DE69327256T2 - METHOD AND DEVICE FOR HEATING LIQUID MEDIA BY MEANS OF PULSATING COMBUSTION - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR HEATING LIQUID MEDIA BY MEANS OF PULSATING COMBUSTION

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Abstract

In a fluid heating apparatus using a slagging or non-slagging pulse combustion system, a boiler (20) is in communication with a pulse combustion means (10). Boiler (20) includes a main fire tube (40) (Morrison tube) and a number of boiler tube conduits (41) for circulation of the hot gases for heating. Fluid to be heated enters boiler (20) through a fluid inlet means (30), with steam exiting through fluid outlet means (35). Fluid inlet means (30) allows water to enter the fluid treating vessel and fluid outlet means (35) allows steam to exit. Additionally, as shown, water may exit vessel (20) feeding a water jacket (17) around a portion of pulse combustor means (10) through line (31), with steam exiting jacket (17) and being routed to boiler (20) via line (36). Pulse combustor means (10) includes a valve means (12) which may be an aerodynamic valve (fluidic diode), a mechanical valve or the like, a combustion chamber (14) and one or more tailpipes or resonance tubes (16). Additionally, pulse combustor means (10) may include an air plenum (18) and a thrust augmenter.

Description

Gebiet der ErfindunField of invention

Diese Erfindung betrifft Vorrichtungen und Verfahren zum Behandeln von Fluiden, wie Gasen, Wasser und anderen Flüssigkeiten, mit Wärme unter Verwendung eines Pulsbrenners.This invention relates to devices and methods for treating fluids, such as gases, water and other liquids, with heat using a pulse burner.

Allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the art

Auf der Basis von Untersuchungen, die ein großes Potential für bedeutend erhöhte Kohlefeuerung im kommerziellen Sektor angaben, wird gegenwärtig die Entwicklung von fortschrittlichen Kohleverbrennungssystemen verfolgt.Based on studies indicating great potential for significantly increased coal firing in the commercial sector, the development of advanced coal combustion systems is currently being pursued.

Fluidheizsysteme, die in der Technik bekannt sind, schließen herkömmliche Verbrennungssysteme in Verbindung mit Kesselanordnungen ein. Bei diesen herkömmlichen Verbrennungssystemen wird in erster Linie Öl oder Gas verwendet, um durch Kesselsysteme hindurchgehendem Wasser Wärme zu liefern. Das erhitzte Wasser oder der Dampf wird dann zu seiner gewünschten Anwendung, wie Raumheizung, Turbinenbetrieb oder sonstigem, befördert.Fluid heating systems known in the art include conventional combustion systems in conjunction with boiler arrangements. These conventional combustion systems primarily use oil or gas to provide heat to water passing through boiler systems. The heated water or steam is then conveyed to its desired application, such as space heating, turbine operation, or other.

Herkömmliche Öl- und Gassysteme leiden unter einem Hauptnachteil - der Verfügbarkeit und der Preisstabilität, die beide den turbulenten Bedingungen im Mittleren Osten unterworfen sind. Andererseits sind feste einheimische Brennstoffe gegenwärtig im allgemeinen reichlich vorhanden und stehen nicht den gleichen Bedenken gegenüber.Conventional oil and gas systems suffer from one major drawback - availability and price stability, both of which are subject to the turbulent conditions in the Middle East. On the other hand, solid domestic fuels are currently generally abundant and do not face the same concerns.

Bei der Verwendung fester Brennstoffe, wie Kohle, insbesondere die billigeren, minderwertigen, schwefelhaltigen Kohlen, zur Zuführung von Wärme zu herkömmlichen Fluidheizeinrichtungen, wie einen Heizrohrkessel, ist eine Hauptsorge jedoch die Menge an durch die Verbrennung erzeugten Teilchen und weiteren Verunreinigungen, die im Verbrennungsgasstrom mitgerissen werden. Ein mit Teilchen/Verunreinigungen beladener Gasstrom, der solche Systeme betreibt, kann sich auf die Atmosphäre nachteilig auswirken, wenn solche Teilchen in sie abgegeben werden. Obwohl herkömmliche Einrichtungen, wie Zyklone, verwendet werden können, um größere Feststoffteilchen aus Verbrennungsgasströmen zu entfernen, schaffen es diese Einrichtungen im allgemeinen nicht, kleinere Feststoffteilchen, wie Flugasche, aus den Strömen zu entfernen. Ähnliche Probleme bestehen auch bei anderen Gasströmen, bei welchen suspendierte Feststoffteilchen einen anderen Ursprung haben als eine Verbrennung.However, when using solid fuels such as coal, particularly the cheaper, lower quality, sulphur-containing coals, to supply heat to conventional fluid heating equipment such as a hot-tube boiler, a major concern is the amount of combustion-generated particulates and other contaminants that are entrained in the combustion gas stream. A particulate/contaminant-laden The heavily laden gas stream operating such systems can have a detrimental effect on the atmosphere if such particles are released into it. Although conventional devices such as cyclones can be used to remove larger solid particles from combustion gas streams, these devices generally fail to remove smaller solid particles such as fly ash from the streams. Similar problems exist with other gas streams where suspended solid particles have an origin other than combustion.

An den Brennstoff gebundener Stickstoff bewirkt auch, daß sich im Gasstrom Emissionen von Stickstoffoxid (NOx) bilden. Verfahren und Prozesse, um entweder die Erzeugung von Stickstoffoxiden zu verringern oder solche Verunreinigungen zu zerstören oder aus dem Abgasstrom zu entfernen, sind notwendig, um die Anforderungen Clean Air Act zu erfüllen. Ökonomisch durchführbare Mittel zum Entfernen dieser Verunreinigungen aus dem Abgasstrom, bevor ein solches Abgas in die Atmosphäre abgegeben wird, waren bisher nicht verfügbar.Nitrogen bound to the fuel also causes emissions of nitrogen oxide (NOx) to form in the gas stream. Techniques and processes to either reduce the generation of nitrogen oxides or to destroy or remove such contaminants from the exhaust stream are necessary to meet Clean Air Act requirements. Economically viable means of removing these contaminants from the exhaust stream before such exhaust is released into the atmosphere have not been available to date.

Es wurden verschiedene Versuche unternommen, die obigen und weitere Probleme zu überwinden und ein ökonomisch durchführbares und effizientes Verfahren zur Behandlung von Fluiden, das einen festen Brennstoff verwendet, bereitzustellen. Ein solcher Versuch konzentrierte sich auf die extreme Reinigung der Kohle vor der Verbrennung, um auf Kohle basierende Verunreinigungen zu verringern. Die Kohle muß in dem Versuch, Asche und Schwefel vor der Feuerung aus dem Brennstoff zu entfernen, ausgiebig gereinigt werden. Im allgemeinen wird aus der mikronisierten, stark gereinigten Kohle mit kaltem Wasser ein Schlamm hergestellt und dann als Brennstoff verwendet. Dieser Zugang ist sehr teuer und erlegt Zeitverzögerungen auf, bevor die Kohle verwendet werden kann. Er erzeugt jedoch einen aus Kohle hergestellten, im wesentlichen ölartigen Schlammbrennstoff.Various attempts have been made to overcome the above and other problems and to provide an economically viable and efficient process for treating fluids using a solid fuel. One such attempt has focused on the extreme cleaning of the coal prior to combustion to reduce coal-based impurities. The coal must be extensively cleaned in an attempt to remove ash and sulfur from the fuel prior to combustion. Generally, the micronized, highly cleaned coal is made into a slurry with cold water and then used as fuel. This approach is very expensive and imposes time delays before the coal can be used. However, it produces a sludge fuel made from coal that is essentially oily.

Zusammengefaßt bleibt die wirksame Verringerung von suspendierten Teilchen und weiteren Verunreinigungen in einem durch Verbrennung erzeugten Gasstrom aufgrund des Fehlens eines kosteneffektiven, effizienten Systems für die Entfernung von Teilchen und Verunreinigungen ein Hauptproblem. Verfügbare Systeme zum Auffangen/Entfernen von Teilchen sind durch die Betriebsbedingungen des Kombustors eingeschränkt. Jedes neue System sollte eine Anzahl von Merkmalen, wie hoher Verbrennungswirkungsgrad, hohes Schwefeleinfangvermögen, hohe Entfernung von festen Brennstoffteilchen, niedrige Stickstoffoxidemissionen und hohe Entfernen von durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugten Alkalidämpfen, besitzen. Neue Systeme, die diese Merkmale bereitstellen, sollten relativ kostengünstig sein und sollten keine wesentliche Vorbereitung oder Vorreinigung des für die Verbrennung verwendeten Brennstoffs erfordern.In summary, the effective reduction of suspended particles and other contaminants in a gas stream produced by combustion remains a major problem due to the lack of a cost-effective, efficient system for the removal of particles and contaminants. Available particulate capture/removal systems are limited by the operating conditions of the combustor. Any new system should possess a number of features such as high combustion efficiency, high sulfur capture capacity, high removal of solid fuel particles, low nitrogen oxide emissions, and high removal of alkali vapors generated by combustion of the fuel. New systems providing these features should be relatively inexpensive and should not require significant preparation or pre-cleaning of the fuel used for combustion.

Die akustische Agglomeration ist ein Verfahren, bei dem Schall mit hoher Intensität verwendet wird, um Teilchen mit Submikron- und Mikrongröße in Aerosolen zu agglomerisieren. Dieses Konzept ist ein Vorbehandlungsverfahren, um die mittlere Größe mitgerissener Teilchen zu erhöhen, um bei Verwendung von Zyklonen oder anderen herkömmlichen Abscheidern hohe Sammel/Abscheideleistungen zu gestatten. Schallwellen bewirken eine Relativbewegung zwischen den festen Teilchen und erhöhen somit ihre Stoßhäufigkeit. Wenn die Teilchen zusammenstoßen, ist es wahrscheinlich, daß sie zusammenhalten. Als Gesamtergebnis einer Schallbehandlung verschiebt sich die Teilchengrößenverteilung im Aerosol relativ schnell merklich von kleineren zu größeren Größen. Größere Teilchen können aus dem tragenden Gasstrom durch herkömmliche Abscheideeinrichtungen für Teilchen, wie Zyklone, effektiv herausgefiltert werden. Die Kombination einer Kammer für die akustische Agglomeration mit einem oder mehreren Zyklonen in Reihe stellt ein vielversprechendes Hochleistungssystem bereit, um mit Teilchen beladene Gase, wie heiße Abgase aus unter Druck stehenden Kombustoren, zu reinigen.Acoustic agglomeration is a process that uses high intensity sound to agglomerate submicron and micron sized particles in aerosols. This concept is a pre-treatment process to increase the mean size of entrained particles to allow high collection/separation efficiencies when using cyclones or other conventional separators. Sound waves cause relative motion between the solid particles, thus increasing their collision frequency. When the particles collide, they are likely to stick together. As an overall result of sonication, the particle size distribution in the aerosol shifts noticeably from smaller to larger sizes relatively quickly. Larger particles can be effectively filtered out of the carrying gas stream by conventional particle separation devices such as cyclones. The combination An acoustic agglomeration chamber with one or more cyclones in series provides a promising high-performance system to clean particle-laden gases, such as hot exhaust gases from pressurized combustors.

Die akustische Agglomeration kleiner Teilchen in heißen Verbrennungsgasen und anderen Quellen von feinen Staub tragenden Abflußströmen wurden mit Unterbrechungen mehrere Jahre lang untersucht. Obwohl sie bei der Erzeugung von größeren Teilchen (5 bis 20 Mikron) für eine effektivere Entfernung durch herkömmliche Einrichtungen wirksam sind, werden die Verfahren der akustischen Agglomeration aus dem Stand der Technik aufgrund ihres hohen Leistungsbedarfs im allgemeinen nicht als mögliche Reinigungseinrichtungen betrachtet. Es wurden beispielsweise feine Flugascheteilchen (mit einer Größe von weniger als 5 Mikron) unter Verwendung von Schallfeldern mit hoher Intensität bei hohen Frequenzen im Bereich von 1.000-4.000 Hz agglomeriert. Diese höheren Frequenzen waren für das Entreißen der feinen Teilchen notwendig, um Stöße zwischen ihnen somit eine Agglomeration der feinen Teilchen zu bewirken.Acoustic agglomeration of small particles in hot combustion gases and other sources of fine dust-bearing effluent streams has been studied intermittently for several years. Although effective in generating larger particles (5 to 20 microns) for more effective removal by conventional equipment, the prior art acoustic agglomeration methods are generally not considered as potential abatement devices due to their high power requirements. For example, fine fly ash particles (less than 5 microns in size) have been agglomerated using high intensity sound fields at high frequencies in the range of 1,000-4,000 Hz. These higher frequencies were necessary for the detachment of the fine particles to cause collisions between them and thus agglomeration of the fine particles.

