段60的内表面上的杆。这种增加装置也可用来提 供预起爆，以代替涉及不同进料和不同燃烧器横截面的前述技术或者 作为前述技术的补充。
这种设备具有广泛的应用。举例来说，就在典型的燃煤炉内，设 备可以应用于：悬架或者二级过热器、对流通道(初级过热器和省煤 器束)；空气预热器；选择催化剂清除器(SCR)洗涤器；集尘室或静 电除尘器；省煤器灰斗；不管是位于传热表面或其它地方的灰渣或其 它热/积聚，等等。类似的可能性存在于其它应用中，包括燃油炉、黑 液回收锅炉、生物燃料锅炉、废物回收利用炉(垃圾炉)，等等。
图6示出了一种与燃烧管道26类似的替代型燃烧管道140，但是 其内部横截面或直径具有阶跃变化，而非过渡管道部段86所提供的逐 渐变化。上游的预起爆剂管道部段142限定了预起爆容积或室144，该 预起爆容积或室144在其下游端通过环状沿径向延伸的壁146与主管 道(或其部段)148隔开。预起爆剂燃料和氧化剂管道149和150及 出口置于管道142的上游端壁中，而主燃料和氧化剂管道152和154 (任选地组合)及口置于壁146中。该管道的相关直径和运行情况可 以与管道26的相关直径和运行情况类似，包括下文中将进一步详细描 述的可能添加的表面增加装置。
图7示出了一种具有包含Shchelkin螺旋164的最上游部段162 的替代型管道160。否则，管道部段162可以与下游的剩余各部段横截 面积相同。可以提供预起爆剂燃料和氧化剂管道166和168以及主燃 料和氧化剂管道170和172。在示例性实施例中，预起爆剂燃料和氧化 剂管道位于上游端壁中，而主燃料和氧化剂管道位于其稍下游的侧壁 中。
图8中示出了一种替代型燃烧管道180，其中，相对于管道160 而言，Shchelkin螺旋由一系列孔板182取代。每个板182的外周184 固定于最上游管道部段的内部和中央孔表面186上。示例性的孔为圆 形，并且代表管道内部横截面的较少部分(例如10-50％)。孔的尺寸 与板的放置用于增强爆震至爆燃的转变。
图9示出了一种具有一个或多个Smirnov腔202的替代型管道 200。在示例性的实施例中，腔代表相对于位于腔的上游、腔与腔之间 以及腔的下游的部分而言，横截面积进行了扩展。后面这些部分可以 具有彼此相似的横截面积。在所示的实施例中，具有两个Smirnov腔， 预起爆剂燃料和氧化剂以及主燃料和氧化剂都在腔的上游引入。
图10中示出了提供了与孔扳和Smirnov腔有些类似的效果的替代 型燃烧管道220，其中横截面积沿纵向变化的非流线型主体222安置于 管道的上游部分内。在示例性的实施例中，主体具有一个或多个由小 横截面区域226隔开的大横截面区域224。区域224和226分别限定 了较低的环状横截面区域228和较高的环状横截面区域230。在示例性 预起爆剂燃料和氧化剂管道与主燃料和氧化剂管道沿纵向紧密接近的 情况下，可以首先引入主燃料和氧化剂以便基本上充填燃烧管道的所 需部分，然后引入预起爆剂燃料和氧化剂，按照所引入的预起爆剂进 料的所需数量的比例而将主进料进一步驱向下游。非流线型主体可以 形成为多个连接起来的件或者由作为分离主体的分离件形成。例如， 通过将适当数量的具有适当相对尺寸的主体件连接起来从而在从管道 上游端向下游延伸的共用轴上提供大横截面区域，主体参数和尺寸就 得到优化以便用于特定应用中。
图7-10的增加装置也可以分别应用于图6或2的阶跃过渡或更加 渐进地过渡的内部横截面轮廓上。例如，增加装置可以位于上游预起 爆剂容积中。替代地，增加装置可以跨越预起爆剂至主(低和高横截 面)容积。例如，两个容积的每一个中可带有有单独的Shchelkin螺 旋，或者单个Shchelkin螺旋可能在两个容积之间延伸。
以上对本发明的一个或多个实施例进行了描述。然而，应当理解， 在不背离本发明的精神和范围的情况下，可做出各种改动。例如，可 使得本发明适用于各种工业设备中以及各种吹灰器技术中。已有设备 和技术的方面可能影响任何特定实现方式的方面。燃烧管道可能是其 它形状(例如采用非直管道或其部段以便通过外部或内部障碍物以及 管道或其部段采用非圆形横截面)。相应地，其它实施例也在以下权 利要求的范围之内。