CN103261793A - 逆流蓄热式设备和方法 - Google Patents

Abstract

示例性实施例提供一种蓄热式燃烧器设备。该设备包括：燃烧器外壳，具有穿过它延伸的气体通道；以及，单级蓄热器，具备外壳，外壳封闭着具有上表面和下表面的流体-多孔蓄热介质床。该外壳具有与设备的外部相连通的开口。在外壳中的第一气体通路使燃烧器外壳的气体通道与蓄热介质床的下表面直接互连。在外壳中的第二气体通路使外壳中的开口与外部和蓄热介质床的上表面相连通。第一气体通路和第二气体通路基本上仅通过蓄热介质床彼此连通。这种布置允许热废燃烧气体向上通过介质床，从而使得在气体中的任何可冷凝的污染物在介质床中冷凝为液体、并且在变成固体之前在重力下从床流出。然后可从介质床下方的位置从蓄热器移除液体污染物。

Description

逆流蓄热式设备和方法

技术领域

本发明涉及用于加热炉和类似物而同时限制热损失的逆流蓄热式（heat regenerative）燃烧器设备。更特定而言，本发明涉及解决在这样的设备中所用的热交换介质的污染问题的方法和设备。

背景技术

易燃燃料燃烧器常常用于加热炉，加热炉计划用于熔化金属，例如废杂铝、玻璃和其它材料。燃烧器需要燃烧空气的供应，并且生成导向至炉内的大量热燃烧气体。蓄热式燃烧器被设计成通过再循环原本将会浪费掉的来自离开炉的燃烧气体的热而改进了燃料效率。通常，两个燃料燃烧器串联使用、并且与两个吸热材料的流体-多孔主体，通常为由耐火材料粒子制成的介质床相关联。介质床从经过床的气体吸热或者向经过床的气体传热，取决于气体与床在接触时的相对温度。当两个燃烧器中的第一燃烧器操作时，其所生成的废燃烧气体最终从炉提取、并且通过介质床中的第二个被传递以用来加热介质。用于第一燃烧器的燃烧气体，通常为空气，同时穿过第一介质床来抽吸，其中，其被从前一燃烧器循环已经热的介质所加热。在计划使效率最大化的时段（常常为30秒到三分钟）之后，第一燃烧器被关掉，而第二燃烧器被点燃。然后用于第二燃烧器的燃烧气体穿过第二介质床（在先前被来自第一燃烧器的废气所加热的介质床）而被抽吸，并且来自第二燃烧器的废燃烧气体从炉提取、并且通过第一介质床从而使得其再次被加热。通过以此方式循环所述燃烧器，在较大程度上俘获废热、并且废热被再导向回到炉内从而使得炉以改进的效率操作。显然，可以使用每个炉多于两个燃烧器，只要借助于相关联的蓄热式介质床使来自一组燃烧器的废气用于预热来自另一组的燃烧气体，或者燃烧器可成对操作，并且这对具有彼此不同的加热循环。

以此方式使用的蓄热式燃烧器的缺点在于：它们的相关联的介质床常常由从炉取得并且通过床的废气中的组分而变得被污染。污染物的性质取决于在炉中被加热的材料。例如，当炉用于重熔废杂铝时，常常添加盐熔剂来便利于金属的熔化、并且避免不当的金属氧化。盐熔剂在炉操作温度而部分地汽化、并且随后在介质床中冷凝，由此限制通过床的气体流动、并且最终阻挡它们。汽化的盐熔剂最初冷凝为液体，但最终随着它们逐渐通过床到更冷的区域而凝固。在现有技术中认识到了这个问题，并且已做出了许多尝试以通过用一种方式或另一方式移除污染沉积物来解决这个问题。

美国公开的专利申请No. 2002-0072020 (授予Crane等人，在2002年6月13日公开)披露了一种在金属熔炉中所使用的类型的典型燃烧器/介质床组合。该公告披露了一种当介质床已变得受污染到不可接受的程度时用于替换整个介质床的方便方式。因而由一种包含新的、修复的或以其它方式净化/去污的介质的备用介质床来以最小的延迟替换了这种移除的介质床。 

美国专利No. 4,944,670 (在1990年7月31日授予给Watson)披露了一种具有蓄热床的两个燃烧器的炉， 其可用于熔铝设施中。该专利指出了床变得被盐等所污染，并且披露了一种控制系统，这种控制系统周期性地允许床朝向高温而被加热以熔化所吸附的盐，然后所吸附的盐被收集并且丢弃。

美国专利No. 4,807,695 (在1989年2月28日授予给Ward)披露了一种用于在蓄热式燃烧器系统中使用的蓄热器设计，该蓄热式燃烧器系统用于熔化玻璃或有色金属/非铁金属。本发明在床一端处设置一种用于添加清洁耐火球（床的介质粒子）的入口，并且在另一端处设置用于移除受污染球的机构。以此方式，在更新床时移除污染物。

美国专利No. 4,923,391(在1990年5月8日授予给Gitman)披露了一种用于熔铝的蓄热式燃烧器控制系统，其中当污染物特别高时能设置为用于在加热循环的某些阶段绕开蓄热式床。因此能减小对床的污染。

英国专利申请GB 2 209 386 A(在1989年5月10日公开的Wills等人)披露了一种用于玻璃熔化的蓄热式燃烧器系统，其中，设置为了使用中间冷却级（在两个蓄热式床之间）而使得污染物能在易于清洁的管部段中被冷凝。