Bei diesen Einrichtungen für die akustische Agglomeration aus dem Stand der Technik wurden die Schallfelder durch Sirenen, Lufthörner (air horns) oder elektromagnetische Lautsprecher erzeugt. Die resultierende Schallerzeugung für die Schallagglomeration erfordert eine Leistung, die schätzungsweise im Bereich von 790 bis 3.162 W/m³s&supmin;¹ (0,5 bis 2 hp/1.000 cfm) liegen. Dies ist natürlich ein bedeutender parasitärer Leistungsverlust, sogar für effiziente Hörner und Sirenen, die normalerweise Wirkungsgrade im Bereich von 8 bis 10% aufweisen.In these prior art acoustic agglomeration devices, the sound fields were generated by sirens, air horns, or electromagnetic loudspeakers. The resulting sound generation for acoustic agglomeration requires power estimated to be in the range of 790 to 3,162 W/m³s-1 (0.5 to 2 hp/1,000 cfm). This is, of course, a significant parasitic power loss, even for efficient horns and sirens, which typically have efficiencies in the range of 8 to 10%.

Ferner erfordern die Sirene und Lufthörner Hilfskompressoren, um Luft unter Druck zu setzen. Elektromagnetische Ein richtungen erfordern spezielle Gestaltungen und Vorsichtsmaßnahmen, um die gewünschte Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Lebensdauer der Ausrüstung bereitzustellen. Außerdem sind starke Verstärker erforderlich, um solche Lautsprecher dazu zu bringen 160 Dezibel (dE) oder mehr Schalldruck zu liefern.Furthermore, the siren and air horns require auxiliary compressors to pressurize air. Electromagnetic input devices require special designs and precautions to provide the desired reliability, availability and durability of the equipment. In addition, powerful amplifiers are required to drive such loudspeakers to deliver 160 decibels (dE) or more sound pressure.

Zusätzlich zu dem vorhergehenden schließen die gewünschten Systemleistungsziele die duale Brennstofftauglichkeit (d. h. Kohle als primärer Brennstoff und Superbenzin als sekundärer Brennstoff), einen Verbrennungswirkungsgrad, der 99% übersteigt, einen Wärmewirkungsgrad von mehr als 80%, ein Herunterstellen von wenigstens 3 : 1, eine staubfreie und halbautomatische Trockenascheentfernung, ein vollautomatisches Anlaufen mit Systemspül- und -zündkontrolle, eine Emissionsleistung, die die neuen Quellenleistungsstandards übersteigt und sich jenen annähert, die von mit Brennöl befeuerten Einheiten in kommerzieller Größenordnung geliefert werden, und Zuverlässigkeit, Sicherheit, Funktionsfähigkeit, Wartungsfreundlichkeit und eine Betriebslebensdauer ein, die mit dem gegenwärtig zum Erhitzen von Fluiden eingesetzten, mit Öl befeuerten Einheiten vergleichbar sind.In addition to the foregoing, the desired system performance objectives include dual fuel capability (i.e., coal as the primary fuel and premium gasoline as the secondary fuel), combustion efficiency exceeding 99%, thermal efficiency exceeding 80%, turndown of at least 3:1, dust-free and semi-automatic dry ash removal, fully automatic start-up with system purge and ignition control, emissions performance exceeding new source performance standards and approaching those provided by commercial-scale fuel oil-fired units, and reliability, safety, operability, serviceability, and operational life comparable to oil-fired units currently used for heating fluids.

Die Vorrichtung und das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung überwinden die meisten, wenn nicht alle, der oben genannten Probleme aus dem Stand der Technik und besitzen im allgemeinen die oben dargelegten gewünschten Merkmale, indem ein Puls-Kombustor verwendet wird, um eine Wärmequelle zum Verstärken der Erzeugung von Fluidwärme, wie Erzeugung von Dampf, herzustellen. Die vorliegende Erfindung kann so gestaltet sein, daß sie sowohl in einem Schlacke bildenden und einem keine Schlacke bildenden Modus arbeiten kann.The apparatus and method of the present invention overcome most, if not all, of the above-identified problems of the prior art and generally possess the desired features set forth above by using a pulse combustor to provide a heat source for enhancing the production of fluid heat, such as steam production. The present invention can be designed to operate in both a slag-forming and a non-slag-forming mode.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Fluidheizvorrichtung und ein -verfahren bereitzustellen.It is therefore an object of the present invention to provide an improved fluid heating device and method.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen verbesserten Kombustor bereitzustellen, die mit schwefelreichen Brennstoffen, wie Kohlen, arbeitet, während sie für eine verbesserte Wärmequellenproduktion und gleichzeitig eine effiziente Reinigung von durch das Verbrennen solcher Brennstoffe erzeugten Teilchen sorgt.Another object of the present invention is to provide an improved combustor that operates on sulfur-rich fuels such as coals while providing improved heat source production and simultaneously providing efficient cleaning of particulates generated by the combustion of such fuels.

Noch eine weitere Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, ein Puls-Verbrennungssystem mit hohem Wirkungsgrad bereitzustellen, um ein Fluid zu erhitzen.Yet another object of the present invention is to provide a high efficiency pulse combustion system for heating a fluid.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Entfernen unerwünschter Verunreinigungen aus dem heißen gasförmigen Strom bereitzustellen, der von dem Puls-Kombustor mit hohem Wirkungsgrad erzeugt wird.Yet another object of the present invention is to provide a means for removing undesirable contaminants from the hot gaseous stream produced by the high efficiency pulse combustor.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, für das Einfangen von Verunreinigungen und die Entfernung von teilchenförmigen Verbrennungsprodukten zu sorgen, die in einem Gasstrom mitgerissen werden.Another object of the present invention is to provide for the capture of contaminants and the removal of particulate combustion products entrained in a gas stream.

Eine weitere Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, einen Puls-Kombustor zum Herstellen einer Wärmequelle für eine erhöhte Dampferzeugung bereitzustellen.Another object of the present invention is to provide a pulse combustor for producing a heat source for increased steam production.

Eine weitere Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schlacke bildendes Puls-Verbrennungssystem zum verbesserten Erhitzen von Fluiden bereitzustellen.Another object of the present invention is to provide a slag forming pulse combustion system for improved heating of fluids.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein keine Schlacke bildendes Puls-Verbrennungssystem für ein verbessertes Erhitzen von Fluiden bereitzustellen.Yet another object of the present invention is to provide a non-slag forming pulse combustion system for improved heating of fluids.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Fluidheizvorrichtung bereitzustellen, die die Teilchenentfernung aus einem zum Erhitzen von Fluiden verwendeten Gasstrom verbessert.Yet another object of the present invention is to provide a fluid heating device that improves particle removal from a gas stream used to heat fluids.

Aus einem Aspekt und ausgehend von der EP-A-0 370 504 stellt die Erfindung eine Vorrichtung zum Erhitzen eines Fluids unter Verwendung eines Fluidheizgefäßes, wie eines Heizrohrkessels, bereit, bei der das Gefäß darin eine Einrichtung zur Aufnahme eines zu erhitzenden Fluids und eine damit in Verbindung stehende Fluideinlaß- und -auslaßeinrichtung aufweist, wobei das Gefäß darin eine Einrichtung aufweist, die ein Heizrohr zum Wärmeaustausch zwischen heißen Gasen, die durch die Wärmeaustauscheinrichtung hindurchgehen, und dem Fluid einschließt, wobei eine Auslaßeinrichtung aus der Wärmeaustauscheinrichtung vorgesehen ist; und wobei die Vorrichtung weiterhin eine Puls-Verbrennungseinrichtung, z. B. quadratisch oder abstimmbar, in Verbindung mit der Wärmeaustauscheinrichtung des Fluidheizgefäßes aufweist, wobei die Puls-Verbrennungseinrichtung zur Verbrennung eines Brennstoff/Luft-Gemischs fähig ist, um einen pulsierenden Strom von heißen Verbrennungsprodukten und eine Schallwelle bei einer Frequenz im Bereich von 20- 1.500 Hz zu erzeugen, wobei die Puls-Verbrennungseinrichtung auch eine Ventileinrichtung zur Aufnahme eines Brennstoff/Luft-Gemischs bei Bedarf, eine Verbrennungskammer in Verbindung mit der Ventileinrichtung und wenigstens ein Resonanzrohr in Verbindung mit der Verbrennungskammer und der Wärmeaustauscheinrichtung des Fluidheizgefäßes beinhaltet, um der Wärmeaustauscheinrichtung heiße Gase zuzuführen, wobei die Vorrichtung weiterhin eine Einrichtung, wie einen Zyklon, zur Entfernung von teilchenförmigem Material aus dem Gas beinhaltet, wobei die Puls-Verbrennungseinrichtung mit der Wärmeaustauscheinrichtung so zusammen wirkt, daß der pulsierende Strom von heißen Verbrennungsprodukten und die Schallwelle Wärme und akustische Schwingungen direkt der Wärmeaustauscheinrichtung zuführen und wobei ein Abschnitt des wenigstens einen Resonanzrohres sich zur Wärmeübertragung davon auf das Fluid in dem Abschnitt des Fluidheizgefäßes im Heizrohr des Gefäßes befindet.From one aspect and starting from EP-A-0 370 504, the invention provides an apparatus for heating a fluid using a fluid heating vessel, such as a hot tube boiler, the vessel having means therein for containing a fluid to be heated and fluid inlet and outlet means in communication therewith, the vessel having means therein including a hot tube for heat exchange between hot gases passing through the heat exchange means and the fluid, outlet means from the heat exchange means being provided; and the apparatus further comprising pulse combustion means, e.g. B. square or tunable, in connection with the heat exchange means of the fluid heating vessel, the pulse combustion means being capable of combusting a fuel/air mixture to produce a pulsating stream of hot combustion products and a sound wave at a frequency in the range of 20-1,500 Hz, the pulse combustion means also comprising valve means for receiving a fuel/air mixture when required, a combustion chamber in connection with the valve means and at least one resonance tube in connection with the combustion chamber and the heat exchange means of the fluid heating vessel to supply hot gases to the heat exchange means, the apparatus further comprising means, such as a cyclone, for removing particulate matter from the gas, wherein the pulse combustion device cooperates with the heat exchange device such that the pulsating stream of hot combustion products and the sound wave supply heat and acoustic vibrations directly to the heat exchange device, and wherein a portion of the at least one resonance tube is located in the heating tube of the vessel for heat transfer therefrom to the fluid in the portion of the fluid heating vessel.

Aus einem anderen Aspekt stellt die Erfindung auch ein Verfahren zum Erhitzen eines Fluids bereit, das die Schritte umfaßt:From another aspect, the invention also provides a method of heating a fluid comprising the steps of:

a) Führen eines zu erhitzenden Fluids durch ein Gefäß;a) passing a fluid to be heated through a vessel;

b) Puls-Verbrennung eines Brennstoffs in einem Puls-Kombustor, der mit dem Gefäß in Verbindung steht, wobei der Puls-Kombustor wenigstens ein Resonanzrohr aufweist, wobei sich ein Abschnitt des wenigstens einen Resonanzrohres in einem Heizrohr des Gefäßes befindet, wobei das wenigstens eine Rohr so betrieben werden kann, daß ein pulsierender Strom von Verbrennungsprodukten und eine Schalldruckwelle bei einer Frequenz von etwa 20 bis etwa 1.500 Hz erzeugt wird, und wobei der Strom von Verbrennungsprodukten und die Schalldruckwelle direkt in das Gefäß geführt werden, um dadurch eine Wärmeübertragung auf das Fluid für ein vorbestimmtes Erhitzen des Fluids zu bewirken;b) pulse combustion of a fuel in a pulse combustor in communication with the vessel, the pulse combustor having at least one resonance tube, a portion of the at least one resonance tube being located in a heating tube of the vessel, the at least one tube operable to produce a pulsating stream of combustion products and an acoustic pressure wave at a frequency of about 20 to about 1,500 Hz, and the stream of combustion products and the acoustic pressure wave being directed into the vessel to thereby effect heat transfer to the fluid for a predetermined heating of the fluid;

c) Entfernen teilchenförmiger Materialien aus dem Strom von Verbrennungsprodukten; und(c) removing particulate materials from the stream of combustion products; and

d) Befördern des erhitzten Fluids, um seine beabsichtigte Funktion der Wirkung als Wärmequelle für verschiedene Heizeinrichtungen zu erfüllen.d) conveying the heated fluid to perform its intended function of acting as a heat source for various heating devices.

Kurze Beschreibung der FigurenShort description of the characters

Nachfolgend wird der Aufbau, der die Erfindung durchführen soll, zusammen mit seinen weiteren Merkmalen beschrieben.The structure intended to implement the invention is described below together with its further features.

