[0001] 本
发明涉及一种用于在间壁式(recuperative)预热下进行含烃气体的热力后燃烧的方法和装置。
[0002] 用于后燃烧的气体尤其可以是沼气、废气、低温干馏
煤气、
裂解气、由
喷涂设备排出的空气、埋填的废物气体、来自陶瓷炉工艺的烟气(例如在陶瓷模制材料中释放的有机粘结剂)、来自家居废物和
生物堆肥设施的气体、贫煤气或低热量气体(即具有小比例可燃烃的气体)或者其它常见的具有不同热
焓(可燃气体部分)的放热
氧化混合气。用于后燃烧的气体包含相同或不同的作为可燃气体的烃。可燃气体优选地为甲烷或包括甲烷。
[0003] 在本
申请中用于后燃烧的气体被称作“还原气”或“原煤气”。空气、氧气或其它气体被用于后燃烧或各自的还原气的氧化，其在本申请中被称为“
氧化剂气体”或“氧化气体”。还原气优选地不包括任何氧化剂气体，或包括如此小的一部分氧化剂气体以至于使其没有额外的氧化剂气体就不会燃烧。
[0004] 还原气采用氧化剂气体进行后燃烧的产品在本申请中被称作“纯净气体”或“废气”或“产品气”。
[0005] 采用包含不同数量的烃(并且如果可用的话，为一氧化
碳)的气体的氧化对排放的空气进行清洁的方法和装置通常为已知的。
[0006]
点火系统和工业
燃烧器被用于具有或没有含烃气体(例如
天然气或丙烷气)的额外富集的还原气的燃烧。还原气在燃烧前没有被预热。这些装置尤其应用在应急方式中。也就是例如在沼气系统中当
内燃机或
燃气轮机或蒸
汽轮机失效或分别需要进行维修的情况。连续产生的沼气接着需要采用其自身的热焓或者在其自身热焓过低时采用添加的天然气或丙烷气或其它含烃气体被点燃。
[0007] 类似的、简单的装置也被用作用于炉废气的“热力补燃器”，如果例如在砖窑的炉废气中残留的未燃烧的烃，其已经以升高的
温度离开炉，需要进行后燃烧。
[0008] 当额外使用燃烧气体用于运行系统的代价是需要对还原气进行强制预热时，这些简单的用于热力后燃烧的点火和燃烧系统在低热焓还原气的情形下总是超出它们的可用性极限。
[0009] 具有还原气的预热的低热焓气体的热力后燃烧的系统的不同之处在于：
[0010] 具有清洁气体的再生预热的热氧化系统(TPC-热力后燃烧)或(RPC-再生后燃烧)。
燃烧室的温度由此通常高于780℃；
[0011] 具有清洁气体的再生预热的热氧化系统(RTO-间壁式热氧化)。燃烧室的温度由此通常也高于780℃；
[0012] 催化后燃烧(CPC)，其中清洁气体氧化的必要温度被催化地降低。燃烧室的温度为300到400℃，取决于被氧化的清洁气体的类型和含量，在这里是足够的，其中通过燃烧发生的实际的氧化比在各个催化剂载体的催化转换器本身中发生的实际的氧化少。
[0013] 清洁气体的预热通过清洁气体的内能采用换热器在该两种
指定的后
燃烧热力过程中发生，一方面采用
蓄热器再生地发生(TPC/RPC)并且另一方面采用换热器间壁地进行(RTO)。
[0014] 这两种热力系统均包含燃烧室，实际的后燃烧以调节的温度在该室中发生。在燃烧室中在开始和后燃烧运行过程中需要的温度通常通过使用分离的气体燃烧器而获得。为了最小化燃烧器的输出，还原气以如下方式预热：
[0015] 在再生热力后燃烧(TPC/RPC)的情况下，换热基于来自热力后燃烧的热的清洁气体以及通过陶瓷蜂窝体或芯的冷的还原气之间的交互流动而进行。热的清洁气体向蜂窝体或芯释放热量，热量被还原气所接收。再生热力后燃烧的优点在于关于还原气的预热具有高的热工效率。在燃烧室温度大约800℃时，还原气的温度通过预热达到780℃，相对应的能达到的还原气预热的效率为90到98％。这种技术的一种应用在基于来自生活垃圾堆肥的气体的后燃烧的范例的DE10149807B4进行描述。
[0016] 再生热力后燃烧的缺点首先在于用于还原气和清洁气的方向改变或分别进行转换的基于设备的工作量相当大。这通常通
过热盖系统进行。可选地，其在所谓的“旋转分配器”中通过分配器的旋转进行，分配器布置在被分成圆弧分段的圆筒式换热器的下方。DE19950891C2中描述了这种具有旋转分配器的再生热力后燃烧的示例。
[0017] 再生热力后燃烧的另一个基本的缺点在于在单独的圆柱中换热器结构的高的
热容量导致非常低的启动性能。因此，这些系统最好连续地运行并且难以用于间断工作的炉和系统。
