再生器堵塞的减少的制作方法

本发明涉及通过使用废热回收装置诸如再生器从熔炉等热回收。其尤其涉及改善的热回收方法，所述方法避免了与再生器的使用相关联的常规缺点。

背景技术：

数十年来，主要出于减少燃料消耗的目的，热回收再生器已被用于许多行业以从高温废气流中回收可用的热。使用再生器进行热回收的一种熟悉的应用是在空气焙烧的玻璃熔炉中。再生器的一些典型类型使用耐火方格的叠堆体，所述耐火方格由拱形支撑并且包封在耐火封装件中，所述耐火封装件在两端具有开口以供所述炉中形成的高温气体穿过。热气体进入再生器一端(通常位于顶部处)并从另一端(通常位于底部处)以较低的温度离开，因为废气热含量的一部分被转移并存储在方格中。在方格充分加热后，再生器经历所谓的颠倒，其中通过再生器的热气流停止并且燃烧空气(将与熔炉中的燃料一起燃烧)进入再生器底部，并且然后在再生器的顶部离开，已经在再生器中预热，然后馈送到熔炉中以与熔炉中的燃料一起燃烧。对于用于玻璃熔炉的再生器而言，反转之间的典型时间为约20分钟至30分钟。预热的燃烧空气温度可达到1250c至1350c，这取决于多种因素，诸如老化、维护和再生器的设计。旋转再生器是另一种类型的热回收装置，其中热气流和冷气流在其自身管道中朝向安装在旋转设备中的分段式蓄热介质逆流流动。当蓄热介质在热流体和冷流体之间交替旋转时，实现热交换。在这种情况下，蓄热介质可以为由例如金属带状物、丝网、耐火蜂窝结构或陶瓷球制成的材料。这种类型的再生器用于钢铁工业和用于空气预热的电站锅炉中。

与热回收再生器的操作相关联的一个困难在于，当高温烟气流包括可冷凝的碱时，可随着热废气在再生器中冷却而形成硫酸盐和/或碳酸盐。例如，来自玻璃熔炉的热烟气可具有包含钠或钾的蒸气物质，诸如naoh、koh和nabo2，其来源于熔融玻璃熔体、玻璃制造批料、以及作为来自化石燃料燃烧的常见组分的二氧化硫。在烟气的冷却期间，在约800c至1100c的范围内的温度下，盐诸如na2so4和k2so4可由气态碱蒸气、二氧化硫和氧形成，并以液体形式从烟气中冷凝，并且存在于烟气中的其他细小固体材料诸如批料残留物可以液体或固体沉积物的形式附着到方格表面上。如果这些沉积物在较长时间段内不被移除或清洁，则再生器内的方格通道中的气体通道可越来越堵塞，这最终可导致部分地或基本上堵塞的再生器。

堵塞的再生器在维持生产率和保持定期维护计划方面对熔炉操作者提出了严重的挑战。变窄的方格通道降低了穿过再生器的风流量，因为用于使燃烧空气移动的鼓风机的压力侧具有设计极限。此外，方格表面上的沉积物阻碍了从热气体到方格以及从方格到待预热的空气两者的热传递。堵塞的再生器中的空气预热温度可低于正常温度。较低的可用风流量可迫使操作者降低玻璃制成率，因为必须减少燃料以匹配可用的空气流，因此遭受经济损失。此外，较低的空气预热温度导致熔炉中较低的火焰温度，这在一些情况下可引起操作问题，诸如熔炉中形成的玻璃的质量。勿庸置疑，堵塞的再生器还减少了热气体中的热回收，因此比能消耗(即，能量用量/吨玻璃或熔炉中熔融或形成的其他产品)可增加，这降低了操作者的利润率。