英国专利申请GB 2 192 264 A (在1988年1月6日公开，Goodfellow)披露了一种蓄热式燃烧器系统，其中蓄热式床被布置为两部分，使得，气体向下通过第一部分并且然后向上通过第二部分。温度分布被布置成使得污染区靠近床第一部分的最下层定位，于是，在温度分布中相对较小的变化导致阻挡材料以熔融状态从床的第一部分移动。收集并且丢弃污染物。

2006年5月4日的美国专利公告no. 2006/0093978 Al披露了一种用于通过从下方引入去污气体的快速流动穿过介质床以使得粒子相对于彼此移动而去除固体污染物来清洁一种介质床的方法和设备。

虽然这些问题的解决方案可以以某些方式有效，然而它们具有一些缺点，例如需要对于设备的昂贵的修改、或介质的频繁地替换。因此，需要处置介质污染的其它方式，其减小通过蓄热式床的气体流动，特别是当燃烧气体包含可冷凝的污染物时。

发明内容

本发明的一示例性实施例提供一种蓄热式燃烧器设备。该设备包括：燃烧器外壳，优选地容纳着易燃燃料燃烧器，具有穿过它延伸的气体通道；以及单级蓄热器，配备着外壳，外壳封闭着具有上表面和下表面的流体-多孔蓄热介质床。该外壳具有开口，开口通常（尽管并非必要地）经由额外管、管路或通风口而与设备外部相连通。在外壳中的第一气体通路使燃烧器外壳的气体通道与蓄热介质床的下表面直接互连。在外壳中的第二气体通路使外壳中的开口与外部和蓄热介质床的上表面相连通。第一气体通路和第二气体通路基本上仅通过蓄热介质床而彼此连通，从而使得从一个气体通路传递到另一气体通路的气体必须通过介质床流动。当然，实际上，可能发生围绕介质床的某些气体泄露，如果对于设备的总效率而言无关紧要。

应当指出的是，如在本文中用于描述介质床或蓄热器的术语“单级”表示仅在单个连续并且不间断的传热区中与耐火介质进行热交换。这与例如在参考GB 2 192 264 A（在上文中提到）中所示类型的双级或多级介质床或蓄热器形成对比，在双级或多级介质床或蓄热器中，设置两个介质床，具有由从一个介质床引导到/通向另一个介质床的通道所形成的分隔。

这种布置允许热废燃烧气体向上传递通过介质床，从而使得在气体中的任何可冷凝的污染物在介质床中冷凝为液体、并且在变成固体之前在重力作用下从床流出。然后，液体污染物可从介质床下方的位置从蓄热器移除。因此，当热燃烧气体经由第一开口和通过介质床从炉等排气时，冷凝的污染物在重力作用下朝向介质床的更热表面（在那时由热燃烧气体所加热的下表面）而不是更冷的上表面流动，并且因而具有有所减小的它们离开介质床之前冻结和凝固的可能性。

如所指出的那样，第一通道将第一开口直接地连接到流体-多孔主体的下表面。术语“直接”表示通过通道的气体并不遇到与气体交换大量热的任何物体或设备，除了从通道侧部自然逸出的热之外。因此，当热废燃烧气体通过第一通道时，充满汽化污染物的燃烧气体被直接地引导到流体-多孔主体的下表面，而不会损失大量热量从而很可能造成汽化污染物在气体通过其下表面进入流体-多孔主体之前显著冷凝。

优选地，外壳包括了一种在蓄热介质床下表面正下方的液体收集腔室，该液体收集腔室可包括一种在腔室底壁中的贮槽，可选地覆盖有一种穿孔盖板、或者保持不被覆盖。腔室或贮槽可具备一种液体移除出口，可选地具备一种可移除的闭合件，从而使得液体污染物可被周期性地移除。替代地，出口可被可选地连接到一种开放的疏放管用于持续地移除污染物。

介质床可呈耐火材料的离散粒子的填充床的形式，例如球或其它规则或不规则的形状。可替代地，介质床可为一种可渗透流体的固体，具备通道或互连的孔隙。

蓄热器的外壳优选地被制成两部分，即，保持蓄热介质床的下部、和可与下部分离的上部。两部分优选地利用在外壳一侧处的至少一个铰链而接合在一起，而且可释放的紧固件，例如连接螺栓，可被设于相对侧处以保持这些部分在一起直到需要接近介质床时。

蓄热器的外壳优选地具有给至少第一通路加衬的绝热耐火材料层。

根据另一示例性实施例，提供一种用于蓄热式燃烧器设备的单级蓄热器，该蓄热器包括：外壳，封闭着具有上表面和下表面的流体-多孔蓄热介质床，外壳具有与设备外部相连通（直接地或间接地）的开口、和适于与燃烧器外壳连接的端口；在外壳中的第一气体通路，使端口与蓄热介质床的下表面直接互连；以及，在外壳中的第二气体通路，使外壳中的开口与蓄热介质床的外部和上表面相连通，第一气体通路和第二气体通路基本上仅通过蓄热介质床彼此连通。