[0018] 相反，在间壁式热力后燃烧(RTO)中，还原气通过金属
管束换热器采用热清洁气体被预热并且接着如TPC那样在燃烧室中在高于750℃的温度下进行燃烧，通常通过单独的燃烧器添加
燃料和燃烧空气。使用的燃烧器的类型为表面燃烧器、
喷嘴燃烧器或
旋涡式燃烧器。它们采用添加的燃料和燃烧空气把要被后燃烧的还原气加热到反应温度，其中预热的还原气流被引导进入燃烧器或各个火焰中。在再生预热还原气的情形下，由于使用金属管束换热器，获得的清洁气的预热温度在500℃以下。因此，
能量效率(完全关于清洁气的潜在预热)最大为70％以使得用于已知的间壁式热力后燃烧的主要能量的额外
费用高于用于再生系统的费用。
[0019] 催化后燃烧(CPC)针对低温氧化过程，其中还原气也可以以间壁或再生方式被预热。采用催化转换器的氧化(优选地具有铂涂层的空心体结构，例如蜂窝体或芯)通常在300℃到400℃之间进行。然而，催化后燃烧在系统容量方面和还原气中污染物类型和含量方面快速地达到其极限。也就是说用于后燃烧的大流量的还原气几乎从没有被催化地后燃烧。此外，催化转换器气体，例如卤素、重金属、
硅酮、硫磺可能损害催化转换器的功能，同时在某些物质(例如催化媒质中的蜡)发生冷凝的过程中堵塞细的通道或分别地在细的通道中积满
烟尘。现在，催化后燃烧到目前为止还没有达到具有还原气预热的两种热力后燃烧类型这样广泛的应用。然而，这里提到的不仅仅对于完整性而且还有关于使用催化工作物质和物质结构的事实，通常在本发明的情况下是可行的，并且由此燃烧室的必要温度也可以以完整的催化方式被降低。
[0020] 后燃烧 的所有 命名类 型的范 例能够在 KBA Metal Print GmbH(www.kba-metalprint.com)的手册中找到。它们一方面描述了已知设计的典型的再生热力后燃烧(称作“热力再生系统，TRS”)，其中只有还原气被后燃烧，而热力后燃烧的清洁气能够以依赖于设计的方式再生地交换热量。必要的燃烧空气由此也通过燃烧器被输送进入燃烧室。
[0021] 此外，KBA Metal Print GmbH的手册描述了一种间壁式工作，
水平布置的取名为“TPC-热力间壁式空气
净化”的用于热力后燃烧的系统。要被燃烧的还原气由此首先围绕换热器管借助引导表面行进，接着被输送到位于围绕燃烧室设置的同心双层保温套中的燃烧器。在那里，还原气被吸入并且被表面燃烧器流所燃烧。由此方式产生的清洁气通过换热器管离开燃烧室并且将热量传递给越过管行进的还原气。表面燃烧器在这里还必须采用天然气和燃烧空气进行燃烧并且燃烧气体通过燃烧器提供。
[0022] 间壁式系统的另一个缺点通过系统和管束换热器的水平设置而被发现。这样即是容易导致媒质趋于沉积在换热器的水平管中，伴随有效率的降低，乃至于堵塞换热器的水平管。基于管束换热器内部的热量，在下方和上方区域中必然产生相当大的温差(下方-更冷，上方-更热)。在水平管上的
热机械
应力能够导致媒介趋于使管发生
变形。
[0023] 此外，具有布置在其两侧上的
管板的管束换热器的设计是不利的。面向燃烧室或分别地面向燃烧器火焰的管板暴露于极端的热和
腐蚀应力。由于管束中的管的
热膨胀以及在水平管束的上方和下方区域之间的显著温差，在
焊接接缝上会产生相当大的机械应力。这会导致媒介从管的端部和管板之间
泄漏出去，以使得在短回路中的未被燃烧的清洁气体能够直接流动通过管板进入管的端部，并且由此会污染清洁气体。
[0024] 在这样的背景下，本发明的目标是提供一种用于含烃还原气的热力后燃烧的方法和装置，其能够更容易地实现并且具有提高的热效率。
[0025] 该目标通过具有
权利要求1的特征的方法而实现。
[0026] 对于根据本发明的用于来自非完全燃烧或炉内过程的废气、低温干馏气、埋填废气、来自陶瓷炉过程的烟气、来自家居废物或生物堆肥设施的气体、贫煤气或其它采用空气或其它氧化气体的含烃还原气的热力后燃烧的方法来说，还原气和氧化气分别被输送给燃烧室中的后燃烧并且在燃烧室进行热力后燃烧并且还原气在输送给燃烧室的过程中以间壁式方式被加热穿过被热力后燃烧的热的清洁气体并且被输送出燃烧室，其特征在于，还原气和氧化气二者以间壁式方式通过分别被输送到燃烧室而被输送到燃烧室外部的热的清洁气体加热。