通常定期(通常一年一次或两次)清洁用于玻璃熔炉的堵塞的再生器。一种常见的方法是“热清洁”，其中将堵塞的再生器的方格组的温度增加到足够高的水平以融化沉积物。将熔融的沉积物收集在再生器室的底部并移除。在方格组下方的底部空间中常常使用附加的发热源(例如，富氧燃烧器)以增加方格组温度。这是在几天内进行的精细且缓慢的操作，因为过热可能使方格组损坏或塌缩。在此类清洁操作期间，堵塞的再生器部分地清洁并且热效率部分地恢复。然而，清洁操作中断了玻璃熔炉的正常操作并导致生产损失。需要开发一种改善的热回收方法，所述方法防止由于沉积物积聚而堵塞再生器通道。

技术实现要素：

本发明克服了先前遇到的与再生器使用相关联的缺点，并且提供了许多先前认为不可获得的优点。

本发明的一个方面是一种燃烧方法，包括：

(a)在熔炉中燃烧燃料和气态氧化剂以生成燃烧热，所述燃烧热加热所述熔炉中的装料并生成包括碱蒸气物质的气态燃烧产物，

(b)使包括气态燃烧产物的气态烟气流从所述熔炉穿过热回收装置中的第一通道，其中所述第一通道具有暴露于所述烟气流的表面，以加热所述表面并冷却所述烟气流，以及通过所述燃烧产物的组分之间的相互作用在所述表面上形成液体或固体沉积物，以及使冷却的贫化烟气从所述第一通道排出，

(c)使所述烟气流通过所述第一通道的通路中断，以及然后使气态还原流在与所述烟气流的流动方向相反的方向上穿过所述第一通道，与所述沉积物接触以使所述气态还原流与所述沉积物反应，从而导致沉积物从所述表面移除并在所述第一通道中形成气态副产物流，所述气态副产物流包括所述沉积物与所述还原流的反应产物，以及

(d)使所述副产物流从所述第一通道通入所述熔炉中，以及在所述熔炉中燃烧所述副产物流中的还原组分。

在本发明的另一优选的实施方案中，通过以下步骤来产生所述气态还原流：使包括气态燃烧产物的气态烟气流从所述炉穿过热回收装置中的第二通道，其中所述第二通道具有暴露于所述烟气流的表面，以加热所述表面并且冷却所述烟气流；将冷却的贫化烟气从所述第二通道排出；以及将来自所述第二通道的冷却的贫化烟气与燃料混合。

在本发明的另一优选的实施方案中，以下步骤(i)和(ii)交替进行，其中(i)通过以下步骤来产生所述气态还原流：(a)使来自熔炉的气态烟气流穿过热回收装置中的第二通道，所述气态烟气流包括包括碱蒸气物质的气态燃烧产物，其中所述第二通道具有暴露于所述烟气流的表面，以加热所述表面并冷却所述烟气流；以及通过燃烧产物的组分之间的相互作用在所述第二通道中的表面上形成液体或固体沉积物；以及使冷却的贫化烟气从所述第二通道排出，并且(b)将来自所述第二通道的冷却的贫化烟气的一部分与燃料混合；其中从所述第一通道通过的所述气态副产物流包括在所述第一通道中的吸热反应中形成的一氧化碳和氢气；以及(ii)将从所述第一通道排出的冷却的贫化烟气与燃料混合，并且通入并穿过所述第二通道，与所述第二通道中的表面上的所述沉积物接触，并且与所述沉积物反应，从而导致沉积物从所述表面移除，并且在所述第二通道中形成气态副产物流，所述气态副产物流包括所述沉积物与所述还原流的反应产物并且包括在所述通道中的吸热反应中形成的一氧化碳和氢气。

