CN1207805A - 用于烘干和加热的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明是以烘干加热过程及装有能用于烘干系统或加热系统中的脉动燃烧装置的设备为目的。通常,此设备包括一脉动燃烧装置(12),用于燃烧燃料以产生燃料产物脉动流以及声压波。此脉动燃烧装置(12)有一与至少一个谐振管(20)相连的燃烧室(18)。谐振室(14)至少包围着脉动燃烧装置的一部分并包括一居于谐振室下游喷嘴(34)。此喷嘴(34)使流经此处的燃烧产物加速并产生脉动速度头。在烘干系统(10)中,喷嘴进入烘干室(16),在此处燃烧产物与进料流接触。另一方面,当用于加热系统(70)时,喷嘴进入将燃烧产物与燃烧产物再循环混合起来的排放装置(72),以便形成供给热交换装置(74)的流出物。

Description

用于烘干和加热的 方法和设备

本发明涉及到一种用于烘干和加热各种物料的设备和方法。特别是，本发明涉及到一种用于烘干泥浆的脉动燃烧装置及方法和一种用于提供热量给过程加热器的脉动燃烧装置及方法。

脉动燃烧器在各种各样的应用中是有效的，脉动燃烧器是一种通常具有适于接受燃料和空气的燃烧室的装置，燃料和空气在燃烧室中混合并周期性地自然而产生燃烧产物的高能脉动流和声压波。一般，脉动燃烧器还包括一个或多个与燃烧室联结、用于使热气周期性地从燃烧室中释放出来的细长谐振管，所产生的燃烧产物脉动流可用于各种用途。

例如，本发明受让人已改进了包括脉动燃烧器的各种系统和方法，这些方法和系统的一些在题目为“间接加热式热化学反应装置和方法”的美国专利第5,059,404号、题目为“使用脉动加热器加热流体的方法和设备”美国专利第5,211,704号、题目为“脉动式常压流化床燃烧装置”的美国专利第5,255,634号，和题目为“脉动燃烧式声聚装置和方法”的美国专利第5,353,721号中有所披露，所有这些全部在此具体引用作为参考。

本发明的基本目的在于一种包括可用做烘干系统部件或加热系统部件的脉动燃烧装置的设备，在烘干设备中，物料流直接与从脉动燃烧器排出的燃烧产物流接触。燃烧产物使水份和任何其他挥发性液体蒸发而回收物料流中所含的固体物，另一方面，当用做加热系统时，从脉动燃烧器中产生的燃烧产物被供给热交换器，它那里发生热交换。

过去，其他人曾试图使用脉动燃烧器来烘干各种进料流。例如，属于Ozer等人的美国专利第5,252,061号揭示了一种脉动燃烧烘干系统，此系统包括一脉动燃烧器和一连带的燃烧室，由此生成炽热气体的脉动流，一尾管与燃烧室出口连接，一物料输入室连接在尾管的出口处，而烘干室连接在物料输入室的出口处。此系统还包括用于控制从尾管出口喷出的炽热气体温度的冷却装置。

在属于Kubotani的美国专利第5,092,766号中，揭示了一种脉动燃烧方法和脉动燃烧器，此脉动燃烧器包括：燃烧室，一端敞开的进气管，排气管，燃料入口和点火装置。此脉动燃烧器还包括一压缩气体供给装置，设置在进气管开口端对面的位置，以致从压缩气体供给装置喷出的压缩气流经由进气管开口端吹入燃烧室。一隔热盖将脉动燃烧器封围以便在它们之间形成一环形空间，在其中接收一部分从压缩气体供给装置喷出的压缩气体。

在属于Lockwood，Jr.的美国专利第4,992,043号中揭示了一种脉动燃烧能量系统。此系统的作用是回收悬浮或溶解在液体中的固态物质。在一实施例中，脉动燃烧器与处理管相连，而此处理管又与一对旋风集尘器相连，需处理的物质送到工业过程管的入口端，所得到的经过处理的物质通过旋风集尘器从燃烧物流中取出。

有关采用脉动燃烧器的烘干系统的其它先前技术参考文献包括：kubotani的美国专利第5,136,793号、Gray等人的美国专利第4,701,126号、Gray的美国专利第4,695,248号和Gray等人的美国专利第4,637,794号。