[0027] 该方法有利的
实施例具体在
从属权利要求2到20中描述。
[0028] 此外，该目标通过一种具有权利要求21的特征的装置而实现。
[0029] 根据本发明的用于来自非完全燃烧或炉内过程的废气、低温干馏气、埋填废气、来自陶瓷炉过程的烟气、来自家居废物或生物堆肥设施的气体、贫煤气或其它采用空气或其它氧化气体的含烃还原气的热力后燃烧的装置，其具有燃烧室，该燃烧室具有分开的用于还原气和氧化气的入口和用于热力后燃烧的热清洁气的出口，以及至少一个间壁式换热器，其具有至少一个一次侧流动通道，其入口与用于来自燃烧室的热清洁气体的出口相连接，以及至少一个二次侧流动通道，其具有用于还原气的入口和与燃烧室的用于还原气的入口连接的出口，其特征在于：间壁式换热器具有至少一个用于还原气的二次侧流动通道以及至少一个用于氧化气体的二次侧流动通道，其具有用于氧化气的入口和与燃烧室的用于氧化气的入口相连接的出口。
[0030] 该装置有利的实施例在从属权利要求22到51中具体描述。
[0031] 该目标通过与当前通常使用的再生或间壁式热力后燃烧系统不相同的根据本发明的方法和根据本发明的装置而实现，其执行含烃还原气的间壁式后燃烧，其具体特征为：通过来自后燃烧的清洁气对还原气和氧化气二者进行预热。
[0032] 还原气和氧化气的预热优选地在至少一个换热器中进行。该换热器具有至少一个热清洁气体通过其被输送的一次侧流动通道。清洁气体通过入口进入一次侧流动通道并且通过出口离开一次侧流动通道。此外，该换热器具有至少一个用于还原气的二次侧流动通道。该用于还原气的二次侧流动通道借助于导热壁而与一次侧流动通道分隔开。还原气通过入口进入二次侧流动通道并且通过出口离开它。在通过二次侧流通通道的路上，还原气接收来自清洁气的通过导热壁传递的热量。此外，该至少一个换热器具有至少一个用于氧化气的二次侧流动通道。该用于氧化气的二次侧流动通道借助于导热壁而与一次侧流动通道分隔开。氧化气通过入口进入二次侧流动通道并且通过出口离开它。在通过二次侧流动通道的路上，其接收来自清洁气的通过导热壁传递的热量。还原气和氧化气的预热优选地在联合换热器中进行，其具有至少一个用于清洁气体的一次侧流动通道以及至少一个用于还原气的二次侧流动通道以及至少一个用于氧化气的二次侧流动通道。可选地，还原气和氧化气的预热可以在分开的换热器中进行，其中一个换热器具有至少一个用于部分清洁气体的一次侧流动通道以及至少一个用于还原气的二次侧流动通道，并且另一个换热器具有至少一个用于清洁气体的另一部分的一次侧流动通道以及至少一个用于氧化气的二次侧流动通道。
[0033] 燃烧室包括燃烧腔，其通过一个或更多个壁与周围区域分隔开并且在其中进行后燃烧。该燃烧腔优选地通过一个或更多个壁在各个侧面上与周围区域分隔开。燃烧腔仅在用于清洁气体的出口以及用于还原气和氧化气的入口处打开。如果可用，气体燃烧器或另一种点火装置和/或温度
传感器和/或至少一个其它传感器穿过燃烧腔的至少一个壁被插入到燃烧腔中。该燃烧腔在本申请也被称作“炉腔”。
[0034] 由此，本发明决定性的优点还在于不仅清洁气体被加热到稍微低于燃烧腔的必要氧化温度的温度，而且氧化所须的氧化气体(通常为燃烧空气)也以相同的方式被加热到类似的高温，由此这种间壁式换热器的效率远远大于当前已知的间壁式系统。
[0035] 例如，如果假设清洁气体具有大约10％的甲烷和90％的氮气，那么用于完全氧化的燃烧空气量大约与清洁气体的量相同。已知的热力后燃烧的系统现在之多仅能够将清洁气体加热到稍微低于燃烧腔温度的温度，而燃烧空气必须被分别地“从外部”通过燃烧器输送给燃烧室，而在此新颖地引入的概念能够以间壁式方式预热两股大小大致相同的
质量流使其温度稍微低于燃烧腔温度。
[0036] 对于具有相当高比例的甲烷或其它烃的高热量清洁气体来说，由于这里需要的用于氧化的空气的量大很多，在燃烧纯天然气的极端情况下，需要十倍的空气量来完成氧化，因而应用系统内在的空气预热的已命名优点到达更大的程度。即使在当前设计的再生或间壁式系统中设置有在真实反应器的外部对燃烧空气进行预热，由于一方面当前的燃烧器系统仅仅能够根据它们的材料耐受更热的燃烧空气，但是特别的没有具有相应的高温的废气流对于换热器来说甚至也是可用，因此这种外部空气/废气换热器仅能够将燃烧空气加热到最大400℃。