根据又一示例性实施例，提供一种对于炉进行加热的方法，该炉包含待加热的装料和可汽化的污染物，其中，至少两个蓄热燃烧器设备交替地用于将受热的燃烧气体引入到炉内、并且从炉所排出的废燃烧气体回收热，且其中至少两个蓄热燃烧器设备各自采用具有上表面和下表面的单级蓄热燃烧器床，该方法包括交替地传递来自炉的热燃烧气体、和然后外部燃烧空气通过蓄热式介质床，其中来自炉的热燃烧气体从下表面通过床中的至少一个向上传递到其上表面，并且外部燃烧气体从上表面通过蓄热式床中的至少一个向下传递到其下表面；并且其中在其蓄热介质床中至少一个下方从该设备移除了呈液体形式的污染物。

在本发明的所有实施例中，优选地，确保通过介质床的气体流动得到优化以尽可能避免固体污染物的沉积。已观察到，如果支承着介质床的格栅的孔隙率较低，则经冷凝的液体盐可不被完全疏放、并且因此凝固的污染物可最终堵塞床。实际上，据推理，这个问题可能是由于格栅中通常太小的孔隙率与该循环中排气部分中较强的气体流动相组合而造成。当燃烧器待用/不工作、并且来自炉的排气通过介质床流动时，在排气中夹带的气态盐在与床介质接触时转变为液体。但是，由于在格栅中的开口面积相对于格栅的固体部分的面积太小而防止了盐的大部分疏放。在该循环中这部分期间的排气流动的较大强度可能会使这个问题恶化，倾向于将盐进一步推入到床内。随着时间过去，这两个因素的组合可造成盐积聚在特定点，在这点，其能穿透多达床厚度的三分之一（从底部）到达足够冷以使之冻结并且形成固体硬壳的位置。

当需要时，通过增加格栅的孔隙率而可克服这个问题，即，若在对于蓄热器设备和格栅的特定设计而言这个问题变得明显的情况下。作为由格栅所覆盖的总面积的百分比的格栅的开放面积（在平面图中，即，在格栅的上表面处）优选地在30-90%并且更优选地在40至70%的大致范围。

与这个问题有关的另一因素为介质床本身的孔隙率，其受到构成介质床的粒子大小和在格栅的孔隙率与介质床的孔隙率之间相互作用的影响。

首先，格栅开口优选地为细长的而不是圆形的，从而使得它们不能完全被介质床的球形粒子所封闭。开口的实际长宽比为可选的，但通常开口的长度通常为它们宽度的至少二倍，并且更优选地为它们宽度的至少五倍。当然，并不需要全部开口具有相同大小和形状，并且采用不同大小和形状的开口来适应支承柱的定位和其它设计原因常常是有利的。

另一考虑在于，随着开口的宽度增加，介质床的粒子可从上方更低地承座到开口内，因而表示在开口的上端处固体材料更大的截面，并且因而对于气体流动更大的阻力。通过增加粒子大小来对这做出补偿，但这可能会影响到介质床的总孔隙率。例如，发现当介质床由直径为一英寸（25mm）的例如铝或其它陶瓷的球制成、并且开口具有宽度0.88英寸（22mm）而不是0.75英寸（19mm）时，球倾向于更低地承座到于更宽的开口中，当介质存在于开口中时减小了“有效”开放面积。为了补偿，可使用超过1英寸至1.5英寸（25至38mm）直径的较大大小的球。据估计较大球将会增加有效孔隙率约40%。

如先前所提到的那样，在该循环的排气阶段期间气体流动的强度也对于床中固体积聚的问题有影响。排气通常在介质床/格栅界面处具有约1,890 ft/min (576 m/min)的气体速度，并且这可能足够强从而阻碍了盐从床流动。在这个位置处的气体流动受到格栅孔隙率的直接影响，即，格栅的孔隙率越高，气体速度就越低。

当增加格栅的孔隙率时，相同体积的气体流动以更缓慢的速率移动，该流率的量为具有更大截面积的开口的等效值。在理论上，在基本实施例中，在介质床/格栅界面处的气体流动可在从约100至2,000 ft/min (30 to 610 m/min)之间变化，并且介质床仍将会有效地起作用。在100 ft/min (30 m/min)，可预期到在较宽格栅孔隙率的范围上有较好的盐疏放，而在2,000 ft/min（610 m/min），从床疏放的盐量将会急剧地受到限制。与开放的格栅设计相组合，优选的气体速度为从800至1,300 ft/min (244 to 396 m/min)，相对于最佳炉/介质床性能将会平衡良好疏放的范围。

在发现格栅的设计提供太小孔隙率的情况下，并且直到可替代更多空隙的格栅，可通过以下程序来最小化固体的沉积。这涉及周期性地减小燃烧器烧制速率以减小排气速度。燃烧器成对操作并且通常每分钟或每几分钟循环。该程序涉及在每小时操作中的较短的时段（例如，2-8分钟，更优选地5分钟）减小通过一对燃烧器的燃烧气体流量30%。这提供在每小时积累的盐从介质床疏放的额外时间。在具有多对燃烧器的较大炉中，可将减小的燃烧器输出的时段排序为使得并无两个时段重叠。这个程序可认为是这个问题的一种永久解决方案，或者在可安装孔隙更多的格栅之前的暂时措施。