如本文所用，“冷凝的”沉积物可处于固相或液相中，或者可以为固体和液体材料的混合物。

“热回收装置”包括被称为批料或碎玻璃预热器的再生器、同流换热器和换热器，其中通过与离开熔炉的热燃烧气体的间接热交换来预热馈送到熔炉中的玻璃形成材料。

附图说明

图1为可与本发明一起使用的一种热回收系统的流程图。

图2和图3为图1所示系统的部件的视图。

图4为本发明的另选的实施方案的流程图。

图5为本发明的另一另选的实施方案的流程图。

图6为可利用其实施本发明的再生器的剖视图。

图7为可利用其实施本发明的同流换热器的剖视图。

图8为可利用其实施本发明的批料/碎玻璃预热器的剖视图。

具体实施方式

本发明可用于通过燃料和氧化剂的燃烧在熔炉中生成高温以加热熔炉中的材料(“装料”)，并且利用热回收部件以从高温气态燃烧产物中重新捕集可用热的方法和系统，其中燃烧产物和在加热时或在与熔炉内的其他物质化学反应的情况下由装料挥发的物质穿过热回收部件中的一个或多个通道并且在该通道的表面上形成固体沉积物。燃料可以是任何可燃物质，优选地气态或雾化液体，诸如天然气或烃或烃的混合物。氧化剂可以为任何纯氧或任何包含氧气的气体组合物，诸如空气、富氧空气或包含50体积％至99体积％氧气的流。

装料可以为待在熔炉中加热的任何材料。通常，将所述装料加热以熔融。在其他应用中，将装料加热以使其燃烧，或使得装料的至少一部分燃烧。

可与本发明一起实施的应用的一个优选示例包括玻璃熔炉，其中将玻璃成形成分一起熔融以形成熔融玻璃。玻璃成形成分通常包括被称为“批料”的材料，被称为“碎玻璃”的材料，或批料和碎玻璃两者。批料的示例包括硅砂，苏打灰，石灰石，白云石，其他钠、钙、镁和钾中一种或多种的碳酸盐、硫酸盐、氧化物和氢氧化物。碎玻璃通常为玻璃的片材，通常通过破碎和细分再循环玻璃和玻璃制品形成。本发明在用于熔融玻璃制造材料的熔炉中是有用的，因为为了熔融玻璃制造材料而生成的热产生足够高的炉温(通常为1500c至1600c)，以导致在加热的玻璃制造材料中形成和存在的熔融玻璃中存在的碱化合物直接挥发，或在熔炉气氛中与水蒸气或其他物质反应，从而在两种进入熔炉的气态气氛中的机制下，形成气态碱蒸气物质，诸如naoh和koh。在硼硅酸盐玻璃熔炉中，主要的碱蒸气物质为偏硼酸钠(nabo2)。当包含碱蒸气的热烟气离开熔炉并且进入再生器时，烟气通过将热传递到方格材料而在方格通道中冷却，其中所述烟气与存在于熔炉气氛中的化合物诸如氧化硫、氧气和二氧化碳反应，从而形成化合物诸如硫酸钠、硫酸钾、碳酸钠、碳酸钾等。这些化合物冷凝到热回收部件内的通道的内表面上，并最终作为固体沉积物固化，所述固体沉积物继续生长，从而限制气流可穿过的横截面积的大小。该问题由于细分的固体从熔炉内部转移到它们附着到沉积物之处的通道中的趋势而变得更糟。

本发明可用的系统的其他示例包括水泥窑，其中通常包括硅砂、石灰石和粘土在内的进料(其用作碱和碱性反应物的源)加热至足够高的温度，使得进料反应并熔化成水泥熟料，所述水泥熟料包括碱金属硅酸盐和碱金属铝硅酸盐和铝铁氧体。与玻璃熔炉一样，高温使碱物质挥发，其以气态燃烧产物流的形式离开窑，并且在热回收部件的通道中相互作用，以在热回收部件的内表面上形成前述沉积物。