尽管先前技术揭示了装有脉动燃烧器的各种系统和方法，但仍就不具有本发明的各种特性和方面。特别是，本发明在脉动燃烧加热和烘干系统中做了进一步的提高和改进。

本发明认识到并指出先前技术中结构和方法的局限性。

因此，本发明的目的是提供装有脉动燃烧装置的烘干系统和加热系统。

本发明的另一目的是提供一种脉动燃烧装置，用于烘干浆液中所含的固体物质。

本发明的另一目的是提供一种利用燃烧产物的脉动流烘干液流中所含的固体物质的方法。

本发明的另一目的是提供一脉动燃烧装置为热交换器供热。

本发明的另一目的是提供一种为采用脉动燃烧器的过程加热器供热的方法。

本发明的这些及另外一些目的通过提供一用于烘干物料和供给过程热量的脉动设备来实现。此设备包括一脉动燃烧装置，用于燃烧燃料以产生一燃烧产物的脉动流和一声压波。此脉动燃烧装置包括一燃烧室和至少一个谐振管。此谐振管有一与脉动燃烧室连通的入口。

谐振室至少包围了此谐振管的一部分，并以在此谐振室中产生驻波的方式与之相耦联，此谐振室有一第一封闭端和布置了至少一个喷嘴的一第二开口端，此喷嘴与谐振管的出口流体连通并在下游与之隔开，此喷嘴使流经此处的脉动燃烧产物加速并形成适用于加热和烘干物料的脉动速度流场。

当烘干物料时，此设备可包括一与喷嘴连通的烘干室，此烘干室包括一靠近喷嘴的用于引导物流进入烘干室的物料引入口。引入口如此设置以便于物流接触从喷嘴排出的燃烧产物脉动流并与燃烧产物混合以便在其间进行热交换。

在一实施例中，烘干室的形状可加工成与由喷嘴喷出的燃烧产物的射流外廓相一致。此设备还可包括一颗粒分离装置，如集料室，用于从最终气流中清除和回收烘干的产物。

在此设备中采用的脉动燃烧装置能产生声压级在大约161dB到大约194dB范围内和频率在大约50Hz到大约500Hz范围内的声压波。喷嘴可与脉动燃烧装置构造成以至少大约每秒100英尺的最小速度排出燃烧产物脉动流。

当此脉动设备用于加热时，此设备可包括一具有第一和第二端部的再循环管道，此管道的第一端部可适于与热交换装置的出口流体连通。可配备一排放装置，它具有一与喷嘴和再循环管道第二端部连通的入口。排放装置将从脉动燃烧装置排出的燃烧产物脉动流与从热交换装置排出的燃烧产物再循环流混合起来。最终得到的混合物或流出物可引入热交换装置而为之提供热量。

在一实施例中，此排放装置是一缩喉管，再循环管道可包括一与谐振室同轴线的再循环室。限定在谐振室和再循环室之间的通道可接收从热交换装置排出的燃烧产物再循环流，以便进入排放装置。

当用作加热器时，燃烧产物脉动流的温度在排出谐振室时可从大约1000°F到大约3000°F。脉动燃烧装置可产生声压级在大约161dB到大约190dB范围内和频率在大约50Hz到大约500Hz范围内的声压波。

本发明的目的还在于一种烘干含有固体频粒的物流的方法，此方法包括产生燃烧产物脉动流和声压波的步骤。此燃烧产物脉动流被加速以形成一高速脉动流场，此高速流场与含固体颗粒的液体接触，使液体雾化并与燃烧产物混合。因此燃烧产物将热量转移给雾化的液体，用于烘干其中所含的固体颗粒。

在接触此液体之前，燃烧产物的温度可在大约800°F到大约2200°F范围内。当被加速时，燃烧产物可具有大约每秒200到300英尺的平均速度，至少大约每秒100英尺到大约每秒150英尺的最低速度。所产生的声压波具有从大约161dB到大约194dB范围内的声压级和从大约50Hz到大约500Hz范围内的频率。

本发明的目的还在于一种提供热量给热交换装置的方法。此方法包括产生燃烧产物脉动流和声压波的步骤，此燃烧产物脉动波被加速形成一脉动速度流场，此加速的燃烧产物流被提供给热交换装置以向其传输热量。