Die Erfindung wird aus dem Lesen der folgenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf die einen Teil davon bildenden, beigefügten Zeichnungen leichter verstanden, in denen ein Beispiel der Erfindung gezeigt ist und in denen:The invention will be more readily understood from reading the following description and with reference to the accompanying drawings forming a part hereof, in which an example of the invention is shown and in which:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kesselrohrvorrichtung mit Puls-Verbrennung zum Erhitzen von Fluiden gemäß der vorliegenden Erfindung ist,Fig. 1 is a schematic representation of a boiler tube apparatus with pulse combustion for heating fluids according to the present invention,

Fig. 2 eine ausführlichere schematische Ansicht der Puls- Kombustoreinrichtung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung ist,Fig. 2 is a more detailed schematic view of the pulse combustor device of the apparatus shown in Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Ventileinrichtung für einen Puls-Kombustor zur Verwendung bei der vorliegenden Erfindung ist,Fig. 3 is a schematic representation of a valve device for a pulse combustor for use in the present invention,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines kompakten Puls- Kombustors ist, der in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann,Fig. 4 is a schematic representation of a compact pulse combustor that can be used in the device according to the present invention,

Fig. 5 eine Darstellung einer bevorzugten Puls-Verbrennungskammer zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist,Figure 5 is an illustration of a preferred pulse combustion chamber for use in an apparatus according to the present invention,

Fig. 6A und 6B Darstellungen des Diodeneffekts für eine auf einem Diffusor basierende aerodynamische Ventileinrichtung für einen Puls-Kombustor zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind,Figs. 6A and 6B are diode effect diagrams for a diffuser-based aerodynamic valve assembly for a pulse combustor for use in an apparatus according to the present invention.

Fig. 7A und 7B Darstellungen eines als Tandem gestalteten Satzes von Puls-Kombustoren sind, die eine Brennstoffeinspritzeinrichtung für jeden Puls-Kombustor zeigen,Figs. 7A and 7B are illustrations of a tandem set of pulse combustors showing a fuel injector for each pulse combustor,

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform einer Fluidheizvorrichtung mit Puls-Verbrennung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt,Fig. 8 shows another embodiment of a fluid heating device with pulse combustion according to the present invention,

Fig. 9 eine schematische Darstellung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines Puls-Kombustors zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.Fig. 9 is a schematic representation of another preferred embodiment of a pulse combustor for use in an apparatus according to the present invention.

Beschreibung der bevorzugten AusführungsformenDescription of the preferred embodiments

Die bevorzugte Vorrichtung zum Erhitzen eines Fluids gemäß der vorliegenden Erfindung integriert eine Puls-Kombustoreinrichtung mit einem Fluidbehandlungsgefäß, das eine Einrichtung zur Aufnahme eines zu erhitzenden Fluids aufweist und den Eintritt und den Austritt des Fluids daraus gestattet. Das Fluidbehandlungsgefäß weist weiterhin eine solche Einrichtung auf, daß das Hindurchgehen von heißen Gasen gestattet wird, die von einer Puls-Verbrennungseinrichtung erzeugt wurden, wobei sich die Gase mit dem zu erhitzenden Fluid in Wärmeaustauschbeziehung befinden. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin eine Einrichtung zum Entfernen von Teilchen, die im vom Puls-Kombustor erzeugten Verbrennungsproduktstrom mitgerissen werden, und kann zusätzlich eine fortschrittliche Gestaltung der Puls-Verbrennungskammer und Ventileinrichtung verwenden. Das Puls-Kombustorsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist für das Verbrennen eines festen Brennstoffs, wie minderwertiger Kohle, besonders nützlich.The preferred apparatus for heating a fluid according to the present invention integrates a pulse combustor device with a fluid treatment vessel having means for receiving a fluid to be heated and permitting entry and exit of the fluid therefrom. The fluid treatment vessel further includes means for permitting the passage of hot gases generated by a pulse combustor, the gases being in heat exchange relationship with the fluid to be heated. The apparatus further includes means for removing particles entrained in the combustion product stream generated by the pulse combustor and may additionally utilize an advanced design of the pulse combustion chamber and valve means. The pulse combustor system according to the present invention is particularly useful for burning a solid fuel such as low grade coal.

Fortschrittliche mit Kohle befeuerte Kombustoren verwenden im allgemeinen Kohle, die zu einer der folgenden Formen aufbereitet wurde: trockene pulverisierte Kohle, trockene ultrafeine Kohle, Kohle/Wasser-Gemisch. Trockene pulverisierte Kohle ist herkömmliche gemahlene Kohle, die typischerweise eine Produktfeinheit von 70% durch ein Sieb mit 74 um (200 mesh) und weniger als 3% Oberflächenfeuchtigkeit aufweist. Dies ist die billigste der drei Formen. Trockene ultrafeine Kohle ist ein Produkt eines integrierten Verfahrens, das Mahlen, Trocknen und Aufbereitung umfaßt. Somit ist ultrafeine Kohle ein feines Pulver mit niedrigem Asche- und Schwefelgehalt und ist teurer als trockene pulverisierte Kohle. Kohle/Wasser-Gemisch bezieht sich auf ein Gemisch von pulverisierter Kohle und Wasser mit bestimmten Chemikalien, die hinzugefügt werden, um die Stabilität und Strömungscharakteristiken zu verbessern. Ein Brennstoff in Form eines Kohle/Wasser-Gemischs ist billiger und sicherer zu transportieren und zu lagern als trockene pulverisierte Kohle und trockene ultrafeine Kohle. Die Verfügbarkeit von Brennstoffen in Form eines Kohle/Wassex-Gemischs ist jedoch ziemlich begrenzt.Advanced coal-fired combustors generally use coal that has been processed into one of the following forms: dry pulverized coal, dry ultrafine coal, coal/water mixture. Dry pulverized coal is conventional ground coal that typically has a product fineness of 70% through a sieve with 74 µm (200 mesh) and less than 3% surface moisture. This is the cheapest of the three forms. Dry ultrafine coal is a product of an integrated process that includes grinding, drying and beneficiation. Thus, ultrafine coal is a fine powder with low ash and sulfur content and is more expensive than dry pulverized coal. Coal/water mixture refers to a mixture of pulverized coal and water with certain chemicals added to improve stability and flow characteristics. A fuel in the form of a coal/water mixture is cheaper and safer to transport and store than dry pulverized coal and dry ultrafine coal. However, the availability of fuels in the form of a coal/water mixture is quite limited.

Puls-Kombustoren können jede Art von Kohle effizient (mehr als 99% Kohlenstoffumwandlung) und ohne Gasträger verbrennen. Trockene pulverisierte Kohle ist jedoch ökonomischer zu verbrennen und rühmt sich im Vergleich zu trockener ultrafeiner Kohle einer ausgereifteren Technologie und Infrastruktur. Die hohe Verbrennungsintensität und die bei der Puls-Verbrennung erreichte Schallwelle gestatten eher die Verwendung von pulverisierter als ultrafeiner Kohle ohne irgendeinen Leistungsnachteil. Weiterhin sind gemäß der vorliegenden Erfindung Schwefel und Teilchen aus dem Verbrennungsproduktstrom zu entfernen, weshalb die billigere, nicht aufbereitete Kohle vorteilhaft verwendet werden kann.Pulse combustors can burn any type of coal efficiently (more than 99% carbon conversion) and without gas carriers. However, dry pulverized coal is more economical to burn and boasts more mature technology and infrastructure compared to dry ultrafine coal. The high combustion intensity and the sound wave achieved in pulse combustion allow the use of pulverized rather than ultrafine coal without any performance penalty. Furthermore, according to the present invention, sulfur and particulates are to be removed from the combustion product stream, and therefore the cheaper, unprocessed coal can be used advantageously.

Wenn nicht aufbereitete Kohlen verwendet werden, um das Puls-Verbrennungssystem in der vorliegenden Erfindung zu befeuern, muß enthaltener Schwefel entfernt werden, um die Emissionsanforderungen zu erfüllen. Zu diesem Zweck können Sorptionsmittel für erzeugte Schwefelderivate in das System eingespritzt werden. Beispielhafte Sorptionsmittel für Schwefelderivate schließen Kalkstein, Kalk, gelöschten Kalk und Dolomit ein. Ein besonders bevorzugtes Sorptionsmittel für die vorliegende Erfindung ist Gen-Star-Kalkstein mit einem Calciumcarbonatgehalt von etwa 89 Gew.-%.When unrefined coals are used to fuel the pulse combustion system in the present invention, contained sulfur must be removed to meet emissions requirements. For this purpose, sorbents for generated sulfur derivatives can be injected into the system. Exemplary sorbents for sulfur derivatives include limestone, lime, slaked lime and dolomite. A particularly preferred sorbent for the present invention is Gen-Star limestone having a calcium carbonate content of about 89% by weight.

Die vorliegende Erfindung ist besonders zum Erhitzen von Wasser nützlich, um Dampf zu erzeugen. Die Fähigkeit von Dampf, Wärme abzugeben, seine eigene Zirkulation zu fördern und eine Leichtigkeit der Verteilung und Steuerung in einem Heizsystem zu gestatten, sind gleichermaßen vorteilhaft. Überdies ist bereits eine bedeutende Anzahl von Dampf-Heizanlagen in der ganzen Welt vorhanden, die einen großen günstigen Markt darstellen, obwohl viele solcher Systeme mit auf Erdöl basierenden Brennstoffen befeuert werden, die bedeutender Preisinstabilität und Verfügbarkeit unterworfen sind, wie oben erläutert. Es sollte jedoch gewürdigt werden, daß andere Fluide, wie Gase oder andere Flüssigkeiten, von der hier offenbarten Vorrichtung erhitzt werden können.The present invention is particularly useful for heating water to produce steam. The ability of steam to give off heat, promote its own circulation, and allow ease of distribution and control in a heating system are equally advantageous. Moreover, a significant number of steam heating systems already exist throughout the world, representing a large, affordable market, although many such systems are fired with petroleum-based fuels which are subject to significant price instability and availability, as discussed above. It should be appreciated, however, that other fluids, such as gases or other liquids, can be heated by the apparatus disclosed herein.

Eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung mit Verbrennungs-, Wärmerückgewinnungs- und Emissionskontrollsystemen ist in Fig. 1 gezeigt. Diese Ausführungsform integriert einen Puls-Kombustor mit einem Wärmerückgewinnungssystem über ein Hauptheizrohr mit einem herkömmlichen Zylinderkessel 20. Diese besondere Ausführungsform ist als in einem keine Schlacke bildenden Modus arbeitend gezeigt. Ein keine Schlacke bildender Modus wird erreicht, indem die Temperatur des Systems unterhalb des Punktes gehalten wird, an dem die während der Verbrennung gebildeten Teilchen und die dem Verbrennungsproduktstrom hinzugefügten Sorptionsmittel, falls vorhanden, beginnen zu verschlacken (geschmolzen zu werden). Natürlich müssen bei einer keine Schlacke bildenden Anordnung feste Teilchen aus dem heißen Gasstrom entfernt werden.An apparatus of the present invention with combustion, heat recovery and emissions control systems is shown in Figure 1. This embodiment integrates a pulse combustor with a heat recovery system via a main heat pipe with a conventional cylinder boiler 20. This particular embodiment is shown operating in a non-slagging mode. A non-slagging mode is achieved by maintaining the temperature of the system below the point at which the particles formed during combustion and the sorbents added to the combustion product stream, if any, begin to slag (become melted). Of course, in a non-slagging arrangement, solid particles must be removed from the hot gas stream.

In Fig. 1 steht der Kessel 20 mit einer Puls-Verbrennungseinrichtung, allgemein 10, in Verbindung. Der Kessel 20 um faßt ein Hauptheizrohr 40 (Morrison-Rohr) und eine Anzahl von Kesselrohrleitungen 41 zur Zirkulation der heißen Gase zum Heizen. Obwohl ein Heizrohrkessel mit vier Durchgängen dargestellt ist, könnte auch ein Wasserrohrkessel mit offensichtlichen Modifikationen verwendet werden. Ein zu erhitzendes Fluid tritt durch eine Fluideinlaßeinrichtung 30 in den Kessel 20 ein, wobei Dampf durch die Fluidauslaßeinrichtung 35 austritt. Die Fluideinlaß- und -auslaßeinrichtungen 30 und 35 können jede Art herkömmlicher Verbindungen sein, die gestatten, daß Fluide in einen unter Druck stehenden Behälter eintreten oder in ihn verlassen. Bei der hier beschriebenen Anordnung gestattet die Fluideinlaßeinrichtung 30, daß Wasser in das Fluidbehandlungsgefäß eintritt, und gestattet die Fluidauslaßeinrichtung 35, daß Dampf austritt. Zusätzlich kann, wie gezeigt, Wasser aus dem Gefäß 20 austreten, das über die Leitung 31 einen Wassermantel 17 um einen Abschnitt der Puls-Verbrennungseinrichtung 10 speist, wobei Dampf aus dem Mantel 17 austritt und über Leitung 36 zum Kessel 20 geleitet wird.In Fig. 1, the boiler 20 is connected to a pulse combustion device, generally 10. The boiler 20 includes a main heating tube 40 (Morrison tube) and a number of boiler tubes 41 for circulating the hot gases for heating. Although a four-pass heating tube boiler is shown, a water tube boiler could be used with obvious modifications. A fluid to be heated enters the boiler 20 through a fluid inlet means 30, with steam exiting through fluid outlet means 35. The fluid inlet and outlet means 30 and 35 may be any type of conventional connection which allows fluids to enter or exit a pressurized vessel. In the arrangement described here, the fluid inlet means 30 allows water to enter the fluid treatment vessel and the fluid outlet means 35 allows steam to exit. Additionally, as shown, water may exit vessel 20 feeding a water jacket 17 around a portion of pulse combustor 10 via line 31, with steam exiting jacket 17 and being passed to boiler 20 via line 36.