本发明可用的系统的附加示例包括用于制造水泥的窑，以及燃烧包含碱物质的材料的焚烧炉。

上述再生器是本发明可用的热回收装置的一种类型。图6示意性地表示再生器(600)，其具有入口(601)、出口(602)和通道(603)，气体可通过所述通道在入口(601)和出口(602)之间流动。再生器(600)包括固体材料(651)，诸如方格、陶瓷球或其他材料，所述材料可储存来自穿过其中的热气体的热，以用于随后转移到后续操作阶段中穿过所述材料的另一气流。固体材料(651)具有如本文所述其上可形成沉积物的表面(652)。

可实施本发明的其他热回收装置包括同流换热器。图7示意性地表示一种类型的同流换热器(700)，其中一个气流在入口(701)处进入，穿过通道(702)并在出口(703)处离开，并且另一气流在入口(704)处进入，穿过通道(705)并在出口(706)处离开。这些气流中的一者比另一者更热，并且热从该流通过阻隔件(707)流到另一个流。阻隔件(707)具有如本文所述其上可形成沉积物的表面(708)。

可与本发明一起实施的另一种类型的热回收装置包括被称为批料/碎玻璃预热器的设备。这种类型的热回收装置在图8中表示为(800)，其中将待馈送到玻璃熔炉中的批料和/或碎玻璃材料(802)馈送到预热器(800)的通道(803)中，并且在由箭头指示的方向上移动，在出口(804)处离开，同时从熔炉离开的气态燃烧产物在入口(801)处进入，流过通道(805)，并且在出口(806)处排出。热通过阻隔件(807)从气体燃烧产物传递到进入的批料/碎玻璃材料。沉积物可如本文所述在阻隔件(807)的表面(808)上形成。在此类设备中，阻隔件由热气态流加热，即使其不储存热以供另一个流的后续加热。

在气态燃烧产物流过通道的阶段期间，包含在通道的内表面上形成沉积物的物质，这些表面的温度通常为至少600c。表面温度甚至可高于800c，尤其是在表面由陶瓷或其他非金属耐火材料制成时，然而如果表面由金属材料制成，则表面温度通常为800c或低于800c。

前述类型的热回收装置中的任一种具有与离开熔炉的气体流接触的内表面，因此易于在表面上形成沉积物。在其中沉积物已形成于热回收部件的表面上的操作中，本发明移除所形成的沉积物。优选移除所有沉积物，但本文所述的方法可有效地实现沉积物的部分移除，所述部分移除仍优于使沉积物在通道中保留和生长。

为了实施沉积物的移除，首先应中断通过具有形成沉积物趋势的气态流通过通道的流动。这可通过关闭适宜的阀来实现，所述阀定位在熔炉和具有待移除沉积物的热回收部件之间，或定位在气态燃烧产物由此从热回收部件排出的其他端处。优选地，存在于通道内的气态燃烧产物应在进入通道的新流已经中断之后，并且在如本文所述进入通道的还原气体流已经开始之前的一段时间内从通道排出。

然后，气态还原流流入并流过其表面包含待移除的沉积物的通道。这种流动相对于那些气态燃烧产物的流动方向相反。即，从koh通道的较冷端到通道的较热端。气态还原流包括一种或多种可氧化化合物。气态还原流的优选组分包括式ch4或cnhp的烃，其中n为2至6并且p为(2n+2)或2n。其他优选的组分包括氢气、一氧化碳、氯气、其中x为卤离子的hx、以及含硼气体，诸如b(oh)3和hbo3。气态还原流还可包含性质是还原的固体，诸如烟灰，其原位形成气态还原化合物诸如一氧化碳。气态还原流可以为通过蒸汽-甲烷重整器或类似反应器生产的合成气或其他组合物，通常为一氧化碳和氢气的混合物。