至少一部分从热交换装置排出的燃烧产物被再循环以产生一再循环流。此再循环流与燃烧产物脉动流混合以形成一送到热交换装置的气流。在混合之前一压力差可保持在燃烧产物脉动流和再循环流之间，此压力差产生吸力以自动虹吸从热交换装置排出的再循环流而与燃烧产物脉动流接触。

与再循环流混合前燃烧产物的温度可在大约1000°F和大约3000°F之间。声压波可在声压级大约161dB到大约194dB范围内和在频率大约50Hz到大约500Hz范围内。

本发明的其他目的、特性和型式在下面更详细地予以论述。

针对在本技术领域中具有一般熟练程度的人员，本发明包括其最佳模式将在此说明的其余部分中，包括参考附图，更为具体地作出全面和其余部分的阐述，附图中：

图1是根据本发明制造的烘干系统一实施例的横剖面图。

图2是图1中所述的实施例的横剖面图。

图3是根据本发明制造的烘干系统另一实施例的横剖面图。

图4是根据本发明制造的加热系统一实施例的横剖面图。

本说明及附图中参考字符的反复应用旨在表示本发明的相同或类似的细节或要素。

本技术领域中具有一般熟练程度的人员应当理解，当前的论述只是一些示范实施例的说明，并不意图限制本发明的较为广泛的各个方面，这些方面体现在示范性的结构之中。

通常，本发明的目的在于烘干固体颗粒和提供过程热量的设备和流程，将脉动燃烧装置引进此设备来提高设备增大的热量和物质传输速率。与普通的燃烧器不同，脉动燃烧装置产生用于烘干的、比较清洁的废气，而当用做加热器时，燃料需求也比较低。

当引进烘干系统时，脉动燃烧装置产生直接与浆液接触的燃烧产物脉动流，浆液在此处定义为一种含有固体颗粒的流体。通过本发明的具体装置，浆液被燃烧产物雾化而不用一般的高抗剪喷嘴雾化器，浆液被雾化后，水和/或其他挥发性液体就从固体颗粒蒸发，产生的产物流此时被送到回收固体颗粒的固体收集装置。

当本发明的设备被引进加热系统时，脉动燃烧装置产生燃烧产物脉动流供给过程加热器。在过程加热器中，热交换发生在燃烧产物与需要加热的任何物质、输入物流或液体之间。根据本发明，至少一部分从过程加热器排出的燃烧产物再循环而返回此设备。特别是，此设备可以包括一用于将燃烧产物脉动流与从过程加热器排出的再循环流混合起来的排放器。

参照图1和图2，根据本发明的烘干系统10的一实施例示于图中。烘干系统10包括与谐振室14连通的脉动燃烧装置12，而谐振室14与烘干室16连接。

特别如图2所示，脉动燃烧装置12包括与谐振管或尾管20连通的燃烧室18。燃烧室18可与如图所示的单一一个谐振管连接或与具有分别与脉动燃烧室连通的入口的许多平行管相连。燃料和空气通过燃料输送管线22和空气增压装置(air plenum)24输送到燃烧室18，脉动燃烧装置12可燃烧气体、液体或固体燃料。当用于烘干浆液时，可使用气体或液体燃料，以使从燃烧室排出的燃烧产物不含有颗粒状物质。例如，可用天然气供给脉动燃烧装置12作为燃料。

为了调节供给燃烧室18的燃料和空气的数量，脉动燃烧装置12可包括至少一个阀26。阀26最好是气动阀，尽管也可以采用机械阀等。

在脉动燃烧装置12工作过程中，适当的燃料和空气的混合物经过阀26进入燃烧室18并发生爆燃。在起动过程中，提供了象火花塞或辅助燃烧嘴这样的辅助点火装置。燃料混合物的爆燃引起对燃烧室施加压力的体积的突然增大和燃烧产物的形成。随着热气的膨胀，会实现沿谐振管方向的优先流动而带有很大的动量。此时，由于谐振管20中的气体的惯性，在燃烧室18中产生真空。由于从谐振管排出的气体的平衡作用，此时仅仅一小部分废气被允许返回到燃烧室。因为此时燃烧室18的压力低于大气压，更多的空气燃料混合物被吸入燃烧室18并发生自动点燃。而且，阀26此后会抑制反向流动，并重新开始循环。一但第一次循环开始，运行此后就自动维持。