Die Puls-Verbrennungseinrichtung 10 umfaßt eine Ventileinrichtung 12, die ein aerodynamisches Ventil (Fluiddiode), ein mechanisches Ventil oder dergleichen sein kann, eine Verbrennungskammer 14 und eines oder mehrere Abgasrohre oder Resonanzrohre 16. Zusätzlich kann die Puls-Verbrennungseinrichtung 10 eine Luftkammer 18 und eine Axialdruckverstärkungseinrichtung (nicht gezeigt) umfassen.The pulse combustor 10 includes a valve device 12, which may be an aerodynamic valve (fluid diode), a mechanical valve, or the like, a combustion chamber 14, and one or more exhaust pipes or resonance pipes 16. In addition, the pulse combustor 10 may include an air chamber 18 and an axial pressure booster device (not shown).

Die Puls-Verbrennungseinrichtung 10 von Fig. 1 ist in Fig. 2 leichter zu sehen, in der gleiche Ziffern gleiche Elemente repräsentieren. In Fig. 2 erstreckt sich eine Vielzahl von Resonanzrohren 16 in das Hauptheizrohr (oder das Morrison-Rohr) 40. In der Ummantelung des Hauptheizrohres 40 kann in herkömmlicher Weise Wasser enthalten sein. Die in Fig. 2 gezeigte Puls-Verbrennungseinheit kann außerdem Flansche 62 und Ausgleichrohrverbindungen 67 verwenden, wenn sie für die Verbindung mit dem Kessel 20 notwendig sind.The pulse combustor 10 of Fig. 1 is more readily seen in Fig. 2, in which like numerals represent like elements. In Fig. 2, a plurality of resonance tubes 16 extend into the main heating tube (or Morrison tube) 40. Water may be contained in the jacket of the main heating tube 40 in a conventional manner. The pulse combustor shown in Fig. 2 may also utilize flanges 62 and balance tube joints 67, if they are necessary for the connection to the boiler 20.

Die Resonanzrohre 16 können eine Anzahl verschiedener Gestaltungen verwenden. Beispielsweise kann sich das Rohr kontinuierlich nach außen aufweiten (in der Ausführungsform von Fig. 8 gezeigt), was gestattet, daß das gesamte Resonanzrohr 16 als Diffusor wirkt. Eine solche Diffusion verringert die Gasaustrittsgeschwindigkeit aus der Verbrennungskammer 14 und sorgt für eine Rückführung von Verbrennungsprodukten und eine erhöhte Aufenthaltszeit der Teilchen in der Puls-Verbrennungseinrichtung 10. Eine kompakte Puls-Kombustorgestaltung, die ein spiralförmiges Resonanzrohr 16 verwendet, ist in Fig. 4 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform ist das Resonanzrohr 16 von einem Wassermantel 90 umgeben, so daß durch die Wärme im Resonanzrohr 16 erzeugter Dampf aus dem System entfernt und zu einem Dampfkessel oder einer anderen Einrichtung für erhitztes Fluid geleitet werden kann. Bei einer weiteren Gestaltung kann das Resonanzrohr 16 wie in Fig. 1 im wesentlichen gerade sein, aber an seinem äußeren Ende einen Diffusorabschnitt aufweisen, der aus einem sich nach außen aufweitenden Abgasrohrabschnitt besteht. Alternativ kann das Resonanzrohr 16 an dem der Verbrennungskammer 14 nächstgelegenen Ende einen Diffusorabschnitt integrieren, wobei sich ein im wesentlichen gerades Rohr davon weg erstreckt (in Fig. 9 gezeigt).The resonance tubes 16 may use a number of different designs. For example, the tube may continuously flare outward (shown in the embodiment of Figure 8), allowing the entire resonance tube 16 to act as a diffuser. Such diffusion reduces the gas exit velocity from the combustion chamber 14 and provides for recirculation of combustion products and increased residence time of the particles in the pulse combustor 10. A compact pulse combustor design using a spiral resonance tube 16 is shown in Figure 4. In this embodiment, the resonance tube 16 is surrounded by a water jacket 90 so that steam generated by the heat in the resonance tube 16 can be removed from the system and directed to a boiler or other heated fluid device. In a further design, the resonance tube 16 may be substantially straight as in Fig. 1, but may have a diffuser section at its outer end consisting of an outwardly flaring exhaust pipe section. Alternatively, the resonance tube 16 may incorporate a diffuser section at the end closest to the combustion chamber 14 with a substantially straight tube extending therefrom (shown in Fig. 9).

Wenn die Puls-Kombustoreinrichtung 10 wie nachfolgend beschrieben betrieben wird, erzeugt sie einen pulsierenden Strom heißer Verbrennungsprodukte mit einer Schallwelle mit einer Frequenz im Bereich von etwa 20 bis etwa 1.500 Hz. Wenn Brennstoff verbrannt wird, tritt ein pulsierender Strom heißer Verbrennungsprodukte aus der Verbrennungskammer 14 aus und geht in die Resonanzrohre 16 der Puls-Kombustoreinrichtung 10 hinein, und die Rohre 16 können einen Wassermantel aufweisen oder nicht, wie es das System vorschreibt. Wie in Fig. 1 gezeigt, wirkt das Ende des Morrison-Rohres 40 gegenüber der Puls-Kombustoreinrichtung 10 als ein Entkopplerabschnitt 50, wo der Strom heißer Verbrennungsprodukte die Resonanzrohre 16 verläßt und einen Durchlauf durch die Anordnung der Leitungen 21 des Dampfkessels 20 beginnt.When operated as described below, the pulse combustor device 10 produces a pulsating stream of hot combustion products with a sound wave having a frequency in the range of about 20 to about 1,500 Hz. When fuel is combusted, a pulsating stream of hot combustion products exits the combustion chamber 14 and enters the resonance tubes 16 of the pulse combustor device 10, and the tubes 16 can water jacketed or not, as the system dictates. As shown in Fig. 1, the end of the Morrison tube 40 opposite the pulse combustor assembly 10 acts as a decoupler section 50 where the stream of hot combustion products leaves the resonance tubes 16 and begins a passage through the array of conduits 21 of the boiler 20.

Es kann auch eine Ausfallrutsche 60 für Asche oder eine andere Einrichtung vorgesehen sein, um einen Anteil der Teilchen im gasförmigen Verbrennungsproduktstrom zu entfernen. Eine Anordnung der Rutsche im Entkopplerabschnitt 50 des Morrison-Rohrs 60 entfernt vor dem Durchgang des Gases durch den Rest des Dampfkessels 20 bedeutende Teilchen aus dem Gasstrom. Ein Stoß- oder Trägheitsabscheider für Feststoffe ist eine der alternativen Einrichtungen, die verwendet werden können, um eine teilweise Entfernung von Teilchen aus dem Gasstrom zu bewirken. Der heiße Verbrennungsproduktstrom verläßt das Resonanzrohr 16 am Entkopplerabschnitt 50 und tritt dann in die Leitung 41 ein, um seinen Durchgang durch den Dampfkessel 20 zu beginnen. Vor dem Eintreten in die Leitung 41 neigt ein Anteil der im Verbrennungsproduktstrom mitgerissenen größeren Teilchen dazu, sich vom gasförmigen Strom zu trennen. Diese Teilchen können dann aufgefangen und durch die Ausfallrutsche 60 für Asche entfernt werden, wenn der Gasstrom seine erste Kurve in der Durchgangseinrichtung für heißes Gas macht. Das restliche teilchenförmige Material im gasförmigen Strom bleibt im wesentlichen im Gasstrom mitgeführt, während er durch die Dampfkesselleitungen 41 hindurchgeht.An ash drop chute 60 or other means may also be provided to remove a portion of the particulates in the gaseous combustion product stream. Placement of the chute in the decoupler section 50 of the Morrison tube 60 removes significant particulates from the gas stream prior to the gas's passage through the remainder of the boiler 20. A shock or inertial solids separator is one of the alternative means that may be used to effect partial removal of particulates from the gas stream. The hot combustion product stream exits the resonance tube 16 at the decoupler section 50 and then enters the line 41 to begin its passage through the boiler 20. Prior to entering the line 41, a portion of the larger particulates entrained in the combustion product stream tend to separate from the gaseous stream. These particles may then be captured and removed through the ash drop-out chute 60 as the gas stream makes its first turn in the hot gas passage means. The remaining particulate material in the gaseous stream substantially remains entrained in the gas stream as it passes through the boiler lines 41.

Wie vorher erläutert, kann die Puls-Verbrennungseinrichtung 10 bei einer Temperatur unterhalb des Verschlackungspunktes der im Gasstrom enthaltenen Teilchen arbeiten, so daß Feststoffe suspendiert bleiben. Wenn sie in einem keine Schlacke bildenden Trockenasche-Abführungsmodus betrieben wird, ist die Notwendigkeit für eine feuerfeste Auskleidung für die Verbrennungskammer 14 und die Resonanzrohre 16 beseitigt, aber es kann eine Anordnung mit Vielfach-Resonanzrohr, die vier (4) oder mehr Abgasrohre verwendet, notwendig werden.As previously explained, the pulse combustor 10 can operate at a temperature below the slagging point of the particles contained in the gas stream so that solids remain suspended. When operated in a non-slagging dry ash discharge mode the need for a refractory lining for the combustion chamber 14 and the resonance tubes 16 is eliminated, but a multiple resonance tube arrangement utilizing four (4) or more exhaust tubes may be necessary.

Ein weiterer Vorteil des Betriebs in einem keine Schlacke bildenden Modus ist das Potential für verringerte Stickstoffoxidemissionen und verbesserten Schwefeleinfang. Niedrigere Temperaturen verbessern die Steuerung dieser beiden Verunreinigungen. Zusätzlich kann eine mehrfache Luftstufentrennung eingesetzt werden, um Stickstoffoxidemissionen weiter zu steuern. Die Aufnahme einer mehrfachen Luftstufentrennung mit nahezu stöchiometrischer oder unterstöchiometrischer Verbrennung in der Verbrennungskammer 14 und dem Abgasrohr 16 durch eine sekundäre Zugabe von Luft in den Entkopplerabschnitt 50 verringert ebenfalls die Stickstoffoxidemissionen.Another benefit of operating in a non-slag forming mode is the potential for reduced nitrogen oxide emissions and improved sulfur capture. Lower temperatures improve control of both of these contaminants. Additionally, multiple air stage separation can be used to further control nitrogen oxide emissions. Incorporating multiple air stage separation with near stoichiometric or sub-stoichiometric combustion in the combustion chamber 14 and exhaust pipe 16 through secondary addition of air into the decoupler section 50 also reduces nitrogen oxide emissions.

Die Dampfkesselleitungen 41 können im Dampfkessel 20 in einem herkömmlichen, serpentinenförmigen Muster im zu erhitzenden Fluid angeordnet sein. Wenn der heiße Gasstrom durch den Dampfkessel 20 hindurchgeht, wird Wärme auf die das Fluid umgebenden Leitungen 41 übertragen. Wie vorher erwähnt, kann jedoch auch ein Wasserrohrkessel verwendet werden, bei dem das zu erhitzende Fluid durch eine Leitung zirkuliert wird und bei dem die heißen Gase dieselbe umgeben. Das erhitzte Fluid kann anderen Anwendungen, wie der Raumheizung, zugeführt werden.The boiler lines 41 may be arranged in the boiler 20 in a conventional serpentine pattern in the fluid to be heated. As the hot gas stream passes through the boiler 20, heat is transferred to the lines 41 surrounding the fluid. However, as previously mentioned, a water tube boiler may also be used in which the fluid to be heated is circulated through a line and in which the hot gases surround it. The heated fluid may be supplied to other applications, such as space heating.

Nachdem die heißen Gase den Dampfkessel 20 verlassen haben, werden sie zur Entfernung eines wesentlichen Anteils des darin mitgeführten restlichen Teilchenmaterials einer weiteren Einrichtung zugeführt. Herkömmliche Einrichtungen zum Sammeln/Entfernen von Teilchen für diesen Zweck sind in Fig. 1 mit 70 bezeichnet. Solche herkömmlichen Systeme um fassen einen oder mehrere Zyklone oder andere Feststoffabscheider. Es wird gestattet, daß das Gas aus dem Zyklon 70 über einen Abgasauslaß in die Atmosphäre entweicht. Die gesammelte Flugasche und anderes Teilchenmaterial, einschließlich des Sorptionsmittels, das für eine Sorption von Verunreinigungen in das System eingespritzt worden sein kann, wird über den Abscheider 70 entfernt.After the hot gases have left the boiler 20, they are fed to another device for removing a substantial portion of the residual particulate material entrained therein. Conventional devices for collecting/removing particles for this purpose are designated 70 in Fig. 1. Such conventional systems for contain one or more cyclones or other solids separators. The gas from the cyclone 70 is allowed to escape to the atmosphere via an exhaust outlet. The collected fly ash and other particulate material, including any sorbent that may have been injected into the system for sorption of contaminants, is removed via the separator 70.

