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炭黑是一种应用较为广泛的化工原料，而在炭黑生产过程中，从裂解炉出来的裂解气中含有未完全充分燃烧的炭黑颗粒，炭黑粒子有很强的黏附性，在流经急冷器的换热管的时候，极易黏附在管壁上，并且积灰程度在短期内迅速增长，逐渐趋于平衡。若不及时清除这些灰垢，不仅会降低换热效率，严重时还会造成管道堵塞，影响整条炭黑装置的正常生产。因此，研究如何提高除垢系统的除垢性能对急冷器正常运行是至关重要的。 本文以一套新型的脉冲除垢系统为研究对象。首先，采用CFD方法，对其关键部件—喷嘴进行了研究。基于“优优比较”的原则，圆柱型、锥形、锥直型和缩扩型四种类型的喷嘴在外部尺寸相同的条件下，内部采用各自最优结构，以保证比较的平等性和结果的正确性。通过Fluent软件模拟喷嘴喷射后流体的速度分布、壁面压力分布和壁面剪切力情况。然后，采用正交试验的方法，根据L16(45)正交表来安排模拟方案，选用换热管壁面峰值压力和压力上升速率作为评价指标，分析喷吹压力、喷吹时间、喷吹距离和喷嘴直径四要素对除垢性能的影响。通过对数值模拟结果进行分析比较，得出了以下结论: (1)从锥直型喷嘴喷出后的水蒸汽进入换热管后壁面压力峰值最大，管内流速大于其他三种喷嘴，而且壁面剪切应力最大，因此，可断定，在同等条件下，选用锥直型喷嘴能达到更好的除垢效果; (2)对于所研究的脉冲除垢系统而言，影响换热管壁面峰值压力和压力上升速率的因素的主次顺序相同，依次是喷吹压力、喷吹时间、喷嘴直径和喷吹距离;两个评价指标随各因素的变化趋势基本一致，都是随着喷吹压力的增大呈直线上升的趋势，随着喷嘴直径的增加，两评价指标均是先增大后减小。 (3)脉冲除垢系统的最佳喷吹时间为0.2～0.3s，最佳喷嘴直径值为7.5mm，在所选取水平范围内，压力为2.0MPa时能得到较好的除垢效果。 数值模拟和正交试验方法避免了实验的工作量大和实验过程繁琐的缺点，为应用在炭黑急冷器中的脉冲除垢系统的设计优化提供了理论依据，为炭黑急冷器的工程化安全应用奠定了基础。