附图说明

在下文中参考附图详细地描述了本发明的示例性实施例，在附图中：

图1为被提供用于对比目的的常规蓄热式燃烧器设备和相关联的炉的一部分的示意竖直截面图；该设备包括用于将热燃烧气体导向至炉内的易燃燃料燃烧器；

图2为适用于例如图1中所示类型的易燃燃料燃烧器的蓄热式燃烧器设备的一个示例性实施例的竖直截面图；

图3为根据另一示例性实施例的蓄热器的透视图，为了清楚起见，已从蓄热器移除了燃烧器外壳；

图4为沿着图3中的线IV-IV所截取的蓄热器的竖直截面图；

图5为蓄热器的替代实施例的底部的平面图，其中移除了介质床，示出了支承格栅的设计；

图6为图5的实施例的透视图；

图7为用以形成图5和图6中所示的格栅的阵列的格栅拼块的透视图；

图8为类似于图5的顶视平面图、但为具有不同的格栅设计的另一替代实施的顶视平面图，

图9为格栅拼块的顶视平面图，使用相同的拼块来构成图8中所示的格栅阵列；

图10为图9的格栅拼块的一侧的侧视图；

图11为图9的格栅拼块的另一侧的侧视图；

图12为格栅拼块的又一实施例的透视图；以及

图13为图12的格栅拼块的顶视平面图。

具体实施方式

在下文的描述中，在附图的若干视图中相似或等效的元件由相同的附图标记来标注。但是，使用单个附图标记来标注在不同视图中的元件不应被理解为暗示这些元件必需是相同的。从描述和从附图本身，任何差异将显然。

图1示出了从上文提到的Crane等人的美国公告no. 2002-0072020 A1（该公告的公开具体地以引用的方式合并到本文中）中示出的类型的常规蓄热式燃料燃烧器设备。如较早之前所陈述，图示的燃烧器设备结合第二相同或相似的设备工作。燃烧器设备总体上以附图标记10来指示。该设备包括一种封闭着燃料燃烧器13的燃烧器外壳11和一种蓄热器12，由管状元件14使蓄热器12与燃烧器外壳11互连。燃烧器外壳11突伸到炉15（仅部分地示出）内以当燃烧器单元13被点燃和操作时将来自燃烧器13的热燃烧气体导向至炉内部。炉15可为用于例如熔化或合金化金属，特别地铝和铝基合金的炉，并且其包含可汽化的盐熔剂。在加热操作期间，来自设备外部的燃烧空气通过燃烧空气开口16被抽吸到蓄热器12内，并且通过管状元件14流到燃烧器外壳12以提供用于燃烧器13的氧气。

沿循这个路径，使燃烧空气通过蓄热介质床17流动，蓄热介质床17由离散耐火粒子18，优选地球的集合而构成，如果来自前一循环的粒子是热的，那么燃烧空气将从球取得热、并且将携载热到炉内。当燃烧器13不操作时，燃烧器外壳11充当用于来自炉15的热废燃烧气体的出口，即，通过一种操作燃烧循环的配对的蓄热式燃烧器设备（未图示）将热废燃烧气体引入到炉内。热废燃烧气体从燃烧器外壳12流到开口16，并且这样一来，通过介质床17、并且向粒子18传热以升高它们的温度用于燃烧空气输入的下一循环。因此，燃烧空气和废燃烧气体交替地流过管状元件14，如由双头箭头19所表示。在燃烧器13待用/不工作的时间期间，热废燃烧气体向下通过介质床17并且被冷却。当燃烧器13现用/工作时，冷燃烧空气向上通过介质床并且被加热。

与这种设计相关联的问题在于，在来自炉的热废燃烧气体中的污染物沉积在介质床17内、并且限制了气体通过床的流动并且可最终完全地阻挡床。当废燃烧气体包含诸如汽化盐熔剂这样的可冷凝的污染物时，这特别地成为问题。当废燃烧气体向下通过床时，盐熔剂冷凝为液体，并且液体在重力和气压作用下流到介质床的下部，其中温度可足够冷以使得液体凝固并且形成固体沉积物。固体沉积物倾向于阻挡粒子之间的间隙，可能使粒子结合在一起，并且可最终完全阻止气体流动。

图2示出了本发明的一个示例性实施例。该图示出了蓄热式燃烧器设备10的竖直截面图。该设备具有由管状元件14互连的燃烧器外壳11与蓄热器12。为了简单起见，该设备被示出无燃烧器，但在操作中在燃烧器外壳11中将会具备燃烧器，诸如图1中所示的燃烧器13。燃烧器外壳11限定了与管状元件14内部相连通的气体通道20，燃烧器外壳11具有外金属壳25，外金属壳25具备耐火衬里26。蓄热器12具有由金属制成的蓄热器外壳21，并且在至少原本将会与热气体接触的那些内表面上具备耐火衬里22。耐火衬里22提供绝热以最小化来自外壳的热损失，并且防止热气体腐蚀外壳内部。而且，由耐火材料制成的分隔壁23在设备的操作期间，物理上并且热分隔热气体与较冷气体。分隔壁23的下部具有靠近外壳21下表面24的开口49。外壳21封闭了一种流体-多孔单级蓄热介质床17，该蓄热介质床17由个别耐火粒子层18，优选地球构成，形成一种允许气体和液体通过的流体-多孔主体。应当指出的是，虽然在此示例性实施例中优选离散耐火粒子床，在此和其它实施例中可替代地使用其它流体-多孔主体，例如耐火材料的单体，具有穿过它的许多窄通道、或者包含遍布主体而分布的互联的中空小室。具有上表面27和下表面28的介质床17在由耐火格栅29形成的穿孔支承件上受支承，耐火格栅29由一系列相互间隔开的大体上直立的耐火支承柱30而保持在蓄热器外壳的底表面24上方。在介质床17下方由支柱30所占据的空间形成了下（热气体）腔室31，下腔室31在使用中被填充热气体，即，来自炉的废燃烧气体或者来自介质床的热燃烧空气，取决于燃烧器的操作状况。这种热气体腔室形成了蓄热器12中的第一（热气体）通路32的部分，第一通路32使燃烧器外壳端口33与介质床的下表面28经由分隔壁23中的开口49而直接地互连。端口33继而与管状元件14的内部、燃烧器外壳11的气体通道20、和最终所述炉（未图示）内部相连通。因而，热气体通过第一气体通路32而被直接地进给于炉与介质床17下表面28之间，第一气体通路32适于（由于连续耐火衬里）最小化沿着该路径的降温。第一气体通路32是通畅的，并且由于设备采用单级介质床17，并不包含另一介质床、或者这个床的部分、或者将会造成通过该通路的气体温度的显著变化。