如上所述，虽然机械阀可以与本系统一起使用，但最好还是用没有运动部件的气动阀。用气动阀，在排气行程中，边界层在阀中形成而扰动涡流阻止了大部分返向流。此外，废气的温度比进气的温度高得多。因此，气体的粘度高得多，进口直径的反向阻力同样也比通过同一孔口的前进物流的反向阻力高得多。连同谐振管20中废气的高惯性，这些现象结合起来会产生从进口到出口优先和平均流量。因此，优选的脉动燃烧器是一种自吸入式引擎，将其本身的空气和燃料吸入燃烧室，随后自动点火。

如上所述的脉动燃烧系统在其燃烧范围内调节其本身的理想配比，不需要很多的控制装置来调节燃料供给量对于燃烧空气质量流量的比率。随着燃料供给率的增加。燃烧室中压力脉动的强度增大，进而增加了气动阀吸入的空气量，从而允许燃烧器在其设计的全部燃烧范围之内自动保持基本恒定的理想配比。通过改进气动阀射流速度(fluidic diodicify)能改变导致的理想配比。

脉动燃烧装置12产生一燃烧产物的脉动流和一声压波。在一实施例中，用于烘干系统10中的本发明的脉动燃烧装置产生从大约1Psi到大约40Psi范围内的特别是在大约1Psi和25Psi全振幅之间的压力脉动或波动。这些波动实际上是正弦波。这些压力波动等级相当于从大约161dB到大约194dB的声压范围，特别在大约161dB和190dB之间。声场频率范围主要取决于燃烧器的设计并仅仅受到燃料燃烧特性的限制。通常，用于烘干系统10的脉动燃烧装置12会有一从大约50到大约500Hz的声压波频率，特别是在100Hz和300Hz之间。

在一实施例中，脉动燃烧装置12通过混合空气罩从外部冷却或通过水套的冷却水冷却。如图1所示，烘干系统10包括一强制式通风机28，通过管道30将燃烧空气提供给燃烧室18并通过管通32将冷却空气提供给脉动燃烧装置，在另一实施例中，脉动燃烧装置12可以用耐火材料衬里而不用冷却液。通常，从谐振管20排出的燃烧产物的温度将在大约1600°F到2500°F的范围内。

脉动燃烧装置12与谐振室14联接。谐振室14在脉动燃烧装置12的相邻端关闭而在相反的一端敞开，在此端处至少设置了一个喷嘴34。谐振室14可制成如图1和图2所示的弯曲状或可以制成直线状。在此图示的实施例中，谐振室14制成弯曲状以便于节省空间。曲度最好是180°或90°比较合适。

谐振室14与接收从燃烧室18排出的燃烧产物脉流的谐振管20联接，谐振室14设计得使声音损失降低到最小而使喷嘴34入口处燃烧产物的压力波动达到最大值。谐振室14与脉动燃烧装置12的组合也有助于调节废气流。

谐振室14的形状和体积取决于过程状况，为使声音损失降低到最小，谐振室14应当与谐振管20以这样一种方式相联接，以致在谐振室中形成驻波。同样，为使喷嘴34入口处的压力波动达到最大值，谐振室14应当设计得在喷嘴34的入口处形成压力波腹。例如，谐振室14可完全包围谐振管20或可制成仅仅包罩谐振管20一部分。一般来说，在操作过程中，谐振管20四周的温度越高，谐振室14包围谐振管的程度就应越大，这取决于温度对于声波传送的影响。谐振室14的两端起压力波腹的作用，而对应于谐振管出口的部分起到速度波腹/压力波节的作用，以产生使声音衰减降到最小的匹配边界条件。

位于谐振室14出口端的喷嘴34被设计成可将燃烧产物脉动流的静压头转换为速度头。喷嘴34使燃烧物流加速并形成速度波动。此脉动速度流场不仅提供高传质和传热率，而且可用于雾化被烘干的液流。在此处应用时，雾化指的是将液体转变成液滴的过程。