Ein Saugzugventilator 80 kann entlang der Durchgangseinrichtung für heißes Gas angeordnet und so eingestellt sein, daß er im Entkopplerabschnitt 50 vorzugsweise einen statischen Manometerdruck von Null aufrechterhält. Zusätzlich kann ein Druckluftventilator 90 verwendet werden, um der Luftkammer 18 Primärluft zuzuführen. Die Luftkammer 18 arbeitet als Volumen (capacitor) und versucht der Puls-Verbrennungseinrichtung 10 Primärluft bei annähernd konstantem statischem Druck zu liefern. Die aufgrund der Puls-Verbrennung in der vorliegenden Vorrichtung entwickelte Druckverstärkung verringert auch die Größe, die Energieanforderungen und die Kosten für den Druckluftventilator 90 und den Saugzugventilator 80.An induced draft fan 80 may be positioned along the hot gas passage and adjusted to preferably maintain a zero static gauge pressure in the decoupler section 50. Additionally, a forced air fan 90 may be used to supply primary air to the plenum 18. The plenum 18 operates as a capacitor and attempts to supply primary air to the pulse combustor 10 at approximately constant static pressure. The pressure gain developed due to the pulse combustion in the present apparatus also reduces the size, power requirements and cost of the forced air fan 90 and the induced draft fan 80.

Wie vorher erwähnt, kann ein Sorptionsmittel, wie gelöschter Kalk, Kalk, Kalkstein oder Dolomit in die Puls-Kombustoreinrichtung 10 oder irgendwo entlang der Durchgangseinrichtung für heißes Gas eingespritzt werden, wenn sie in einem keine Schlacke bildenden Modus betrieben wird, um eine Sorption der in dem heißen gasförmigen Strom vorhandenen Verunreinigungen zu bewirken. Besonders die oben angegebenen Sorptionsmittel sind bei der Entfernung von Schwefelderivaten, wie Schwefeldioxid, aus dem Gasstrom nützlich.As previously mentioned, a sorbent such as slaked lime, lime, limestone or dolomite may be injected into the pulse combustor 10 or anywhere along the hot gas passage when it is operated in a non-slagging mode to effect sorption of the contaminants present in the hot gaseous stream. In particular, the sorbents identified above are useful in removing sulfur derivatives such as sulfur dioxide from the gas stream.

Alternativ oder zusätzlich zur Einspritzeinrichtung für das Sorptionsmittel kann eine Einrichtung zum Einspritzen von Teilchen mit einer Größe, die von der Größe der im Verbren nungsproduktstrom mitgeführten Teilchen verschieden ist, vorgesehen sein.Alternatively or in addition to the injection device for the sorbent, a device for injecting particles with a size that depends on the size of the particles in the combustion particles entrained in the product stream.

Es tritt eine bimodale Agglomeration auf, wodurch Teilchen mit unterschiedlichen Größen mit akustischer Verstärkung agglomeriert werden, die durch die Puls-Kombustoreinrichtung 10 bereitgestellt wird. Die Puls-Kombustoreinrichtung 10 erzeugt eine intensive Schallwelle durch von der Vertrennung ausgelöste Druckoszillationen, wenn sie mit einem Brennstoff befeuert wird. Das durch Verbrennung erzeugte Schallfeld führt über die Resonanzrohre 16 Resonanzschwingungen aus, die direkt auf den die Teilchen tragenden, gasförmigen Strom wirken, um eine akustisch verstärkte, bimodale Agglomeration der Teilchen im gasförmigen Strom zu bewirken. Weil die Agglomerate größer sind, wird eine verbesserte Entfernung der agglomerierten Teilchen entweder an der ersten Krümmung der Durchgangseinrichtung für das heiße Gas durch die Ausfallrutsche 60 für Asche oder am stromabwärtigen Ort der Entfernungseinrichtung 70 gestattet.Bimodal agglomeration occurs whereby particles of different sizes are agglomerated with acoustic amplification provided by the pulse combustor 10. The pulse combustor 10 generates an intense sound wave through separation induced pressure oscillations when fired with a fuel. The combustion generated sound field resonates through the resonance tubes 16 which act directly on the gaseous stream carrying the particles to cause acoustically enhanced bimodal agglomeration of the particles in the gaseous stream. Because the agglomerates are larger, enhanced removal of the agglomerated particles is permitted either at the first bend of the hot gas passage means through the ash discharge chute 60 or at the downstream location of the removal means 70.

Die zur Verstärkung der akustischen Agglomeration und/oder dem Einfangen von Verunreinigungen verwendeten Teilchen werden vorzugsweise nahe dem Verbindungsbereich der Puls- Verbrennungskammer 14 und der Resonanzrohre 16 in das System eingeführt. Der Berührungsbereich zwischen den Resonanzrohren 16 und der Verbrennungskammer 14 ist ein Bereich hoher Wärmeabgaben und hoher Wärmeübertragung. Die große Wärme sorgt für eine Rate der Sorptionsmittelkalzinierung, die ferner eine hohe Porosität im kalzinierten Sorptionsmittel liefert, die wiederum ohne die Notwendigkeit für eine Feinstzerkleinerung des Sorptionsmittel ein hohes Verhältnis Oberfläche zu Masse erzeugt. Dies verstärkt zusammen mit den Wirkung des oszillierenden Strömungsfeldes die Sorptionsmittelausnutzung bei relativ niedrigen Molverhältnissen von Calcium zu Schwefel in der Größenordnung von etwa 2,5.The particles used to enhance acoustic agglomeration and/or contaminant capture are preferably introduced into the system near the junction of the pulse combustion chamber 14 and the resonance tubes 16. The interface between the resonance tubes 16 and the combustion chamber 14 is an area of high heat release and high heat transfer. The high heat provides a rate of sorbent calcination which further provides high porosity in the calcined sorbent, which in turn produces a high surface area to mass ratio without the need for micronization of the sorbent. This, together with the effects of the oscillating flow field, enhances sorbent utilization at relatively low calcium to sulfur molar ratios on the order of about 2.5.

Die Gestaltung der vorliegenden Vorrichtung kann für die Erzeugung von gesättigtem Dampf bei niedrigen Drücken [weniger als 2,1 bar (30 psig) und vorzugsweise etwa 1,0 bar (15 psig)] arbeiten. Die bei der vorliegenden Erfindung verwendete Dampfkesselummantelung kann eine sein, die ursprünglich für mit Öl und Gas befeuerte Systeme vorgesehen war. Weiterhin hat die hier offenbarte Vorrichtung einen Platzbedarf ähnlich denjenigen für mit Öl und Gas befeuerte Dampfkessel.The design of the present apparatus can operate for the production of saturated steam at low pressures [less than 2.1 bar (30 psig) and preferably about 1.0 bar (15 psig)]. The boiler jacket used in the present invention can be one originally intended for oil and gas fired systems. Furthermore, the apparatus disclosed here has a space requirement similar to that for oil and gas fired boilers.

Weitere Versuche, einen sauberen Verbrennungsgasstrom zu erzeugen, haben ein Schlacke erzeugendes Kombustorkonzept für die Entfernung des Hauptteils der Ascheteilchen verwendet. Kohlekombustoren arbeiten bei einer ausreichend hohen Temperatur, indem die Stöchiometrie der Verbrennungsluft in einer Kammer für eine adiabatische Verbrennung auf nahezu stöchiometrisch geregelt wird, so daß Asche geschmolzen wird und in Form von Schlacke aus dem Abgas entfernt wird.Other attempts to produce a clean combustion gas stream have used a slag-producing combustor concept to remove the majority of the ash particles. Coal combustors operate at a sufficiently high temperature by controlling the stoichiometry of the combustion air in an adiabatic combustion chamber to near stoichiometric so that ash is melted and removed from the exhaust gas in the form of slag.

Die hohen Temperaturen, bei welchen die Schlacke bildenden Kombustoren arbeiten müssen, neigen dazu, die Menge an beim Verbrennungsvorgang erzeugten Stickstoffoxiden zu erhöhen. Dies wiederum erfordert im allgemeinen weitere Einrichtungen stromabwärts des Kohlekombustors, um die Konzentration von Stickstoffoxiden im ausströmenden Gasstrom zu verringern. Die hohen Verbrennungstemperaturen in den Schlacke bildenden Kombustoren sind auch für eine Einführung eines Sorptionsmittels für Schwefel am Puls-Kombustor 10 ungeeignet, weil die Sorptionsmittel, wenn sie hinzugefügt werden, auch verschlacken, wodurch ihre Fähigkeit, eine Sorption von Verunreinigungen zu bewirken, zerstört wird.The high temperatures at which the slag-forming combustors must operate tend to increase the amount of nitrogen oxides produced during the combustion process. This in turn generally requires additional equipment downstream of the coal combustor to reduce the concentration of nitrogen oxides in the effluent gas stream. The high combustion temperatures in the slag-forming combustors are also unsuitable for introducing a sulfur sorbent at the pulse combustor 10 because the sorbents, when added, also slag, destroying their ability to effect sorption of contaminants.

Die Puls-Kombustoreinrichtung 10 kann für eine Zwei-Brennstoff-Kapazität vorgesehen sein. Der primäre Brennstoff kann Kohle und der sekundäre Brennstoff Erdgas sein. Der sekundäre Brennstoff ermöglicht nicht nur einen schnellen Anlauf der Einheit sondern stellt auch einen Unterstützung im Falle einer Unterbrechung der Zufuhr des primären Brennstoffs bereit.The pulse combustor device 10 may be designed for a dual fuel capacity. The primary fuel may be coal and the secondary fuel may be natural gas. The Secondary fuel not only enables rapid start-up of the unit but also provides backup in the event of an interruption in the primary fuel supply.

Ein Puls-Kombustor, wie der bei der vorliegenden Erfindung verwendete, arbeitet typischerweise in der folgenden Weise. Brennstoff und Luft treten in die Verbrennungskammer 14 ein und eine Emissionsquelle bringt die explosive Mischung während des Anlaufens zur Detonation. Die plötzliche Zunahme an Volumen, die durch die schnelle Erhöhung der Temperatur und die Entwicklung von Verbrennungsprodukten eingeleitet wird, setzt die Kammer 14 unter Druck. Wenn sich das heiße Gas ausdehnt, gestattet die Ventileinrichtung 12, vorzugsweise eine Fluiddiode, eine bevorzugte Strömung in Richtung des Resonanzrohres 16. Der gasförmige Verbrennungsproduktstrom, der aus der Verbrennungskammer 14 und dem Resonanzrohr 16 austritt, besitzt ein bedeutendes Moment. Aufgrund der Trägheit der Gase im Resonanzrohr 16 wird in der Verbrennungskammer 14 ein Unterdruck erzeugt. Die Trägheit der Gase im Resonanzohr 16 gestatten nur einem kleinen Bruchteil der Abgase, in die Verbrennungskammer 14 zurückzukehren, wobei der Rest des Gases über das Resonanzrohr 16 austritt. Weil der Kammerdruck unterhalb des atmosphärischen Drucks liegt, werden Luft- und Brennstoffgemische in die Kammer 14 gesaugt, wo eine Selbstzündung stattfindet. Die Ventileinrichtung 12 begrenzt wieder eine Rückströmung, und der Zyklus beginnt von neuem. Wenn der erste Zyklus in Gang gebracht ist, unterhält der Maschinenbetrieb sich danach selbst.A pulse combustor, such as that used in the present invention, typically operates in the following manner. Fuel and air enter the combustion chamber 14 and an emission source detonates the explosive mixture during start-up. The sudden increase in volume induced by the rapid increase in temperature and evolution of combustion products pressurizes the chamber 14. As the hot gas expands, the valve means 12, preferably a fluid diode, allows preferential flow toward the resonance tube 16. The gaseous combustion product stream exiting the combustion chamber 14 and resonance tube 16 has significant momentum. Due to the inertia of the gases in the resonance tube 16, a vacuum is created in the combustion chamber 14. The inertia of the gases in the resonance tube 16 allows only a small fraction of the exhaust gases to return to the combustion chamber 14, with the remainder of the gas exiting via the resonance tube 16. Because the chamber pressure is below atmospheric pressure, air and fuel mixtures are drawn into the chamber 14 where auto-ignition takes place. The valve means 12 again limits backflow and the cycle begins again. Once the first cycle is initiated, the engine operation is self-sustaining thereafter.