蓄热器外壳21包括了在介质床17上方的开口34，开口34与设备外部相连通以用于将燃烧空气引入到外壳内、或者用于将冷却的燃烧气体从外壳移除，根据燃烧器单元的操作状况。开口34可连接到通往位于合适位置的通风口的管路（未图示），例如在炉建筑的外壁高处。而且，环保器械可任选地连接到管路以排除通过它的热废燃烧气体的有害组分。在介质床17上方的蓄热器外壳21的内部形成了上（冷气）腔室35，上腔室35在使用中被填充冷气，即，来自外部的燃烧空气、或者由于它们通过介质床17而被冷却的废燃烧气体。上腔室35充当在蓄热器外壳21中的第二气体通路36，第二气体通路36使介质床的上表面27与开口34直接互连，开口34与外部连通。

在示例性实施例中，冷气腔室35位于介质床17正上方，而热气腔室31位于介质床正下方，并且第一气体通路32（包括腔室31）和第二气体通路36（包括腔室35）仅通过多孔蓄热介质床17彼此连通。

如由图2中的箭头A所示，当附连到蓄热器20上的燃烧器单元待用/不工作的时间期间，来自炉的热废燃烧气体进入燃烧器外壳11中的气体通路20，通过管状元件14并且经由端口33进入蓄热器外壳21，通过第一气体通路32，经过开口49进入到下腔室31，在下腔室31中的支柱30之间，通过介质床下表面28进入到介质床17内，通过介质床的上表面27从介质床出来到形成第二气体通路36的上腔室35内，并且然后通过开口34到外部。当燃烧器单元操作时，气体流动是在与来自外部通过介质床17流动的燃烧空气的相反方向上，而同时从开口34传递到端口33、并且从那里通过到达燃烧器外壳11。

当热燃烧气体通过蓄热器12流动时，气体向上通过介质床17。下表面28因而变成了床的更热的表面，而且上表面变成了更冷的表面，因为气体通过与耐火粒子18接触而被冷却。因而，介质床的温度在向上的方向降低。当废燃烧气体包含汽化污染物，诸如盐熔剂时，污染物在介质床中温度降低到污染物的冷凝温度的高度处冷凝为液体。如果能冷凝的所有污染物在床中的这个高度变成液体，那么向床中更高处移动的废气不再包含另外的可冷凝的污染物，因此在那里将并不形成固体污染物，即使在床温度降低到低于污染物的凝固温度的情况下。然而，即使在当废气升高经过发生冷凝为液体的高度、并且进入到温度低于污染物凝固温度的区域时少量可冷凝的污染物保留在废气中的情况下，仅将形成为主要污染物的少量固体形式将留在造成冷凝为液体的区域中。此外，如果已冷凝为液体的污染物能够在重力作用下流动，则其将向下通过介质床朝向较热下表面28流动、并且将最终从介质床渗漏或滴流出来。污染物将保持为液体、而不会有任何凝固，因为在介质床下方的腔室31总是保持较热。液体污染物将最终疏放到外壳的下表面24，在外壳的下表面24，其将在腔室31中收集为池。外壳的侧壁在下表面24附近或替代地在下表面24中具备疏放孔42，以允许呈液体形式的所收集的污染物从外壳周期性地疏放。疏放孔42能由可移除的陶瓷插塞43暂时闭合。替代地，疏放孔42可连接到排放管（未图示），排放管被提供用于连续疏放液体污染物。当液体污染物主要为来自炉的经冷凝的熔剂盐时，其可在简单凝固和造粒步骤之后再循环回到炉。通常，不必需进一步精制。

为了使得污染物更不太可能将在介质床17中凝固，使床在上表面27与下表面28之间制成为特定深度，从而使得上表面27的温度在热燃烧气体通过床流动期间总是保持高于污染物的凝固温度。如果当废气通过介质床时，任何污染物保留在废气中，则其并无作为固体沉积在床中的机会。当然，污染物然后作为固体而沉积在介质床下游的设备的部分上，但这样的沉积物将不用于阻挡介质床本身。但是这种布置并非优选的，其与从废燃烧气体向介质床传递尽可能多的热的意图相反地运行，因为气体将以比原本将会期望的温度更高的温度而离开床。但是，在固体的沉积物原本将会快速地阻挡床、或者导致需要频繁清洁的情况下，这可仍然是合乎需要的。