从谐振室14排出的燃烧产物的温度可随系统中烘干的物质的热敏度、浆液特性和可能的其他条件而变化。脉动燃烧装置的工作温度可通过调节燃料和燃烧空气流率来控制。在大多数应用中，从喷嘴孔34排出的燃烧产物的温度最好是在从大约800°F到大约2200°F的范围内，而特别是从大约1200°F到大约1800°F。

包括在下游处间隔开来并紧靠着喷嘴34的一个或几个液流引入口36的烘干室16与喷嘴34保持流体连通。根据本发明，物料流或浆液流可通过孔口36引入烘干室16并与从喷嘴34排出的燃烧产物的脉动流接触。具有波动速度分布(profile)的燃烧产物与输入物料混合并使其雾化。因此，在本发明中不需要普通的雾化装置和喷头来引入浆液到此系统，所需要的只是一靠近喷嘴34而引入输入物料的输入管道。

从喷嘴34排出的燃烧产物的脉动速度应足以雾化送入烘干室16的输入物流，此速度分布取决于输入物料、烘干的固体颗粒和其他过程状况。对于大多数的应用，从喷嘴34排出的燃烧产物的平均速度应在大约200英尺/秒和大约1200英尺/秒之间。在脉动过程中，燃烧产物的最小速度至少是大约30英尺/秒到大约600英尺/秒。

一经雾化，输入物料就流过烘干室16。在烘干室16中，供料中所含的固体颗粒通过蒸发供料中的水份和其他挥发性液体而被烘干。烘干室16应有一定长度，以提供足够的保持时间来烘干固体颗粒到所需水平。通常，烘干室16应在稍低于大气压下工作，以防止物料泄漏到外面的可能性。

在本发明的一实施例中，如图1和图2所示，烘干室16可包括两部分：第一圆锥部分38和第二部分40。圆锥部分38旨在适应从喷嘴34排出的物烧产物的射流形状。尤其是，部分38的形状应稍大于从喷嘴排出的射流的最大范围，在这种配置中，避免了雾化的输入物流与烘干室16的壁部接触，而将烘干室16的尺寸降低到最小。也使烘干物料的再循环降低到最少。理想的是，烘干室的壁部与被烘干物料之间有尽可能少的接触。这避免了输入物流中的颗粒粘附到壁部上并使输入物流与脉动燃烧装置产生的燃烧产物之间的接触和混合达到最大。

从烘干室16排出的物流，包括蒸发的液体、烘干的颗粒和来自脉动燃烧装置的燃烧产物，此时可送入用于收集烘干的固体物料的颗粒分离装置42。进入颗粒分离装置的燃烧产物和颗粒的温度通常在150°F到300°F范围内并将超过露点温度。颗粒分离装置42可包括旋风分离器、集尘室、其他高效过滤器或一系列不同的收集装置。在一实施例中，如图1所示，使用了集尘室42，其中固体颗粒收入到集料仓64中。吸风机44用于维持集尘室42的负压以防止物料从系统泄漏。

一旦固体颗粒从自烘干室16排出的物流中被脱除出来，剩余的气流可再循环、用于另一过程或排入大气。在一实施例中，从颗粒分离装置排出后，气流可被送到用于回收气流中所含的溶剂或液体的冷凝器。收集的液体随后可使用和再循环。

现在详述一下使用烘干系统10来烘干输入物流的过程。如上所述，经过燃料的燃烧，脉动燃烧装置12产生一燃烧产物的脉动流和一声压波。燃烧产物从谐振管20排出而进入谐振室14，谐振室设计用来使声音损失降低到最小并在喷嘴34的入口处形成压力波腹。喷嘴34促使燃烧产物转变脉动压力头成为脉动速度头。

输入物流，如浆液，被引入烘干室16并与从喷嘴34排出的燃烧产物接触，使得输入物流雾化。一旦发生雾化，燃烧产物和输入物流之间发生热交换，由脉动燃烧装置产生的声波使此热交换增强。输入物流中所含的固体颗粒通过蒸发任何与颗粒接触的液体而被烘干。烘干的颗粒此时可从气流中分离和回收。通常，由于烘干的均匀性，烘干的物质是自由流动的和具有优良特性。

通常，当本发明的设备用于烘干输入物流时，首先利用由喷嘴34引起的速度波动雾化输入物流，然后利用由脉动燃烧装置产生的声波来有效的烘干输入物流中所含的固体颗粒，特别是，由脉动燃烧装置产生的声学效应增强了传热和传质，从而有助于更快和更均匀地烘干，结果形成优良的产品质量。同样，对烘干效率的改进减少了空气和燃料的需要量和系统的运行费用。