[0037] 根据本发明的一个优选实施例，氧化反应提取的两种气体通过分开的管和围绕管的加热器而被输送给燃烧室，围绕管的加热器具有反向流动的清洁气。在本申请中，术语“管”被用于描述长形的在其外周边上和/或内周边上具有圆形，椭圆形或多边形轮廓中空主体。这些管优选地具有圆形外周边和圆形内周边。根据一个实施例，管的外周边和/或内周边上设置有沿长度方向布置的肋。
[0038] 通过使用朝向反应空间开口、由耐火管制成的新型换热器，还原气以及必要的氧化气(例如空气)二者被分别输送到反应空间，并且以最简单的方式在那里燃烧。热清洁气流接着被转移到燃烧室并且围绕管以逆流的方式被输送回去，由此实现热清洁气对于两种更冷的提取气的间壁式换热器。
[0039] 换热器的末端管朝向燃烧室开口的这种简单结构尤其避开了现有的直管束换热器通常存在的大问题，即在将单独的管同步安装到两个管板的情况下，单独的管的每一个在流入侧和流出侧具有不同的热膨胀。
[0040] 由于在本发明有利的实施例中的管仅仅被支承、紧固或焊接到带孔的板(也被称作“清洁气体分配板”或各个“空气分配板”)的冷入流侧上，它们能够以任意方式在长度上膨胀进入燃烧空间或者在冷却过程中收缩而不会由此在彼此之间传递拉应力或
压缩应力。
[0041] 换热器的这种设计具有高的热膨胀并且由此在高温下运行而不会损坏其结构。由此促成了间壁式换热器的高效率。
[0042] 根据一个优选实施例，至少换热器管的流动进入燃烧室的部分由耐高温材料制成。耐高温材料优选地如此产生以使得其能够耐受至少780℃的温度。根据一个优选实施例，气密的、硅
渗碳化硅(SiC)被用作耐高温材料。根据一个优选实施例，只有管的部分由耐高温材料制成。但是本发明还涉及管的整体由耐高温材料制成的实施例。
[0043] 换热器的这种实施例能够在高温运行而不会损坏换热器的结构。这也提高了间壁式换热器的高效率。
[0044] 总体来说，通过在具有能够沿纵向方向以自由膨胀方式布置的管的换热器中预热还原气和氧化气、以及采用耐高温材料制作管的结合，能够使间壁式热力后燃烧具有特别高的效率。
[0045] 根据另一个实施例，燃烧室和换热器被结构性地组合形成一个单元，其在本申请中也被称作“反应器”。
[0046] 为了启动根据本发明的间壁式后燃烧，根据另一个实施例，设置有用于将燃烧室加热到在提取的气体混合物的点火温度之上的温度的
电阻加热器或另一种加热装置和/或气体燃烧器或另一种燃烧装置。
[0047] 根据另一个实施例，氧化气体，即通常所说的燃烧空气，首先在两种提取气体的启动步骤中被输送给预热燃烧室，其被暂时地冲洗以避免爆燃，并且只有这样之后，要被后燃烧的还原气采用递增的体积流量缓慢地添加，直到热清洁气在燃烧预热以逆向流动的提取气的过程产生，直到还原气在燃烧室中的放热燃烧足以稳定在燃烧空间中所需的过程温度。
[0048] 为了调节反应器的压力和温度还有在高温水平下的能量解耦，根据另一个实施例，在燃烧空间温度下流动的清洁气体的一部分以被调节的方式被分支而直接流出燃烧空间，以使得在燃烧空间中发生的放热反应仅被部分地用于逆向流动的提取气体的预热，但是同样部分地直接流向下游的能量转换器。为此，根据另一个实施例，燃烧空间连接有
阀。这例如通过设置具有可调横截面的防火封盖或在反应器的燃烧室的壁上分别设置有开口横截面可调的开口而实现。
[0049] 在要被氧化的还原气中含有极低等分的可燃烧烃的情况中，其中尽管对提取的气体进行了间壁式预热，然而放热燃烧反应是不足的，为了安全地达到并保持对于燃烧空间中的过程而言必须的温度，根据另一个实施例设置成在还原气进入换热器管之前，采用小量的燃烧气(例如天然气或丙烷)富集还原气，以使该过程以稳定的方式在足够高的温度下进行。可选地，当然也可以采用电阻加热器或另一种加热装置和/或单独的气体加热器或另一种燃烧装置不仅在启动阶段而且永久地调节必须的过程温度。
[0050] 为了还原和氧化气之间的比例调节，根据另一个实施例提供一种λ测量作为控制变量，其确定清洁气中氧的浓度并且调节废气(清洁气)的氧含量使其大于0.5体积百分比(vol.％)的氧气。