应记住，当热燃烧气体开始通过介质床流动时，床将完全在相对较低的温度（因为在燃烧器操作时期间，其将通过与来自外部的燃烧空气接触而已被冷却）。因此，在热燃烧气体流动的初始阶段期间，污染物可冷凝为液体并且然后形成固体直到介质床从气体吸收更多的热。这并非有害的，因为在介质床加热时，最初沉积的任何固体污染物被重熔，并且在重力作用下从床流出。此外，预期在介质床中的温度分布不时地变化（甚至在热燃烧气体通过床恒定地流动期间），造成某种程度的冻结和重熔。总之，但如果发生固体的任何积聚，其通常在温度分布再次变化时重熔。

还应当指出的是，尽管热废燃烧气体通过床向上流动、并且可倾向于驱动经冷凝的液体污染物在床中更高地朝向温度可能低于污染物的凝固温度的区域，则气体克服重力而作用，这使得移动所述液体的效率更低。此外，当点燃燃烧器时，燃烧空气开始从顶部通过介质床向底部流动、并且在其已具有时间来显著地冷却该床之前，其与重力效果组合地作用于液体污染物上，以将液体从床的下表面冲出。

即使具有这些有利的效果，希望提供对介质床的接近以允许其周期性清洁或替换。为此，蓄热器外壳21被制成两部分，上部21A和下部21B，具备水平气密分隔线37。绕上部21A的下边缘设置较短的向外展开的金属裙部38以允许上部正确地定位于下部上。通常，两部分牢固地保持在一起，例如，通过诸如系紧螺栓或类似物的连接器（未图示）。蓄热式燃烧器设备10常常从地面抬高以在炉中的上部位置处提供加热。外壳的上部21A优选地通过其到燃烧器外壳11的连接和其它结构部件而受支承，并且在介质床改变期间保持在炉上的适当位置。

但是，当移除了连接器时，下部21B可通过机械装置、例如起重机、吊车或叉车而被放下，并且被移走。由于介质床17定位于外壳的下部21B中，一旦下部21B已从上部移除，则其是完全可接近的。下部21B可简单地是倒置的，并且倾倒的介质或者介质床可被包含于金属丝篮或穿孔盒（未图示）中、从而使得其能从外壳的下部21B提升出、并且被替换或取走以进行清洁。

通常，根据通过床的气体的质量流量、吸热材料的蓄热参数、和床的孔隙率（其决定了在下表面与上表面之间跨越整个床上的压降）等来选择介质床的大小。当介质床由个别粒子组成时，由粒子的形状和大小来决定孔隙率。如已经指出的那样，粒子优选地为球形并且优选地大小在0.5与1.75英寸（13至44mm）之间变动，最优选地为约0.75英寸（约19mm）并且优选地由氧化铝制成。当燃烧器待用/不工作并且热废气通过第一气体通路32导送时，床的下表面28可达到高达1,100℃的温度，而且由于通过外壳壁的不可避免的（但较小的）热损失，下表面将通常处于低于炉本身温度约50℃的温度。相对比而言，床的上表面27可仅达到约250℃的温度，取决于床的厚度，床的厚度优选地为约15英寸至20英寸（38至51cm），最优选地约16英寸（约41cm）。跨越床厚度两端的降温通常大约为线性的，其在优选示例中为大约53℃/英寸（约21℃/cm）。在此情况下，温度将会在高于床下表面约6英寸的深度（约15cm）处为约780℃，该深度通常为盐熔剂从下表面渗透到多孔主体内的最大深度。常用于金属熔炉中的溶剂盐（例如，氯化钠和氯化钾的混合物）在约1,000℃的温度开始冷凝为液体、并且在其约645℃的共晶冰点处冻结为固体，该共晶冰点低于在该最大穿透深度处预期的780℃的最低温度，从而使得溶剂在多孔主体中保持为液体。因此，认为溶剂将仅从下表面渗透到多孔主体内到约6英寸（约15cm）的最大深度。

图3和图4示出了蓄热器12的替代示例性实施例，其与图2的实施例的不同首先在于外壳21的上部21A略高于图2的部分21A以增加在介质床上方的上腔室的大小。而且，端口33和在端口下方的通道32的高度已有所减小。而且，为了更方便起见，到外部的开口34位于外壳21的上表面39上。扩大的铰链40连结着蓄热器一侧上外壳的上部21A和下部21B，而且可移除的连接螺栓41（在图3中仅示出仅一个）连结着在外壳相对侧上的上部和下部。在设备的操作期间，螺栓保持着外壳部件在一起，但可快速地移除以当需要接近介质床时允许下部21B在铰链40上向下摆动。

图4为截面图（略微为透视图），其为了简单起见，并未示出介质床，而是示出了支承着介质床的穿孔耐火格栅29、和用于位于下腔室31中的格栅的耐火支承柱30。从图3和图4显然，格栅29和因此介质床占据着尽可能多的外壳的占据面积，因为通路32和气体端口33被约束为外壳的仅一个拐角。以此方式，介质床具备尽可能多的表面积以使得传热最大化。