Die bei vielen Puls-Verbrennungssystemen verwendete Ventileinrichtung ist ein mechanisches "Klappenventil". Das Klappenventil ist eigentlich ein Rückschlagventil, das eine Strömung vom Einlaß zur Verbrennungskammer gestattet und eine Rückwärtsströmung durch eine mechanische Sitzflächen anordnung begrenzt. Obwohl ein solches mechanisches Ventil in Verbindung mit dem vorliegenden System verwendet werden kann, ist ein aerodynamisches Ventil ohne bewegliche Teile bevorzugt. Bei einem aerodynamischen Ventil bildet sich während des Abgashubs im Ventil eine Grenzschicht, und turbulente Wirbeln drosseln viel der Rückwärtsströmung. Darüber hinaus haben die Auspuffgase eine viel höhere Temperatur als die Zufuhrgase. Folglich ist die Viskosität des Gases viel höher und ist der Rückwärtswiderstand des Einlaßdurchmessers wiederum viel höher als der für eine Vorwärtsströmung durch dieselbe Öffnung. Dieses Phänomen kombiniert sich mit der hohen Trägheit der ausströmenden Gase im Resonanzrohr 16, um eine bevorzugte und mittlere Strömung vom Einlaß zum Auslaß zu ergeben. Somit schafft eine Puls-Verbrennung eine selbstansaugende Maschine, die ihre eigene Luft und Brennstoff in die Verbrennungskammer 14 saugt und Verbrennungsprodukte selbst zündet.The valve device used in many pulse combustion systems is a mechanical "flapper valve". The flap valve is actually a check valve that allows flow from the inlet to the combustion chamber and reverse flow through a mechanical seat arrangement. Although such a mechanical valve can be used in conjunction with the present system, an aerodynamic valve with no moving parts is preferred. With an aerodynamic valve, a boundary layer forms in the valve during the exhaust stroke and turbulent vortices throttle much of the reverse flow. In addition, the exhaust gases are at a much higher temperature than the supply gases. Consequently, the viscosity of the gas is much higher and the reverse resistance of the inlet diameter is in turn much higher than that for forward flow through the same opening. This phenomenon combines with the high inertia of the outgoing gases in the resonance tube 16 to give a preferential and average flow from inlet to outlet. Thus, pulse combustion creates a self-aspirating engine which draws its own air and fuel into the combustion chamber 14 and self-ignites combustion products.

Der hier für eine Kohlefeuerung verwendete, bevorzugte Puls-Kombustor basiert auf einer Helmholtz-Konfiguration mit einem aerodynamischen Ventil. Die Druckschwankungen, die durch die Verbrennung in dem wie ein Helmholtz-Resonator geformten Kombustor hervorgerufen werden, bewirken verbunden mit der Fluiddiodizität (fluidic diodicity) des aerodynamischen Ventils einen Vorbelastungsstrom (bias flow) von Luft und Verbrennungsprodukten aus dem Einlaß des Kombustors zum Auslaß des Resonanzrohres 16. Dies führt dazu, daß die Verbrennungsluft vom Kombustor selbstangesaugt wird und sich eine durchschnittliche Druckerhöhung in der Verbrennungskammer entwickelt, um die Verbrennungsprodukte mit einer hohen durchschnittlichen Strömungsgeschwindigkeit (über 1.000 feet/Sekunde) über das Resonanzrohr 16 auszustoßen.The preferred pulse combustor used here for a coal fired system is based on a Helmholtz configuration with an aerodynamic valve. The pressure fluctuations caused by combustion in the combustor shaped like a Helmholtz resonator, combined with the fluidic diodicity of the aerodynamic valve, cause a bias flow of air and combustion products from the inlet of the combustor to the outlet of the resonance tube 16. This results in the combustion air being self-aspirated by the combustor and an average pressure increase developing in the combustion chamber to expel the combustion products at a high average flow rate (over 1,000 feet/second) through the resonance tube 16.

Die Erzeugung einer intensiven Schallwelle ist ein der Puls-Verbrennung eigenes Merkmal. Die Schallintensität nach der Wand der Puls-Verbrennungskammer 14 liegt oft im Bereich von 110 bis 190 dB, was abhängig von der gewünschten Schallfeldfrequenz geändert werden kann, um die vom Puls- Kombustor unternommene, spezifische Anwendung anzupassen.The generation of an intense sound wave is a characteristic of pulse combustion. The sound intensity after the wall of the pulse combustion chamber 14 is often in the range of 110 to 190 dB, which can be varied depending on the desired sound field frequency to suit the specific application undertaken by the pulse combustor.

Die schnelle Druckschwankung über die Verbrennungskammer 14 erzeugt das starke oszillierende Strömungsfeld. Im Falle einer Kohleverbrennung bewirkt das schwankende Strömungsfeld, daß die Verbrennungsprodukte von der reagierenden festen Kohle weggefegt werden, wodurch Zugang zu Sauerstoff mit geringer oder keiner Begrenzung der Diffusion bereitgestellt wird. Zweitens erfahren Puls-Kombustoren sehr hohe Massentransport- und Wärmetransportraten in der Verbrennungszone. Während diese Kombustoren dazu neigen, sehr hohe Wärmeabgaberaten aufzuweisen (typischerweise zehnmal soviel wie herkömmliche Brenner), führen der starke Massentransport und der hohe Wärmetransport in der Verbrennungszone zu einer gleichmäßigeren Temperatur. Somit sind die erreichten Spitzentemperaturen viel geringer als im Fall von herkömmlichen Systemen. Dies führt zu einer bedeutenden Verringerung der Bildung von Stickstoffoxiden (NOx), wie vorher bemerkt. Die hohen Wärmeabgaberaten führen auch zu einer geringeren erforderlichen Kombustorgröße für eine gegebene Befeuerungsrate und einer Verringerung der erforderlichen Resonanzzeit.The rapid pressure variation across the combustion chamber 14 creates the strong oscillating flow field. In the case of coal combustion, the oscillating flow field causes the combustion products to be swept away from the reacting solid coal, providing access to oxygen with little or no limitation to diffusion. Second, pulse combustors experience very high mass transport and heat transport rates in the combustion zone. While these combustors tend to have very high heat rejection rates (typically ten times that of conventional combustors), the high mass transport and heat transport in the combustion zone result in a more uniform temperature. Thus, the peak temperatures achieved are much lower than in the case of conventional systems. This results in a significant reduction in the formation of nitrogen oxides (NOx), as previously noted. The high heat release rates also result in a smaller required combustor size for a given firing rate and a reduction in the required resonance time.

Bei einigen besonderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist eine Gestaltung der Puls-Verbrennungskammer des in Fig. 5 gezeigten Typs bevorzugt. Diese Gestaltung verwendet Generatoren mit quadratischer Form, um eine achsensymmetrische Geometrie zu definieren, die zur Anpassung einer Anzahl von Gestaltungs- und Kammerleistungsmerkmalen ähnlich sein würde. Die alphanumerischen Legenden am in Fig. 5 dargestellten Puls-Kombustor entsprechend den folgenden Dimensionen, die sich auf eine Gestaltung eines Schlacke bildenden Kombustors (wie nachfolgend beschrieben) mit einer Wärmeabgabe von 2.200 kW (7,5 MMBtu/h) beziehen und zur Bestimmung weiterer Gestaltungen von Puls-Kombustoren verwendet werden können. Die Einlaßöffnung 100 weist einen Durchmesser von 14,4 cm (5,69 inch) und die Ausgangsöffnung 101 einen Durchmesser von 12,8 cm (5,06 inch) auf. Die Längen der verschiedenen Abschnitt der Verbrennungskammer sind wie folgt: L&sub1; beträgt 41,1 cm (16,17 inch), L&sub2; beträgt 10,5 cm (4,15 inch), L&sub3; beträgt 10,9 cm (4,31 inch), 14 beträgt 8,6 cm (3,40 inch) mit einer kombinierten Länge der Verbrennungskammer von der Einlaßöffnung 100 bis zur Auslaßöffnung 101 von 71,2 cm (28,03 inch). Der Winkel α beträgt 40º, die Länge R1 beträgt 63,9 cm (25,15 inch), die Länge R2 beträgt 16,4 cm (6,46 inch), die Länge R3 beträgt 10,9 cm (4,31 inch), und die Länge R4 beträgt 8,6 cm (3,40 inch).In some particular embodiments of the present invention, a pulse combustion chamber design of the type shown in Figure 5 is preferred. This design uses square-shaped generators to define an axisymmetric geometry that would be similar to accommodate a number of design and chamber performance characteristics. The alphanumeric legends on the pulse combustor shown in Figure 5 correspond to the following dimensions, which relate to a slag-forming combustor design (as described below): with a heat output of 2,200 kW (7.5 MMBtu/h) and can be used to determine other pulse combustor designs. The inlet port 100 has a diameter of 14.4 cm (5.69 inches) and the outlet port 101 has a diameter of 12.8 cm (5.06 inches). The lengths of the various sections of the combustion chamber are as follows: L₁ is 41.1 cm (16.17 inches), L₂ is 10.5 cm (4.15 inches), L₃ is 10.9 cm (4.31 inches), L₃ is 8.6 cm (3.40 inches) with a combined length of the combustion chamber from the inlet port 100 to the outlet port 101 of 71.2 cm (28.03 inches). The angle α is 40º, the length R1 is 63.9 cm (25.15 inch), the length R2 is 16.4 cm (6.46 inch), the length R3 is 10.9 cm (4.31 inch), and the length R4 is 8.6 cm (3.40 inch).

Die Puls-Kombustorsysteme der vorliegenden Erfindung regulieren ihre eigene Stöchiometrie in ihrem Feuerungsbereich ohne die Notwendigkeit für umfangreiche Steuerungen, um das Massendurchsatzverhältnis von Brennstoffzufuhr zu Verbrennungsluft zu regulieren. Wenn die Brennstoffzufuhrrate erhöht wird, erhöht sich die Stärke der Druckpulastionen in der Verbrennungskammer 14, die wiederum die Menge an durch das aerodynamische Ventil angesaugter Luft erhöht. Somit erhält der Kombustor automatisch über seinen bestimmten Feuerungsbereich eine im wesentlichen konstante Stöchiometrie aufrecht. Die hervorgerufene Stöchiometrie kann durch Modifizieren der Fluiddiodizität des aerodynamischen Ventils geändert werden.The pulse combustor systems of the present invention regulate their own stoichiometry within their firing region without the need for extensive controls to regulate the mass flow ratio of fuel feed to combustion air. As the fuel feed rate is increased, the magnitude of the pressure pulsations in the combustion chamber 14 increases, which in turn increases the amount of air drawn through the aerodynamic valve. Thus, the combustor automatically maintains a substantially constant stoichiometry over its particular firing region. The induced stoichiometry can be changed by modifying the fluid diode of the aerodynamic valve.

Das Aeroventil, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, kann auch bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden, so daß die Schalldruckwelle des Puls-Kombustors einstellbar ist. Wie schematisch dargestellt, steht eine feste Hülse mit der Verbrennungskammer 14 in Verbindung, wobei das Aeroventil 12 darin für eine Hin- und Herbewegung dort entlang ange ordnet ist. Das Ventil 12 ist wiederum mit einer Steuereinrichtung, wie einem linearen Betätigungselement 48, verbunden, die dem Ventil 12 die gewünschte Bewegung verleiht. Beispielsweise modifiziert eine Bewegung des Ventils 12 die Brennstoffaufenthaltszeit in der Zuführung der Verbrennungskammer sowie die Stöchiometrie. Wenn das Ventil 12 näher bei der Kammer 14 ist, ist weniger Aufenthaltszeit verfügbar. Eine erhöhte Aufenthaltszeit gestattet eine bessere Treibstoff/Luftvermischung sowie eine stärkere Abnahme der flüchtigen Bestandteile des Treibstoffes. Desgleichen kann, während ein Treibstoff/Luft-Gemisch über eine sich durch die Kammer 18 erstreckende Einlaßleitung 45 eingeführt werden kann, eine Einspritzstelle 47 für das Sorptionsmittel dort entlang verwendet werden, wobei eine axiale Einstellung geboten wird, wie durch ein lineares Betätigungselement 49.The aerovalve as shown in Fig. 3 can also be used in the present invention so that the acoustic pressure wave of the pulse combustor is adjustable. As shown schematically, a fixed sleeve is in communication with the combustion chamber 14 with the aerovalve 12 mounted therein for reciprocating movement therealong. The valve 12 is in turn connected to a control device, such as a linear actuator 48, which imparts the desired movement to the valve 12. For example, movement of the valve 12 modifies the fuel residence time in the combustion chamber supply as well as the stoichiometry. If the valve 12 is closer to the chamber 14, less residence time is available. Increased residence time allows for better fuel/air mixing as well as greater removal of fuel volatiles. Likewise, while a fuel/air mixture may be introduced via an inlet line 45 extending through the chamber 18, an injection point 47 for the sorbent therealong may be used, providing axial adjustment such as by a linear actuator 49.