[0051] 为了改善清洁气(产品气)与管(各个提取气穿过这些管被供应并且分别地被加热)之间的换热，根据另一个实施例，流动通过防火隔板的清洁气被分成多个分流，以使得围绕管流动的清洁气横向地或分别斜向地朝向管而转向，至少部分地从沿着管的平行流动变成交叉流动。根据另一个实施例，隔板为管板，并且这些管延伸穿过管板的孔并且在横向上被支承。
[0052] 在清洁气的热焓允许从热力后燃烧加
热解耦的情况下，根据另一个实施例，将处于高温水平的纯清洁气直接送出燃烧室，并且将其用于下游气或
蒸汽涡轮机、斯特林
发动机、蒸汽机或其它热机中的能量转换。
[0053] 为了优化要被后燃烧的各种清洁气的热氧化，根据另一个实施例，对要被燃烧的提取气的各种体积流的燃烧空间的容积进行调节以由此满足各种用于热氧化的保持时间的需要。
[0054] 此外，根据另一个实施例，引导离开燃烧室的清洁气在进入换热器之前首先通过开放的多孔陶瓷层，其一方面使燃烧室到换热器区域的直接热
辐射最小化，另一方面也确保了在燃烧空间中发生的燃烧最佳化，其中在其多孔结构中有意形成的处于同一高温下的强涡旋最终完成了还原气的氧化。同样在这里可能的是，在这些开放的多孔陶瓷层上涂覆催化涂层，以图减小氧化温度。
[0055] 用于热力后燃烧的在此新颖地引入的间壁工作的装置的其它特征和优点为：
[0056] 装置的简单控制性，因为没有(热)气流需要被不断地以变向的方式(像再生功能系统一样)被转向。
[0057] 与已知的TPC相反，不仅被流出的清洁气热力清洁的清洁气，而且还有根据各种被对于氧化来说是必须的燃烧空气燃烧的清洁气进行调节的体积流能够被加热，以使得能够以最简单的方法实现能得到的提取气的最大化预热。为此，换热器管的数量或各个开放的流动横截面的各自的总和应该根据用于完全燃烧的期望的体积流而被分离成一方面用于燃烧空气并且另一方面用于清洁气。
[0058] 根据一个优选实施例，根据本发明的用于热力后燃烧的装置具有如下特征：
[0059] -热绝缘反应器。
[0060] -由直管制成的换热器，
[0061] -每一个管被用于还原气的分配器空间引导并保持
[0062] -并且用于氧化气
[0063] -被各个多孔板
[0064] -以使得要被燃烧的还原气和氧化气分别被平行于燃烧室而布置的管引导，管的开口端的内部是空的。从燃烧室开始，被热力后燃烧的清洁气被引导部分地进入围绕管束的管交叉和/或逆向流动的提取气的间壁式预热中到达出口，另一部分被转向直接流出燃烧室的开口。
[0065] 根据另一个实施例，用于来自燃烧室的热清洁气的第二出口具有用于设定流出第二出口的清洁气的质量流的阀，其用于调节从燃烧室移除的热清洁气。根据另一个实施例，该阀具有防火密封塞，其以可替换的方式沿着垂直于燃烧室的壁的开口的方向布置在该开口中，用于设置开口的自由开口横截面，并且由此设置从开口流出的清洁气的质量流。可选地，用于调节被移除的清洁气的第二出口与可调节盖板阀连接。清洁气可以被引导穿过与阀连接的管系统到达能量转换器。
[0066] 在优选的实施例中反应器与管一样竖向地布置(竖向直立)，以使得冷提取气穿过管从底部向顶部流动，燃烧后的清洁气的热的离开流相反逆向围绕管从顶部向底部流动取代提取气的
位置，其中清洁气有利地穿过耐高温隔板被转向同样用于横向使其朝向管流动。通过这种竖向布置，由于要被自然
对流加热的提取气随后向上流动，同时冷却清洁气向下流动，因此换热器中的压力损失以自然的方式被减小。
[0067] 进一步地将由不锈
钢管制成的管束的管的部分设置在换热器的下方的冷的端部，其能够容易地以气密方式焊接或拧入到用于还原气的分配器空间的多孔板以及用于氧化气的分配器板的多孔板中。
[0068] 推荐采用气密的渗硅碳化硅(SiSiC)作为用于开放地流入到燃烧空间内部的管的上部的优选材料，其能够容易地耐受高达1360℃的温度，并且由于管的端部的高度没有被机械地固定，其在长度上能够自由地膨胀，由此来自热膨胀以及管上和管中之间的温差在最大可能的范围内被最小化。
[0069] 由于设置在换热器的较冷的区域中的
不锈钢管与SiC管之间的接缝进入燃烧空间，建议的是，根据另一个实施例，SiC管同轴地连接在不锈钢管上方大约250mm，SiC管安装在不锈钢上的衬套上并且相应地包围在焊接到衬套上的高度大约为250mm的不锈钢管中。SiC管由此坐落在位于第二同轴不锈钢管内部的衬套上并且能够以任意方式在温度变化的情况下在长度上自由膨胀。