如图1和图2所示的烘干系统10可用于各种用途。通常此系统不但能用于烘干和回收固体颗粒，而且能用于减少处理之前各种废物的体积和数量。根据本发明能予以处理的具体物质列举如下，然而，下表仅是示范性的并不完全。

化工品：催化剂、化肥、洗涤剂、树脂、除草剂、杀虫剂、杀菌剂、颜料等等。

矿物：矿石、硅胶、碳化物、氧化物、铁素体等等。

塑料：聚合物、聚氯乙烯等等。

粮食制品：蛋白质、谷类糖浆、面筋、调味品、淀粉、鸡蛋、发酵粉、葡萄糖、果汁、茶、咖啡、牛奶、乳清等等。

药品：纤维素、抗生素、血液、维生素等等。

工业废料：废液、溶剂、淤渣、废水等等。

参照图3，图示说明根据本发明烘干系统的另一实施例50。为简便起见，图1、2和3中出现的相同的编号数字表示相同的部件。与图1和图2所述的实施例不同，烘干系统50不仅用于烘干固体颗粒而且用于结块至少一部分固体颗粒。为满足加工要求或促进和增加颗粒从生成物气流中分离的效率，可将颗粒结块。

如图3所示，烘干系统50包括脉动燃烧装置12，其具有燃烧室18和至少一个谐振管20。脉动燃烧装置12与带有至少一个位于其出口端的喷嘴34的谐振室14连通。喷嘴34伸入烘干室16，此烘干室包括一具有设计得与从喷嘴34喷出的射流的外形相匹配的形状的扩展部分38。

在此实施例中，为加速结块，从喷嘴34喷出的燃烧产物的流速予以降低。经孔口36送入烘干室16的输入物流于是被喷嘴34雾化成较大的液滴。因此，此较大的液滴含有更大和更多的固体颗粒。然而较大的液滴需要更长的停留时间来烘干。因此，烘干系统50包括一与烘干室16连接而用于烘干较大颗粒的流化床52。在此过程中产生的较小颗粒，由于重量较轻，将绕过流化床52并进入用于最终收集的集尘室42，如有需要的话。

在此实施例中，送入流化床52的流化介质是由鼓风机28经管道56供给的空气与从脉动燃烧装置经管道54排出的燃烧产物的混合物。具体地说，燃烧产物从谐振室14排出，与空气混合并经管道58送入流化床52。进入流化床的气体混合物的温度通常在400°F到1000°F范围内。由于从谐振室14排出燃烧产物，不仅为流化床52供给热量来烘干较大的颗粒，而且经过喷嘴34的流体流速也降低了。

送入流化床52的气体的体积流速要受到控制，以便于在流化床中充分烘干而不把进入流化床的颗粒强制反回烘干室16。最终，进入流化床52的颗粒被烘干并经收集管60收集起来。

在烘干系统50中发生的烘干和结块过程从产生燃烧产物脉动流和声压波的脉动燃烧装置开始。燃烧产物进入谐振室14，在此处，一部分进入管道54，而其余的从喷嘴34喷出。

经孔口36进入烘干室16的输入物流与喷嘴34喷出的燃烧产物接触。此碰撞使输入物流雾化成为不同大小的液滴，其中，较大的液滴含有相应较多的固体颗粒，当雾化的输入物流流经烘干室16时，液滴至少表面被烘干而内部可能部分烘干。

在此过程中产生的较小颗粒绕过流化床52而进入颗粒分离装置42，在那里最终被收集进料仓46。从另一方面来说，较大的颗粒或结块进入流化床52。在流化床中，结块被含有空气和排出谐振室4的燃烧产物的混合物进一步烘干。一但被烘干，结块或较大的颗粒经收集管60收集起来。

本发明特定结构不仅非常适用于烘干系统，而且也可用于供应热量给热交换装置或给任何适用的过程加热器。例如，参考图4，举例说明了一根据本发明的加热系统70的实施例。此系统能在大气压下或高压下运行。图1到4中出现的相同的编号数字仍用来表示相同的部件。