参考图4，热气体经由在格栅29下方通往通路32的开口49和端口33（参考图33）而进出所述腔室31。在此实施例中，小矩形贮槽44设于底壁47中邻近外壳的后壁（即，与端口33相对的壁），并且被穿孔盖板45所覆盖，并且具备中心疏放口42。在此实施例中，将盖板45设置为使得其可充当用于支承所述格栅29的支柱30的安全基座，并且其被穿孔以允许液体污染物流过到贮槽44。在某些情况下，可存在着穿孔盖板45中的孔变得被液体污染物中的固体主体、或者被在孔内或孔周围污染物本身的凝固而堵住的倾向。在这样的情况下，支柱可被设计成使得它们接触着腔室的下壁47，围绕贮槽44但并不在贮槽44的正上方，并且盖板45然后可完全被省略，保持贮槽在顶部敞开。

替代地，蓄热器设计可被改变从而使得贮槽的位置以仅足够的距离远离腔室的后壁略微移动（朝向腔室的前壁）以离开通常与后壁相邻定位的后排支柱30。同样，然后可省略盖板45。贮槽44仅在中心处部分地沿着后壁延伸，并且仅朝向蓄热器的前壁延伸一段较短距离。与当燃烧器单元操作时在相反方向上通过开口49流动的燃烧空气的体积相比，当燃烧器单元不操作时，更大量的废燃烧气体在蓄热器的前部处通过开口49流动。这倾向于将液体污染物从介质床推向蓄热器的后壁并且贮槽位于这个位置以接纳液体污染物。然后，在贮槽中收集的液体污染物可以特定间隔或者连续地通过疏放孔42从贮槽移除。可利用插塞将疏放孔42堵住，且周期性地移除插塞以移除积累的液体污染物。在正常操作期间，仅必需每周两次疏放所述贮槽44，并且可通过将容器置放在疏放孔42下方来这样做。当然，贮槽的疏放频率取决于炉的大小和添加到炉的盐熔剂（或其它污染物）的量。替代地，疏放孔42可连接到自动化系统（未图示），自动化系统继续疏放出液体污染物、并且对污染物再加工以用于再循环。

贮槽44优选地具备耐火绝缘层46以保持污染物足够热以在其从外壳移除之前保持住液体。以此方式设置贮槽允许收集更多的液体污染物、并且允许格栅29和因此介质床在外壳21中保持较低以减小将与热气体接触的外壳的侧壁的表面积，由此进一步最小化热损失。

在图5至图13的替代实施例中，格栅29由较小单元的阵列构成，较小单元被称作“拼块”以易于放置和移除并且从而使得在格栅内的开口面积可易于修改，若需要，通过交换不同设计的拼块。拼块优选地由耐火材料，例如金属或陶瓷制成。

在图5、图6和图7中示出了这种的第一实施例。图5为蓄热器的下部21b的平面图，其中移除了介质床以显露出下面的格栅29的上表面。图6为下部21b的透视图，而且图7为一种类型的正方形格栅拼块29a的透视图，这种类型的正方形格栅拼块29a用于构成当用于相同拼块的阵列中并排放置时所用的格栅29。格栅拼块29a具有平坦的穿孔板29b和四个一体式支承柱30。如图5和图6中所示，拼块29b彼此对准以形成格栅29从而使得细长开口50a和50b都在相同方向上对齐。中央开口50a绕它们的周围而闭合，但端部开口50b相对于拼块的相邻侧部打开。板29b的固体部分分隔了所述开口，并且有效地形成了在开口与相交横杆52之间的细长棒51。当用于阵列中时，相邻拼块的端部开口50b组合以形成组合的开口50c，开口50c如图所示比中心孔50b略微更短。由这样的拼块制成的格栅在格栅的顶表面（即，在格栅/介质床界面处）具有约46%的孔隙率（开口的面积与格栅的总表面积之比）。

图8至图11的实施例类似于先前的实施例，除了在格栅拼块中开口的设计已被改变以增加通过格栅29的空气流量。如从图9最佳地看出，中央开口50a和端部开口50b已是略微细长的、并且棒51和横杆52的厚度已有所减小。实际上，横杆52在区域52a中所述支柱30紧邻上方更宽，以便提供必需的支承和强度，但在中央部段52b中更窄以使此区域中的开口50a和50b为细长的，并且给出更大的自由空间面积从而增加气体流量。而且，如在图7的拼块的情况下，平行于细长开口50a和50b的板29b的侧部被雕刻以形成凹部50d和50e，当与相同拼块并排放置时，凹部50d和50e组合以形成与开口50a和50b近似相同大小和形状的开口。图8示出了被布置以形成蓄热器的底部21b内的格栅29的这些拼块。这种设计的孔隙率为大约57%。利用这种设计（或类似孔隙率的另一设计）和构成介质床的大约1.5英寸（38mm）直径的球形粒子，排气的界面速度可降低到约1000 ft/min (304.8 m/min)，由此允许良好地疏放液体污染物。

图12和图13分别示出了格栅拼块29a的又一设计的透视图和平面图。在此设计中，板29b由通过一对横杆56接合在一起的平行棒55构成，这对横杆56保持着棒55在一起但在相邻棒之间具有间距57。支柱30位于横杆56下方以使得支承强度最大化、并且用以最小化对于空气流动的阻力。这种设计预期尽可能多地增加通过格栅29的空气流量，而不会牺牲格栅的强度和耐久性。这种设计的孔隙率可高达70%，取决于棒55和间隔57的相对面积。