[0070] 根据另一个实施例，位于不锈钢管和SiC管之间的同轴接缝在双层环形间隙中填充有SiC基或氧化
铝基的陶瓷粘结剂，以产生足够的来自循环清洁气的气密性。
[0071] 为了优化清洁气与换热器管之间的换热，例如由堇青石制成的防火多孔板形式的隔板布置成使得它们多次使清洁气的气体流动转向。这些防火隔板同样作用于将换热器管支承在其各自的位置中；它们由此也作用于相对于彼此机械地稳定管束的管。隔板应该由此具有多孔部分，其仅仅以很小游隙包围SiC管，并且由此以一定距离水平地位于彼此下方而保持管，并且隔板本身通过在水平的不同高度上重叠而布置固定。隔板的高度能够被固定，例如它们水平地设置在至少两个薄陶瓷管上，这两个薄陶瓷管本身固定在反应器的绝
热层上。
[0072] 为了最小化从燃烧室到围绕换热器的区域的直接热辐射，根据另一个实施例，设置有例如由高孔隙率的六铝酸
钙粒子制成的开放多孔陶瓷结构。这种开放的多孔陶瓷层界定燃烧室的下部，管的开口端进入燃烧室，并且也能确保在燃烧空间中发生的燃烧的最佳化，由于在其多孔结构中内在地具有处于相同高温下的强旋涡，在清洁气被引导围绕换热器管逆向流动或各自采用与提取气逆向流动的隔板之前完成还原气的氧化。
[0073] 根据另一个实施例，反应器具有金属壳，其相对于燃烧空间以及换热器管热绝缘，并且根据相应的预期温度进行调节，以使得所产生的热量在最大可能的范围内保留在反应器中。这种绝缘均能够由
纤维材料(玻璃、陶瓷
棉或相应的纤维)制成，或者可选地由绝缘
耐火砖或绝热耐火砖
水泥(例如六铝酸钙轻质
混凝土)。
[0074] 根据另一个实施例，关于设置在换热器的底端上的多孔板(在其上的反应器中的清洁气在它们离开之前流动)，该多孔板设置有有效的热绝缘以使得多孔板和管的焊接接缝受到有效的保护，避免遭受
热应力和化学腐蚀干扰。
[0075] 根据反应器的另一个实施例，要被后燃烧的贫煤气和/或燃烧空气被附加地预热，因为它们首先在一个或各自的两个分开的围绕绝缘的反应器双层夹套中被引导到具有管转移的各个多孔板，并且由此主动地在反应器的一侧上被冷却，另一方面，效率最佳化并且以这种方式实现简单地保护而避免与热内部反应器夹套
接触。
[0076] 本发明将参照典型实施例的
附图进一步描述。附图所示的为：
[0077] 图1是用于热力后燃烧的装置的竖向切面图；
[0078] 图2是该装置的换热器的管布置在多孔板中的竖向切面图；
[0079] 图3是位于多孔板中的换热器的管的下部分的结构的立体局部视图；
[0080] 图4是位于多孔板中的换热器的管的上部分的结构的立体局部视图；
[0081] 图5是换热器管的上部分从顶部到侧面的斜向放大视图；
[0082] 图6a+b是在换热器管的下部分与上部分这两部分接合之前(图6a)以及这两部分接合之后(图6b)的连接的纵向切面图；
[0083] 图7a+b是在换热器管的下部分与上部分这两部分接合之前(图7a)以及这两部分接合之后(图7b)的连接斜向地从顶部和从侧面的立体图；
[0084] 图8是具有在燃烧室的夹套上对提取气进行附加预热的用于热力后燃烧的附加装置的竖向切面图；
[0085] 图9是相同的装置斜向地从前方和从侧面的竖向切面立体图；
[0086] 图10是相同的装置斜向地从顶部和从侧面的
X射线图像；
[0087] 图11示出的相同的装置处于穿过图10中平面XI的切面中；
[0088] 图12是换热器管的下部分用于灵活地将清洁气和空气分配到管的竖向切面图；
[0089] 图13是相同的结构斜向地从顶部和从侧面的立体图；
[0090] 图14是相同的结构斜向地从底部和从侧面的立体图；
[0091] 根据图1，根据本发明的装置1包括燃烧室2和换热器3。换热器3被设计为具有竖向管4的管束换热器。燃烧室2位于换热器3上方。
[0092] 换热器具有位于底部用于清洁气和燃烧空气的入口5、6和位于顶部的用于被加热的清洁气和被加热的燃烧空气8的出口7。
[0093] 燃烧室2具有位于底部用于热清洁气的第一出口9，其与用于热清洁气的换热器3的入口10相连接。在底部，换热器具有用于被冷却的清洁气的出口11。
[0094] 此外，燃烧室具有位于顶部的用于热清洁气的第二出口12。