气态还原流应在如下条件下流动，使得气态还原蒸汽和沉积物之间的接触在至少500c、优选地至少600c、更优选地至少800c、最高至1200c或最高至制备通道和热回收部件的材料的公差极限的温度下发生。离开再生器顶部的还原气体蒸汽应优选地为至少900c、更优选地至少1000c、并且最优选地至少1100c。这些温度条件可通过首先在注射用于再生器清洁的还原气体之前预热负载沉积物的再生器来实现。如果还原气体流由单独装置产生并且具有高于350c至400c的温度，则从预热的再生器的顶部离开的还原气体流可具有高于1100c的温度；在这种情况下，可缩短再生器清洁时间。

在引入用于清洁的燃料之前，可将具有沉积物的再生器通道预热至更高的所需温度。例如，可将再生器预热两个全烟气循环(约40分钟)，然后进行清洁循环(20分钟)。在这种情况下，再生器中的方格和通道壁将具有比正常温度更高的温度，但仍可在允许的温度范围内。预热至更高的最佳温度的再生器将在本发明的清洁过程期间加速硫酸盐沉积物的移除。

将气态还原物流的流动持续一定时间长度，以有效移除沉积物，优选地移除所有沉积物。该时间长度可通过观察，通过在该方法的步骤之间检查通道的内部，或通过基于沉积物的组成和气态还原流的组成的计算来确定。

沉积物与气态还原流之间的相互作用产生气态副产物，其通常包括naoh、nacl、na蒸气、koh、kcl、钾蒸气和/或nabo2(当然取决于还原剂中存在的组分)。该相互作用还弱化或消除了沉积物保持粘附到通道表面的能力，使得已作为附接到表面的沉积物的一部分的一些材料变松散或被移除并且反而落到通道的底部，在所述底部处其可在设备的定期检查和清洁时被清扫或吹出。因此，不考虑机制，认为本发明从表面移除沉积物，即，无论沉积物中的物质是通过化学反应消耗的，还是变松散并从表面脱落。

气态还原流的流动及其与沉积物的相互作用产生从通道排出的气态副产物流。因为气态还原流的流动方向是从通道的冷端到热端，因此气态副产物一旦由沉积物形成，其就不在通道中重新冷凝。优选使该副产物流通入其中燃烧产物流的可燃组分的熔炉中。这些组分可包括通过还原流与沉积物的相互作用而形成的产物，并且可包括在馈送到通道中时处于还原流中但不与沉积物相互作用的产物。

气态还原流可来自多种源中的任一种，并且作为组分的组合的还原流的组分可来自一种或多种不同的适宜源。一种类型的源是包括还原流的一种或多种气体的单独供应源。例如，单独供应源可经由管道来自产生组分的另一工业操作，诸如来自天然气管道或来自产生合成气(通常为氢气和一氧化碳的混合物)的蒸汽重整反应器的进料管线。单独供应源可为来自供应罐的管线，所述供应罐定期补充有包括还原气体的一种或多种产品。

用于移除沉积物的还原气体流也可在热回收装置内原位产生，或由外部装置产生。例如，出于该目的，燃烧器中的天然气的部分氧化可生成令人满意的还原气。在部分氧化时，燃料与小于化学计量量的氧气一起燃烧。这将产生还原气体诸如h2、co和烟灰连同未燃烧的燃料物质。通过部分氧化产生的还原气体的温度随燃烧的缺氧程度和用于部分氧化的氧化剂的组成而变化。可将部分氧化喷焰器置于再生器的方格组下方的底部空间中以原位产生还原气体，或者可使用外部部分氧化燃烧器。外部产生的还原气体可直接馈送到经预热再生器的底部中。部分氧化燃烧器优选绝热良好，以使产生的热还原气体中的热损失最小化。

还原气体还可在采用本发明的相同总体燃烧系统的阶段中产生。例如，气态燃烧产物中的一些可转化成合成气，然后将所述合成气用作还原气体流，将所述还原气体流馈送到通道中以移除附接到通道表面的沉积物。本发明可与之一起使用的这类热回收系统的一种类型被称为热化学再生或tcr，并且如下参照图1、图2和图3进行描述。