与图1和图2举例说明的烘干系统类似的加热系统70包括具有燃烧室18和谐振管20的脉动燃烧装置12。通过燃料输送管线22为燃烧室18供应气体、液体或固体燃料，而经气动阀26通过空气增强装置24为燃烧室18供应空气。通过输入空气管道将空气供给空气增强装置24。

在此实施例中，脉动燃烧装置12通过经由管道32供给的冷空气来冷却。进入管道32的空气包绕燃烧室18和谐振管20。

燃烧装置12的至少一部分包含在谐振室14中，谐振室被设计得可使声波损失降低到最小，而使喷嘴34进口处的压力波动达到最大。喷嘴34使由脉动燃烧装置12产生的静压头转变为速度头。

根据图4举例说明的实施例，谐振室14与排放装置72连通，此装置引导流经设备的燃烧产物进入过程加热器或热交换装置74，在热交换装置74中，热交换发生在燃烧产物流和被间接或直接加热的物料之间。

为使能量和热交换效率达到最大，加热系统70至少使从热交换装置74排出的燃烧产物的一部分再循环。特别是，至少一部分从热交换装置74排出的燃烧产物进入与循环室78连通的再循环管道76，在本实施例中，再循环室78包围着谐振室14。再循环室78注入把燃烧产物的再循环流与从脉燃烧装置12排出的燃烧产物混合起来的排放装置72。

在加热系统70的运行过程中，脉动燃烧装置12产生燃烧产物的脉动流和声压波并被输送到谐振室14。燃烧产物进入喷嘴34并被加速产生脉动速度头。

在此实施例中，脉动燃烧装置12能够在各种不同的范围和不同的条件下运行。在一个实施例中，脉动燃烧装置12产生峰间值从大约1Psi到大约40Psi全振幅范围内的压力波动。压力波动相当于大约161dB到大约194dB的声压级。声场频率范围可在大约50到大约500Hz之间。从谐振管20排出的燃烧产物的温度也可以随加工需要而改变，例如，可以在从大约1000°F到大约3000°F的范围内。

燃烧产物从喷嘴34进入排放装置72，在此，它们与已从热交换装置74排出的燃烧产物的再循环流混合。喷嘴34提供引发运动的物流和动量，与排放装置72相结合以引发流动。在此实施例中，缩喉管形状的排放装置72促进两种物流的混合和用于提高再循环流的压力。此时，气体产物的混合物被送入热交换装置74用于按需要进行传热。

在加热系统70运行过程中，脉动燃烧装置-谐振室系统内的压力可能高于热交换装置74内的压力。喷嘴出口液流在排放装置72处造成吸力而将从热交换装置74排出的燃烧产物吸入而进入再循环管道76的。此吸力的大小可确定再循环并与从谐振室14排出的废气流混合的燃烧产物的数量。如图所示，那部分不进行再循环的气流经排放管路80释放，此管路包括一将气流调节到环境压力的减压阀82。

加热系统70与先前技术的系统相比，具有许多优点和好处。尤其是，热交换达到最大而向系统输入的热量降低到最小。特别是，加热系统70包括一使所需热量降低到最小的再循环流。将再循环流送入此系统不用任何机械装置。脉动燃烧装置12提供高能量燃烧产物流和声波。此声波加强了热交换装置74中的热交换，减小所需的热交换面积并提高了工艺流。

类似于上述烘干系统，加热系统70可用于各种用途。例如，加热系统70能为矿石的煅烧、塑料和玻璃的热处理、石油化工和炼制厂非机械式废气或废蒸气再循环和加热以及锅炉和高炉提供热量，由加热系统70产生的热量也可用于烘烤、罐头制造、纺织品加工等等，当然，以上说明只是举例而并不包括加热系统70可应用的所有用途。

本技术领域中具有一般熟练程度的人员可以对本发明进行这样和那样的改进和变动，而不脱离更为具体地在所附多项权利要求中所提出的本发明的精神和范围。此外，应当理解，各种实施例的诸多方面可以整体或部分地互换。而且，本技术领域中具有一般熟练程度的人员将会理解，上述的说明仅作为实例，而不企图限制在所附各项权利要求中所进一步说明的本发明。

Claims (12)