[0095] 燃烧室2和换热器3在结构上通过功用的壳体13组合成一个单元。该单元也被称作“反应器”。
[0096] 壳体13为圆柱形，其可以具有圆形或椭圆形或多边形横截面。在本实施例中，壳体具有矩形横截面。
[0097] 用于清洁气和燃烧空气的入口5、6还有用于清洁气的第二出口12穿过壳体13的壁通向外部。
[0098] 换热器的管4彼此平行布置形成管束。管束包括管4的两个组14、15。第一组14的管4在底部在其第一端被插入并焊接到第一多孔板17的第一孔16中，该多孔板与管4垂直设置并且布置成稍微位于用于清洁气的入口5上方。第一多孔板17在其周围与壳体13的
侧壁焊接到一起。
[0099] 第二组15的管4在底部在其第一端被插入第二多孔板19的第二孔18中并且与其焊接到一起，多孔板19与管4垂直设置并且位于用于清洁气和燃烧器的入口5、6之间。第二多孔板19同样在其周围与壳体13的侧壁焊接到一起。
[0100] 第一和第二多孔板17、19的边界与壳体13的侧壁的一部分一起，界定出用于还原气的第一分配器空间20，在管4的第一组14的第一端还原气流动通过开口21进入分配器空间。
[0101] 第二多孔板19与壳体13的底壁22以及壳体13的另一部分侧壁一起，界定出第二分配器空间23，其中开口21位于第二组15的管4的第一端上。
[0102] 在多孔板17和19的上方，壳体13的侧壁界定出换热器3的夹套空间24，在其中管4彼此具有一定距离地延伸，并且与壳体13的侧壁具有一定距离。管4的两个组14、15的上端同时在底部限定出燃烧室2。在外周，燃烧室2由壳体13的侧壁限定。在顶部，燃烧室2由水平上腔壁25限定，其在外周上与壳体13的侧壁焊接到一起。
[0103] 位于管4的两个端部上的开口16由此在燃烧室2向下流动。夹套空间24位于各管4的第二端之间的自由横截面同时形成来自燃烧室2的用于清洁气的换热器3的第一出口9以及用于清洁气的入口10。
[0104] 在上腔壁25的上方具有收集空间，其在外周由壳体的侧壁界定并且在顶部由壳体的盖壁28界定。收集空间27与用于清洁气的第二出口12相连接。
[0105] 在上腔壁25中，在中心设置有锥形开口状的
阀座29。与圆锥形状相对应的塞30设置在阀座29中。塞30能够采用提升杆31设置在开口29中，提升杆31穿过壳体12的盖壁28通到外部，以使得开口29的自由开口横截面能够通过移动塞30的位置而被调节。
[0106] 气体燃烧器32通过壳体13的侧壁从外部被插入到燃烧室2的燃烧腔33中。
[0107] 根据图2和3，位于第一和第二多孔板17、19上方的两组管4穿过与管4垂直布置的附加多孔板35的附加孔34。附加多孔板35沿横向被保持在壳体13的侧壁上。各个附加多孔板35沿着管4的纵向方向彼此间隔一定距离布置。它们每一个仅延伸过夹套空间24的横截面的一部分，以使得自由横截面36与每个附加多孔板35保持相邻，用于在其中流动通过清洁气。自由横截面36布置成从附加多孔板3到附加多孔板35在壳体13的不同侧面上偏移。附加多孔板35同时形成隔板，其引导清洁气质量流横向于管而流动。
[0108] 用于被冷却清洁气的出口11在第一多孔板17和夹套空间24的附加相邻多孔板35之间开口。
[0109] 管4仅在侧面被引导到附加多孔板35中，以使得当它们被加热到操作温度时，能够在纵向方向并且也能够在横向方向上不受障碍地膨胀。
[0110] 两个组14、15中的每个管4都具有两个部分37、38，其中第一部分37由不锈钢制成，与第一或各自的第二多孔板17、19焊接在一起，而第二部分38由SiC或另一种耐高温材料制成，其向上延伸进入燃烧室2。由此，各管4中的每一个管均由两个管制成，这两个管由不同材料制成。第一部分37的管例如为中空圆柱形的。如图5所示，第二部分38的管例如具有圆形外圆周和圆形内圆周的横截面形状，并且肋39从内圆周突出并且沿着管4的纵向方向延伸。
[0111] 第一和第二部分37、38例如如图6和7所示的那样接合到一起。在本实施例所示的接合中，管4的第一部分37具有距离一端一定距离并且向外突出的衬套40以及由不锈钢制成并且焊接在衬套40上的管件41。在管件41和第一部分37之间具有环形间隙42。管4的第二部分38被插入到环形间隙42中、并且采用合适的粘结剂43被粘在其中。粘结剂43例如为陶瓷粘结剂。