应认识到在所附权利要求的范围内本发明的其它示例性实施也将是可能的。

Claims (29)

1.一种蓄热式燃烧器设备，包括：

燃烧器外壳，具有穿过它延伸的气体通道；

单级蓄热器，具备外壳，外壳封闭着具有上表面和下表面的流体-多孔蓄热介质床，所述外壳具有与所述设备的外部相连通的开口；

在所述外壳中的第一气体通路，使所述燃烧器外壳的所述气体通道与所述蓄热介质床的所述下表面直接互连；以及

在所述外壳中的第二气体通路，使所述外壳中的所述开口与所述蓄热介质床的所述上表面和所述外部相连通，

所述第一气体通路和第二气体通路实质上仅通过所述蓄热介质床彼此连通。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述外壳包括有在所述蓄热介质床的所述下表面正下方的液体收集腔室。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述液体收集腔室包括有在其底壁中的贮槽。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述贮槽具有覆盖所述贮槽的穿孔盖板。

5.根据权利要求2所述的设备，其中，所述液体收集腔室具有设于其中的液体移除出口。

6.根据权利要求3或4所述的设备，其中，所述贮槽具有设于其中的液体移除出口。

7.根据权利要求5或6所述的设备，其中，所述液体移除出口包括可移除地定位于其中的闭合元件。

8.根据权利要求5或6所述的设备，其中，所述液体移除出口连接到开放的液体疏放管。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的设备，其中，所述蓄热介质床包括耐火材料的离散粒子的填充床。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备，其中，所述蓄热介质床支承于所述蓄热器外壳内的多孔支承件上。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述多孔支承件通过相互间隔开的大体上直立支柱而保持在所述外壳的底表面上方。

12.根据权利要求10所述的设备，其中，所述多孔支承件为格栅，所述格栅具有支承着所述介质床的上表面，包括由固体部分分隔开的开口。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述格栅的所述开口在所述上表面处具有在所述格栅的总面积的30至90%范围内的组合面积。

14.根据权利要求12所述的设备，其中，所述格栅的所述开口在所述上表面处具有在所述格栅的总面积的40至70%范围内的组合面积。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的设备，其中，所述开口为细长的，具有一定宽度和长度，所述宽度小于所述长度。

16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述开口的所述宽度在19至22mm的范围。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的设备，其中，所述格栅包括具有比所述格栅更小上表面积的格栅拼块的阵列。

18.根据权利要求9所述的设备，其中，所述离散粒子为球。

19.根据权利要求18所述的设备，其中，所述球具有在25至38mm范围中的直径。

20.根据权利要求1至19中任一项所述的设备，其中，所述外壳为两个部分，包括固持着所述蓄热介质床的下部、和可与所述下部分开的上部。

21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述上部和所述下部由至少一个铰链在所述外壳的一侧处接合。

22.根据权利要求1至21中任一项所述的设备，其中，所述外壳具有为所述第一通路加衬的绝热耐火材料层。

23.根据权利要求1至22中任一项所述的设备，包括，容纳于所述燃烧器外壳中的易燃燃料燃烧器。

24.一种用于蓄热式燃烧器设备的单级蓄热器，所述蓄热器包括：

外壳，封闭着具有上表面和下表面的流体-多孔蓄热介质床，所述外壳具有与所述设备的外部相连通的开口、和适于与燃烧器外壳相连接的端口；

在所述外壳中的第一气体通路，使所述端口与所述蓄热介质床的所述下表面直接互连；以及

在所述外壳中的第二气体通路，使所述外壳中的所述开口与所述外部和所述蓄热介质床的所述上表面相连通，

所述第一气体通路和第二气体通路实质上仅通过所述蓄热介质床而彼此连通。

25.一种对于炉进行加热的方法，包含待加热的装料和可汽化的污染物，其中，至少两个蓄热燃烧器设备交替地用于将受热燃烧气体引入到炉内、并且用以从所述炉排出的废燃烧气体回收热，且其中所述至少两个蓄热燃烧器设备各自采用具有上表面和下表面的单级蓄热燃烧器床，所述方法包括交替地传递来自所述炉的热燃烧气体、和然后外部燃烧空气通过所述蓄热式介质床，其中来自所述炉的所述热燃烧气体从所述下表面通过所述床中的至少一个而向上传递到其上表面，并且所述外部燃烧空气从所述上表面通过所述蓄热式床中的所述至少一个向下传递到其所述下表面；以及其中从其所述蓄热式介质床下方的所述设备中的至少一个移除呈液体形式的所述污染物。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述热燃烧气体以在30至610 m/min范围的流率通过所述蓄热式介质床向上传递。

27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述热燃烧气体以在244至396 m/min范围的流率通过所述蓄热式介质床向上传递。

28.根据权利要求25、26或27中任一项所述的方法，其中，所述热燃烧气体以恒定流动速率通过所述蓄热式介质向上传递，除了所述流率减小以便利于疏放所述呈液体形式的污染物以从所述床疏放的时段期间。

29.根据权利要求28所述的方法，其中，对于每个蓄热式燃烧器设备的每个小时的操作，所述时段在2至8分钟的范围。

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