1.一种用于烘干物料和提供加工热量的脉动设备，此设备包括：

一用于燃烧燃料以产生燃烧产物脉动流和声压波的脉动燃烧装置，所述脉动燃烧装置包括一燃烧室和至少一个谐振管，所述至少一个谐振管有一与所述脉动燃烧室连通的进口和一出口；以及

一谐振室，包围至少所述至少一个谐振管的一部分，而且以这样一种方式与之联接使得在所述谐振室中产生一驻波，所述谐振室有第一封闭端和一第二敞开端，所述谐振室包括至少一个确定所述第二敞开端的喷嘴，所述喷嘴与所述谐振管的所述出口流体连通并于下游处与之间隔开，所述喷嘴用于加速流经它的所述脉动燃烧产物以产生适用于加热和烘干物料的脉动速度流场。

2.如权利要求1所述的脉动设备，还包括与所述至少一个喷嘴连通的烘干室，所述烘干室包括一靠近所述至少一个喷嘴、用于引导物流进入所述烘干室的物料引入孔口，所述引入孔口如此设置使得所述物流接触从所述至少一个喷嘴排出的燃烧产物脉动流并与所述燃烧产物混合以在其间实现热交换。

3.如权利要求2所述的脉动设备，其中，所述烘干室包括一邻近所述至少一个喷嘴的扩展圆锥形部分，所述圆锥形部分的形状构造得与从所述至少一个喷嘴排出的所述燃烧产物的脉动流的射流形状相适应。

4.如权利要求1所述的脉动设备，还包括一适合与一热交换装置的出口连通的再循环管道，及一具有一与所述至少一个喷嘴和所述再循环管道连通的进口的排放装置，其中，所述排放装置将从所述脉动燃烧装置排出所述燃烧产物脉动流与从所述热交换装置排出的燃烧产物再循环流进行混合以形成一气流，所述气流被送到热交换装置以向其提供热量。

5.如权利要求4所述的脉动设备，其中，所述再循环管道包括一与所述排放装置连通的再循环室，所述再循环室包围着所述谐振室并在其间形成一空间作为从所述热交换装置排出的所述燃烧产物再循环流的通道。

6.如权利要求1所述的脉动设备，其中，所述至少一个喷嘴构造得以每秒最小大约30英尺的速度排出所述燃烧产物脉动流。

7.如权利要求4所述的脉动设备，其中，所述排放装置是一缩喉管。

8.一种用于烘干包含固体颗粒的物料流的方法，所述方法包括下列步骤：

产生燃烧产物脉动流和声压波；

促使此燃烧产物脉动流形成高速脉动流场；

使所述燃烧产物的所述高速脉动流场与含固体颗粒的液体接触，所述高速脉动流场使所述液体雾化并与所述燃烧产物混合，所述燃烧产物将热量传递给所述雾化的液体以烘干其中包含的所述固体颗粒。

9.如权利要求8所述的方法，还包括将所述烘干的固体颗粒与所述液体和所述燃烧产物分离开的步骤。

10.如权利要求8所述的方法，其中，所述高速脉动流场具有一每秒至少大约30英尺的最小速度。

11.一种用于提供热量给一热交换装置的方法，所述方法包括下列步骤：

产生燃烧产物脉动流和声压波；

促使所述燃烧产物脉动流形成脉动速度流场；

将所述加速的燃烧产物流和所述声压波供给热交换装置以向其传输热量；

再循环从所述热交换装置排出的所述燃烧产物的至少一部分以产生一再循环流，并使所述燃烧产物脉动流与所述再循环流混合以形成一气流，所述气流被送到所述热交换装置；以及

在混合之前在所述燃烧产物脉动流与所述再循环流之间保持一压力差，所述压力差产生一吸力，用于自动地虹吸从所述热交换装置排出的所述再循环产物而与所述燃烧产物脉动流接触。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述燃烧产物脉动流和所述声压波由一脉动燃烧设备产生，所述脉动燃烧设备包括一燃烧室、至少一个具有一与所述脉动燃烧室连通的进口的谐振管，以及一包围所述至少一个谐振管的至少一部分的谐振室，所述谐振室与所述至少一个谐振管相联接以致在所述谐振室中产生一驻波，所述谐振室包括位于所述谐振室敞开端、与所述至少一个谐振管流体连通的至少一个喷嘴。

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