[0112] 换热器3的这个实施例同时实现采用焊接对管4进行固定，管4在纵向和横向方向上具有管4的自由膨胀性，并且在换热器3与燃烧室2直接相邻的区域中具有足够的耐高温性，燃烧室2在运行中受到特别高的温度。
[0113] 在夹套空间24位于管4的两个端部之间的自由横截面中设置有敞开的多孔陶瓷层44。这例如通过在隔栅中填充陶瓷粒子或通过在管4的第二端的外部连接具有孔眼的多孔板而形成。
[0114] 绝热层45连接到壳体13的侧壁的外部。绝热层45的外部由
外壳46
覆盖。
[0115] 在运行中，清洁气和燃烧空气通过换热器3被送入到燃烧室2。提取气在燃烧腔33中的燃烧在过程的开始时通过气体燃烧器32发生。在换热器3中，提取气在高温下由通过第一入口9流出燃烧室2的清洁气而被预热。如果需要，例如第二质量流通过阀
门29、30被移除并且进行能量转换。
[0116] 图8和10中的装置1与上文中描述的不同之一在于壳体13具有六边形横截面。这种横截面形状有利于在紧密的空间中布置彼此相邻的多个反应器，并且由此产生用于热力后燃烧的模
块化结构系统。
[0117] 这种设计与上文中描述的另一个区别在于壳体13具有夹套壳体47，其围绕外壳46间隔一定距离设置并且由此与它一起形成双层夹套48。双层夹套48在壳体相对而设的两侧上被两个竖向延伸的分隔壁49分割成两个独立的第一和第二夹套腔50、51。
[0118] 双层夹套48在反应器的纵向方向上从燃烧室2开始向上朝向用于清洁气和燃烧器的换热器3的入口5、6延伸。在底部与用于清洁气的换热器3的入口5相连的双层夹套48的第一夹套腔50在顶部与用于清洁气的向外指向的附加入口52连接。此外，在底部与用于燃烧器的换热器3的入口6相连的第二夹套腔51与用于燃烧空气的向外指向的附加入口53连接。
[0119] 在运行中，清洁气和燃烧空气通过反应器的附加入口52、53被输送并且在前往换热器3的入口5、6的途中被从外壳46发散的热量预热。另一种预热以已经描述的方式在换热器3中发生。用于热力后燃烧的装置的效率由此进一步被提高。
[0120] 图12到14的设计使清洁气和燃烧空气在换热器3的管4中的分布很灵活，以使得对于不同的质量流可以容易地进行调节。
[0121] 为此，两个组14、15的管4在它们的第一端被插入到第一多孔板17的第一孔16中并被焊接到其上。此外，管4具有短的具有外
螺纹55的螺纹部分54，其从第一多孔板17的底部突出。
[0122] 第二多孔板19具有两个孔18，其与第一孔16相平齐并且开始并没有被填充。
[0123] 此外，设有延伸接头56，其在一端具有可以拧到
外螺纹55上的
内螺纹57。再者，延伸接头56在另一端具有附加外螺纹58，两个
螺母58可被拧到其上，并且如果具有适用性的话，其上可以拧有密封
垫圈。
[0124] 延伸接头56的长度如此确定以使得其能够在一端插入到第二多孔板19的第二孔18中并且能够在另一端将内螺纹57拧到管的外螺纹55上。延伸接头56能够采用螺母59固定在第二多孔板19上。
[0125] 借助于
螺纹连接或者如果具有适用性的话采用附加密封部件，延伸接头56能够以密封方式在一端与管4的外螺纹55连接，并且在另一端与第二多孔板19连接。
[0126] 换热器3的管4的自由选择部分能够由此通过延伸接头56与用于燃烧空气的第二分配器空间23相连。没有以上述方式与延伸接头56螺纹连接的管进入用于清洁气的第一分配器空间20。没有以上述方式填充的第二孔18借助于延伸接头55而被封闭，其中它们从下方将它们的附加螺纹58插入到第二孔18并且借助于螺母59而被固定在第二孔18中。可选地，第二孔18借助于单独的密封塞60而被封闭。
[0127] 通过这种结构，用于清洁气还有燃烧空气的换热器3的管4的数量能够基于各种需要被调节，尤其是用于可燃烃的后燃烧的清洁气的含量以及质量流还有清洁气和可燃空气的质量流的比率。
[0128] 此外，可以通过移除密封塞60或各个延伸接头56而从下方到达管4的底部开口用于从这里执行清洁工作，例如对管进行检查或清洁。
[0129] 根据图1到7或图8到11的装置1能够根据图12到14进行设计。