Eine weitere Darstellung des Diodeneffekts der Einlaß- und Auslaßdiffusoren der Kammer unter Verwendung der Merkmale der Gestaltung des aerodynamischen Ventils auf Diffusorbasis ist in Fig. 6A und 6B gezeigt. Bei dieser Gestaltung umfassen zwei einfache, entgegengesetzte konische Diffusorabschnitte das aerodynamische Ventil. Am Einlaß wird ein steiler Diffusorwinkel verwendet, der zwischen 40º und 60º (halber Kegelwinkel) betragen kann. Auf der Seite der Verbrennungskammer wird ein Diffusor mit reichlich flachem Winkel verwendet, um für eine effiziente Druckrückgewinnung zu sorgen (4º bis 7º). Die Länge der Diffusorabschnitte und der Mindestdurchmesser des aerodynamischen Ventils werden so ausgewählt, daß die Integrations- und Leistungsanforderungen an den Kombustor erfüllt werden. Durch diese Variablen können für eine gegebene mittlere Strömungsrate die gesamte Fluiddiodizität und der minimale Wiederbeschickungswiderstand geändert werden.A further illustration of the diode effect of the chamber inlet and outlet diffusers using the features of the diffuser-based aerodynamic valve design is shown in Figures 6A and 6B. In this design, two simple, opposing tapered diffuser sections comprise the aerodynamic valve. A steep diffuser angle is used at the inlet, which can be between 40º and 60º (half cone angle). On the combustion chamber side, a diffuser with a sufficiently shallow angle is used to provide efficient pressure recovery (4º to 7º). The length of the diffuser sections and the minimum diameter of the aerodynamic valve are selected to meet the combustor integration and performance requirements. These variables can change the total fluid diodericity and the minimum refeed resistance for a given average flow rate.

Die Charakteristiken des Lufteinlaßstromes sind in Fig. 6A gezeigt. Die Grenzschichtausbildung, die in Richtung der Strömung monoton ist, wird durch die divergierende Querschnittsfläche des flachen Diffusorabschnittes kompensiert. Der Einlaßstrom saugt auch aus einem großen Bereich nahe des Ventileinlasses, da es wegen der Strömungsbeschleunigung aus einem breiten zu einem schmalen Querschnitt keine Strömungstrennung beim Einlaß aus dem steilen Diffusor .gibt.The characteristics of the air intake flow are shown in Fig. 6A. The boundary layer formation, which is monotonic in the direction of flow, is compensated by the diverging cross-sectional area of the flat diffuser section. The intake flow also draws from a large area near the valve inlet since there is no flow separation at the inlet from the steep diffuser due to the flow acceleration from a wide to a narrow cross section.

Die Charakteristiken des Abgasstromes sind in Fig. 6B gezeigt. Die Grenzschichtausbildung über die Länge des Diffusors mit flachem Winkel in Richtung der Strömung bewirkt zusammen mit dem Diffusorwinkel, daß der effektive Mindestdurchmesser klein ist. Der Strom wird dann vom Diffusor mit steilem Winkel mit ungekehrtem Strom getrennt, was bewirkt, daß die Stromlinien in einer kleinen Querschnittsfläche für das Abgas bleiben.The exhaust flow characteristics are shown in Fig. 6B. The boundary layer formation along the length of the shallow angle diffuser in the direction of flow, together with the diffuser angle, causes the minimum effective diameter to be small. The flow is then separated by the steep angle diffuser with reverse flow, causing the streamlines to remain in a small cross-sectional area for the exhaust.

Beide Strömungscharakteristiken und Differenzen in der Temperatur zwischen der Einlaßluft und den Rückstromgasen der Kammer rufen die Fluiddiodizität des aerodynamischen Ventils hervor. Mit dem schwankenden Druck in der Kammer bewirkt die Fluiddiodizität des aerodynamischen Ventils, daß der Nettostrom am aerodynamischen Ventil Verbrennungsluft mit einem selbstinduzierten Stöchiometrieniveau aufnimmt.Both flow characteristics and differences in temperature between the intake air and the chamber return gases give rise to the fluidicity of the aerodynamic valve. With the fluctuating pressure in the chamber, the fluidicity of the aerodynamic valve causes the net flow at the aerodynamic valve to receive combustion air at a self-induced stoichiometry level.

Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können zwei (2) Puls-Kombustoren in einer Tandemkonfiguration angeordnet werden, bei der die Verbrennungskammern und Abgasrohre ein gemeinsames Heizrohr (nicht gezeigt) bilden. Der Tandembetrieb verwendet eine Phasenverzögerung von 180º zwischen jeder Kombustoreinheit und führt zu einer Überlagerung von Schallwellen und Aufhebung der flüchtigen Schallemissionen. Eine Tandemkonfiguration sorgt auch für eine automatische Treibstoffsynchronisierung und Vorver dichtung. Jedoch ist bei einigen Tandemgestaltungen die Menge an während der Auslaßphase kräftig in den Puls-Kombustor eingespritztem Treibstoff verringert. Eine solche Einspritzung kann unerwünscht sein, da Treibstoffteilchen schnell und verfrüht aus der Puls-Verbrennungskammer hinausbefördert werden, was zu einem geringen Verbrennungswirkungsgrad führt.In some embodiments of the present invention, two (2) pulse combustors may be arranged in a tandem configuration where the combustion chambers and exhaust pipes form a common heater pipe (not shown). Tandem operation uses a 180º phase delay between each combustor unit and results in superposition of sound waves and cancellation of volatile sound emissions. A tandem configuration also provides for automatic fuel synchronization and pre-combustion. seal. However, in some tandem designs, the amount of fuel injected forcefully into the pulse combustor during the exhaust phase is reduced. Such injection can be undesirable because fuel particles are expelled from the pulse combustion chamber quickly and prematurely, resulting in low combustion efficiency.

Eine alternativen Ausführungsform, die Tandem-Kombustoren verwendet, die die Einspritzung von Treibstoffen während der Auslaßphase effektiver verringert und bevorzugt ist, ist in Fig. 7A und 7B gezeigt. Bei dieser Tandemkonfiguration wird entlang eines T-Stücks 150 der Haupttreibstoffleitung Treibstoff zugeführt, wobei ein Schenkel des T- Stücks mit jedem der Tandem-Kombustoren verbunden ist. Das T-Stück 150 für Treibstoff wirkt als eine Verbindung, die eine automatische Treibstoffvorbelastung zwischen den Puls- Kombustorkammern 160 und 170 gestattet. Eine effiziente Synchronisierung des Treibstoffs im T-Stück 150 für Treibstoff wird durch die Fähigkeit bewirkt, die Puls-Kombustorkammern 150 und 160 im Tandem um 180º außer Phase zu betreiben. Unter diesen Bedingungen erreicht eine Verbrennungskammer eine Niederdruckphase gerade, wenn die andere Kammer gleichzeitig eine Hochdruckphase erreicht. Aufgrund des Druckgradienten, der im Verbindungs-T-Stück 150 für Treibstoff vorhanden ist, werden Verbrennungsprodukte von der Kammer mit hohem Druck zur Kammer mit niedrigem Druck beschleunigt. Das Moment der beschleunigten Gase belastet einen Treibstoffstrom von der Haupttreibstoffquelle in das T-Stück 150 der Treibstoffleitung und schließlich in die Verbrennungskammer mit niedrigem Druck vor. Einen halben Zyklus später tritt ein ähnliches Phänomen in die entgegengesetzte Richtung auf. Dadurch kann Treibstoff ohne Verwendung mechanischer Klappenventile oder einer unabhängigen Synchronisierungskammer richtig synchronisiert werden. Die natürliche Instabilität der Tandemeinheiten, die eine ge meinsame Verbindungsleitung für den Treibstoff verwenden, ist ausreichend, um die beiden Verbrennungseinheiten automatisch um 180º außer Phase zu bringen, weil die Einheiten inhärent nach dem stabilsten und unempfindlichsten Betriebszustand suchen. Dieser Zustand führt zu einer effizienten Treibstoffsynchronisierung, d. h. einer Phasenverzögerung von 180º.An alternative embodiment using tandem combustors which more effectively reduces injection of fuel during the exhaust phase and is preferred is shown in Figs. 7A and 7B. In this tandem configuration, fuel is supplied along a tee 150 of the main fuel line, with one leg of the tee connected to each of the tandem combustors. The fuel tee 150 acts as a connection allowing automatic fuel preloading between the pulse combustor chambers 160 and 170. Efficient synchronization of the fuel in the fuel tee 150 is accomplished by the ability to operate the pulse combustor chambers 150 and 160 in tandem 180° out of phase. Under these conditions, one combustion chamber reaches a low pressure phase just as the other chamber simultaneously reaches a high pressure phase. Due to the pressure gradient present in the fuel connecting tee 150, combustion products are accelerated from the high pressure chamber to the low pressure chamber. The momentum of the accelerated gases pre-stresses a fuel flow from the main fuel source into the fuel line tee 150 and finally into the low pressure combustion chamber. Half a cycle later, a similar phenomenon occurs in the opposite direction. This allows fuel to be properly synchronized without the use of mechanical flap valves or an independent synchronization chamber. The natural instability of the tandem units, which requires a using a common fuel interconnection line is sufficient to automatically put the two combustion units 180º out of phase because the units inherently seek the most stable and least sensitive operating condition. This condition results in efficient fuel synchronization, ie a 180º phase delay.

Es gibt verschiedene Einrichtungen zum Verbinden von Tandem-Verbrennungseinheiten 150 und 160, einschließlich einer Abgasrohrverbindung oder einer Verbindung mit aerodynamischem Ventil. Die Abgasrohrverbindung ist aufgrund der Vorverdichtungswirkung der Auslaßfluide mit hohem Moment, die gestatten, daß unverbrannte Teilchen innerhalb des Einflusses des starken, schwankenden Strömungsfeldes der Verbrennungsprodukte am Auslaßbereich für eine längere Zeitdauer zurückgehalten werden, eine wirksame Annäherung.There are various means for connecting tandem combustion units 150 and 160, including an exhaust pipe connection or an aerodynamic valve connection. The exhaust pipe connection is an effective approach due to the pre-compression effect of the high momentum exhaust fluids which allow unburned particles to be retained within the influence of the strong, fluctuating flow field of the combustion products at the exhaust region for a longer period of time.

Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung kann auch dafür vorgesehen werden, in einem Schlacke bildenden Modus zu arbeiten, in dem die Temperatur des Systems wenigstens die ist, die erforderlich ist, um die Teilchen im Gasstrom zum verschlacken zu bringen. Eine Gestaltung für einen Schlacke bildenden Kombustor gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 8 gezeigt, in der gleiche Zahlen gleiche Elemente darstellen, die unter Bezugnahme auf Fig. 1 erörtert wurden. Ein Auslaufventil 310 für die Schlacke wird mit einem Hilfsbrenner heiß gehalten, so daß die Schlacke geschmolzen bleibt und in ein Schlackesammelgefäß fließt, ohne die Sammelöffnung zu verstopfen.The apparatus of the present invention can also be arranged to operate in a slagging mode in which the temperature of the system is at least that required to slag the particles in the gas stream. A design for a slagging combustor according to the present invention is shown in Figure 8, in which like numerals represent like elements discussed with reference to Figure 1. A slag discharge valve 310 is kept hot with an auxiliary burner so that the slag remains molten and flows into a slag collection vessel without clogging the collection opening.

Das Resonanzrohr 16 und der wassergekühlte Entkopplungsabschnitt 300 sind in Fig. 8 in U-Form gestaltet, um sich den Anforderungen des begrenzten Raumes anzupassen. Für Schlacke bildende Vorgänge können eine Verbrennungskammer 14 und ein Resonanzrohr 16 mit feuerfester Auskleidung er forderlich sein. Am Boden des Entkopplers 300 ist ein Auslaufventil 310 für die Schlacke bereitgestellt und kann von jedem Auslaßtyp sein, der fähig ist, Schlacke aus dem System zu entfernen. Wie gezeigt, bildet sich Schlacke im allgemeinen an den Innenwänden des Resonanzrohres 16 und des Entkopplerabschnittes 300 und läuft zum Auslaufventil 310 für die Schlacke ab, wo sie für eine Entfernung in herkömmlicher Weise erhitzt bleibt.The resonance tube 16 and the water-cooled decoupling section 300 are designed in a U-shape in Fig. 8 to accommodate the requirements of the limited space. For slag forming operations, a combustion chamber 14 and a resonance tube 16 with refractory lining can be used. be required. A slag discharge valve 310 is provided at the bottom of the decoupler 300 and may be of any type of outlet capable of removing slag from the system. As shown, slag generally forms on the interior walls of the resonance tube 16 and the decoupler section 300 and drains to the slag discharge valve 310 where it remains heated for removal in a conventional manner.

Fig. 8 zeigt auch die vorher erwähnte Axialdruckverstärkungseinrichtung 19 in Verbindung mit der Ventileinrichtung 12 und in der Luftkammer 18 enthalten.Fig. 8 also shows the previously mentioned axial pressure amplifying device 19 in connection with the valve device 12 and contained in the air chamber 18.

Wenn im Schlacke bildenden Modus gearbeitet wird, sollte eine Einrichtung zum Einführen eines Sorptionsmittels zum Einfangen von Verunreinigungen stromabwärts der Puls-Kombustoreinrichtung 10 vorgesehen sein. Die niedrigen Temperaturen stromabwärts gestatten dem Sorptionsmittel, in fester Form zu bleiben, wodurch gestattet wird, daß das Sorptionsmittel die Sorption der Verunreinigungen angemessen ausführt. Wie in Fig. 8 gezeigt, ist eine solche Einrichtung zum Einführen des Sorptionsmittels stromabwärts des Entkopplerabschnitts 300 am Einlaß 330 gezeigt. Die Einrichtung zum Einführen des Sorptionsmittels kann jede herkömmliche Öffnung umfassen, die eine Einführung von Teilchen in eine unter Druck stehende Kammer gestattet.When operating in the slag forming mode, a means for introducing a sorbent for capturing contaminants should be provided downstream of the pulse combustor means 10. The low temperatures downstream allow the sorbent to remain in solid form, thereby allowing the sorbent to adequately carry out sorption of the contaminants. As shown in Figure 8, such a means for introducing the sorbent is shown downstream of the decoupler section 300 at inlet 330. The means for introducing the sorbent may comprise any conventional opening that allows introduction of particles into a pressurized chamber.

Zusätzlich zum Zyklon 70 ist eine Wäschereinheit 360 zum weiteren Reinigen der Teilchen aus dem Gasstrom, bevor das Gas in die Atmosphäre ausgestoßen wird, gezeigt.In addition to the cyclone 70, a scrubber unit 360 is shown for further cleaning the particles from the gas stream before the gas is discharged into the atmosphere.

Eine weitere Ausführungsform der Puls-Kombustoreinrichtung 10, die bei dieser Erfindung verwendet werden kann, die zusätzliche Merkmale davon zeigt, ist in Fig. 9 gezeigt. Insbesondere zeigt Fig. 9 das Resonanzrohr 16 wassergekühlt mit einem Wassermantel darum herum. Außerdem zeigt Fig. 9 die vorher beschriebene Konfiguration des Resonanzrohres 16, bei der das Resonanzrohr 16 sich unmittelbar von der Verbrennungskammer 14 aus nach außen aufweitet, aber dann dahinter gerade wird. Bei dieser Ausführungsform beträgt die Länge A 35,9 cm (14,15 inch), die Länge B 91,4 cm (36,00 inch) und die Länge C 194,7 cm (76,67 inch).Another embodiment of the pulse combustor device 10 which can be used in this invention, showing additional features thereof, is shown in Fig. 9. In particular, Fig. 9 shows the resonance tube 16 water cooled with a water jacket therearound. In addition, Fig. 9 shows the previously described configuration of the resonance tube 16 in which the resonance tube 16 flares outward immediately from the combustion chamber 14 but then straightens outward thereafter. In this embodiment, the length A is 35.9 cm (14.15 inches), the length B is 91.4 cm (36.00 inches), and the length C is 194.7 cm (76.67 inches).

Claims (13)

1. Vorrichtung zum Erhitzen eines Fluids unter Verwendung eines Fluidheizgefäßes (20), wie eines Heizrohrkessels, bei der das Gefäß darin eine Einrichtung zur Aufnahme eines zu erhitzenden Fluids und eine damit in Verbindung stehende Fluideinlaß- und -auslaßeinrichtung (30, 35) aufweist, wobei das Gefäß (20) darin eine Einrichtung (40, 41) aufweist, die ein Heizrohr (40) zum Wärmeaustausch zwischen heißen Gasen, die durch die Wärmeaustauscheinrichtung (40, 41) hindurchgehen, und dem Fluid einschließt, wobei eine Auslaßeinrichtung aus der Wärmeaustauscheinrichtung (40, 41) vorgesehen ist; und wobei die Vorrichtung weiterhin eine Puls-Verbrennungseinrichtung (10), z. B. quadratisch oder abstimmbar, in Verbindung mit der Wärmeaustauscheinrichtung (40, 41) des Fluidheizgefäßes (20) aufweist, wobei die Puls-Verbrennungseinrichtung (10) zur Verbrennung eines Brennstoff/Luft-Gemischs fähig ist, um einen pulsierenden Strom von heißen Verbrennungsprodukten und eine Schallwelle bei einer Frequenz im Bereich von 20-1.500 Hz zu erzeugen, wobei die Puls-Verbrennungseinrichtung (10) auch eine Ventileinrichtung (12) zur Aufnahme eines Brennstoff/Luft-Gemischs bei Bedarf, eine Verbrennungskammer (14) in Verbindung mit der Ventileinrichtung (12) und wenigstens ein Resonanzrohr (16) in Verbindung mit der Verbrennungskammer (14) und der Wärmeaustauscheinrichtung (40, 41) des Fluidheizgefäßes beinhaltet, um der Wärmeaustauscheinrichtung (40, 41) heiße Gase zuzuführen, wobei die Vorrichtung weiterhin eine Einrichtung, wie einen Zyklon (70), zur Entfernung von teilchenförmigem Material aus dem Gas beinhaltet, wobei die Puls-Verbrennungseinrichtung (10) mit der Wärmeaustauscheinrichtung (40, 41) so zusammen wirkt, daß der pulsierende Strom von heißen Ver brennungsprodukten und die Schallwelle Wärme und akustische Schwingungen direkt der Wärmeaustauscheinrichtung (40, 41) zuführen und wobei ein Abschnitt des wenigstens einen Resonanzrohres (16) sich zur Wärmeübertragung davon auf das Fluid in dem Abschnitt des Fluidheizgefäßes (20) im Heizrohr (40) des Gefäßes (20) befindet.1. An apparatus for heating a fluid utilizing a fluid heating vessel (20), such as a hot tube boiler, the vessel having means therein for receiving a fluid to be heated and fluid inlet and outlet means (30, 35) in communication therewith, the vessel (20) having means (40, 41) therein including a hot tube (40) for heat exchange between hot gases passing through the heat exchange means (40, 41) and the fluid, outlet means from the heat exchange means (40, 41) being provided; and the apparatus further comprising pulse combustion means (10), e.g. B. square or tunable, in connection with the heat exchange device (40, 41) of the fluid heating vessel (20), the pulse combustion device (10) being capable of combusting a fuel/air mixture to produce a pulsating stream of hot combustion products and a sound wave at a frequency in the range of 20-1,500 Hz, the pulse combustion device (10) also including valve means (12) for receiving a fuel/air mixture when required, a combustion chamber (14) in connection with the valve means (12) and at least one resonance tube (16) in connection with the combustion chamber (14) and the heat exchange device (40, 41) of the fluid heating vessel to supply hot gases to the heat exchange device (40, 41), the device further including means, such as a cyclone (70), for removing particulate matter from the gas, the pulse combustion device (10) cooperates with the heat exchange device (40, 41) so that the pulsating flow of hot combustion products and the sound wave supply heat and acoustic vibrations directly to the heat exchange device (40, 41) and wherein a portion of the at least one resonance tube (16) is located in the heating tube (40) of the vessel (20) for heat transfer therefrom to the fluid in the portion of the fluid heating vessel (20). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vorrichtung bei einem Druck von 1 bis weniger als 2,1 bar betrieben werden kann.2. Device according to claim 1, wherein the device can be operated at a pressure of 1 to less than 2.1 bar. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Abschnitt der Puls-Verbrennungseinrichtung (10) und das wenigstens eine Resonanzrohr (16) der Puls-Verbrennungseinrichtung (10) zur Wasserkühlung ummantelt (17, 90) sind.3. Device according to claim 1, in which a section of the pulse combustion device (10) and the at least one resonance tube (16) of the pulse combustion device (10) are jacketed (17, 90) for water cooling. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der sich die Einrichtung zum Entfernen teilchenförmigen Materials stromabwärts des Fluidheizgefäßes (20) befindet.4. Apparatus according to claim 1, wherein the means for removing particulate material is located downstream of the fluid heating vessel (20). 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, die weiterhin eine Einrichtung (60) umfaßt, die entlang eines Anfangsabschnitts der Wärmeaustauscheinrichtung (40, 41) zur teilweisen Entfernung von Teilchen aus dem hindurchgehenden Gas angeordnet ist.5. Apparatus according to claim 4, further comprising means (60) disposed along an initial portion of the heat exchange means (40, 41) for partially removing particles from the gas passing therethrough. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die Wärmeaustauscheinrichtung (40, 41) wenigstens ein Rohr (41) umfaßt, das sich durch das Gefäß (20) entlang eines Serpentinenweges erstreckt, der eine Vielzahl von Durchgängen hin und her durch das Gefäß bildet, und bei der sich die Einrichtung (60) zur teilweisen Teilchenentfernung stromaufwärts einer Stelle befindet, bei der das Rohr seinen Weg im Gefäß umkehrt.6. Apparatus according to claim 5, wherein the heat exchange means (40, 41) comprises at least one tube (41) extending through the vessel (20) along a serpentine path forming a plurality of passages back and forth through the vessel, and wherein the means (60) for partially removing particles is located upstream of a point where the tube reverses its path in the vessel. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Treibstoffventileinrichtung (12) der Puls-Verbrennungseinrichtung (10) hinsichtlich der Verbrennungskammer (14) hin und her eingestellt werden kann.7. Apparatus according to claim 1, wherein the fuel valve device (12) of the pulse combustion device (10) can be adjusted back and forth with respect to the combustion chamber (14). 8. Verfahren zum Erhitzen eines Fluids, das die Schritte umfaßt:8. A method for heating a fluid comprising the steps : a) Führen eines zu erhitzenden Fluids durch ein Gefäß (20);a) passing a fluid to be heated through a vessel (20); b) Puls-Verbrennung eines Brennstoffs in einem Puls- Kombustor (10), der mit dem Gefäß (20) in Verbindung steht, wobei der Puls-Kombustor (10) wenigstens ein Resonanzrohr (16) aufweist, wobei sich ein Abschnitt des wenigstens einen Resonanzrohres (16) in einem Heizrohr (40) des Gefäßes (20) befindet, wobei das wenigstens eine Rohr (16) so betrieben werden kann, daß ein pulsierender Strom von Verbrennungsprodukten und eine Schalldruckwelle bei einer Frequenz von etwa 20 bis etwa 1.500 Hz erzeugt wird, und wobei der Strom von Verbrennungsprodukten und die Schalldruckwelle direkt in das Gefäß (20) geführt werden, um dadurch eine Wärmeübertragung auf das Fluid im Gefäß (20) für ein vorbestimmtes Erhitzen des Fluids zu bewirken;b) pulse combustion of a fuel in a pulse combustor (10) in communication with the vessel (20), the pulse combustor (10) having at least one resonance tube (16), a portion of the at least one resonance tube (16) being located in a heating tube (40) of the vessel (20), the at least one tube (16) operable to produce a pulsating stream of combustion products and an acoustic pressure wave at a frequency of about 20 to about 1,500 Hz, and the stream of combustion products and the acoustic pressure wave being directed into the vessel (20) to thereby effect heat transfer to the fluid in the vessel (20) for a predetermined heating of the fluid; c) Entfernen teilchenförmiger Materialien aus dem Strom von Verbrennungsprodukten; und(c) removing particulate materials from the combustion product stream; and d) Befördern des erhitzten Fluids, um seine beabsichtigte Funktion der Wirkung als Wärmequelle für verschiedene Heizeinrichtungen zu erfüllen.d) conveying the heated fluid to perform its intended function of acting as a heat source for various heating devices. 9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Puls-Verbrennungseinrichtung (10) bei einer Temperatur unterhalb des Verschlackungspunktes der Verbrennungsprodukte des darin verbrannten Brennstoffs betrieben wird.9. Method according to claim 8, in which the pulse combustion device (10) is operated at a temperature below the slagging point of the combustion products of the fuel burned therein. 10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Druck im Gefäß, in dem das Fluid erhitzt wird, bei einem Niveau unterhalb 2,1 bar gehalten wird.10. A method according to claim 8, wherein the pressure in the vessel in which the fluid is heated is maintained at a level below 2.1 bar. 11. Verfahren nach Anspruch 8, das weiterhin den Schritt des Einführens eines teilchenförmigen Materials mit einer Größenverteilung, die sich von dem aus der Puls- Verbrennung resultierenden, teilchenförmigen Material unterscheidet, in den Strom von Verbrennungsprodukten umfaßt, um eine bimodale Agglomeration des teilchenförmigen Materials zu bewirken, wobei wahlweise das eingeführte teilchenförmige Material ein Sorptionsmittel für Verunreinigungen im Verbrennungsproduktstrom ist.11. The method of claim 8 further comprising the step of introducing a particulate material having a size distribution different from the particulate material resulting from the pulse combustion into the stream of combustion products to cause bimodal agglomeration of the particulate material, optionally wherein the introduced particulate material is a sorbent for contaminants in the combustion product stream. 12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Verunreinigung ein Schwefelprodukt und das teilchenförmige Material ein Sorptionsmittel dafür ist.12. A process according to claim 11, wherein the contaminant is a sulfur product and the particulate material is a sorbent therefor. 13. Verfahren nach Anspruch 8, das einen Schritt des teilweisen Entfernens von agglomeriertem, teilchenförmigem Material aus dem Strom von Verbrennungsprodukten beinhaltet, bevor der Strom das Gefäß (20) verläßt.13. A method according to claim 8, including a step of partially removing agglomerated particulate material from the stream of combustion products before the stream leaves the vessel (20).
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