该热回收过程分两个循环进行，这两个循环在本文中称为烟道循环和重整循环。这两个循环交替地在两个或更多个方格填充的再生器中进行，或者通过使用具有两个单独气体通道(未示出)的旋转方格组来进行。热回收方法优选地与加热炉和其他燃烧装置结合实施，这些装置采用“富氧”燃烧方法，即燃料与包括至少50体积％氧气、以及优选地至少80体积％氧气、更优选地至少90体积％氧气、并且甚至至少99体积％氧气的氧气的气态氧化剂一起燃烧，因为通过富氧燃烧产生的烟气具有较高的h2o和co2浓度，这两者均促进在本发明方法中使用的吸热重整反应。在烟道循环期间，第一再生器中的方格提取并储存从熔炉中馈送到再生器中并穿过该再生器的高温烟气中的热量。然后，在重整循环中，将离开第一再生器的冷却烟气的一部分(本文中称为回收烟气或rfg)馈送到另一(第二)再生器中并与燃料流混合(本文中称为重整燃料或rf)。在下面的描述中，出于说明的目的，纯甲烷(ch4)被描述为重整燃料。其他符合要求的燃料包括任何可燃的气体、气体混合物或汽化液体燃料，包括但不限于天然气、丙烷和lpg(液化石油气)。

在重整循环中，如本文所述，rfg/重整燃料混合物进入其中方格已被加热的第二再生器，并穿过第二再生器流向加热炉。穿过第二再生器的rfg/rf混合物的温度通过从已预热的方格中提取热量而继续增加。随着rfg/rf混合物穿过第二再生器，其达到重整反应开始发生并持续发生的温度，从而产生包括h2和co的产物。重整反应是吸热的，并且促进重整反应所需的热量从加热的方格中吸收。由重整反应产生的气态组合物通常包括一种或多种组分，诸如h2、co、未反应的气体(包括h2o、co2、ch4)、氮气、任何残余的nox、和烟灰。由此产生的气态组合物在本文中也称为“合成气”。从第二再生器中形成的合成气进入熔炉，并在熔炉中与氧化剂一起燃烧，以提供用于加热和/或熔融熔炉中材料的热能。

一段时间之后，颠倒两个再生器的操作，即将在烟道循环中使用的再生器切换到重整循环，并且将在重整循环中使用的再生器切换到烟道循环。又一段时间之后，再次颠倒两个再生器的操作。颠倒的时机可由经过的时间，或者由其他标准诸如从在烟道循环中的第一再生器离开的烟气的温度来确定。颠倒过程根据预定的机制和计划进行，其中基于具体的时机按顺序打开和关闭阀门。

首先下文结合图1至图3描述了本发明的操作和控制。用在端壁(3)上配有两个再生器的马蹄焰玻璃加热炉(10)作为示例。然而，当成对的再生器并排位于熔炉(10)的一侧上或者定位在熔炉(10)的相对侧上时，可以以相同的方式进行本文所述的这对再生器的操作。

如图1所示，马蹄焰玻璃加热炉(10)具有进料站(20)，在该进料站中包括固体玻璃制造材料的进料(30)(称为批料和/或碎玻璃)被填装到加热炉中进行加热和熔化。熔融玻璃从加热炉(10)的流出表示为(90)。熔炉(10)在熔炉左侧配备有第一再生器(100)，并在熔炉右侧配备有第二再生器(200)。两个再生器的垂直剖面图在图2和图3中详细示出。

如图2所示，再生器(200)在烟道循环中，其中烟气流(50)从熔炉(10)的内部进入炉颈(240)，然后经过氧分析仪(250)流动至再生器(200)的顶部空间(530)。随着烟气流流过再生器(200)内方格之间的通道而加热方格(表示为(520))，并通过支撑在拱(510)上的气体通道(515)进入室底部空间(500)，该拱也支撑整个方格床的重量。如本文所述，该烟气流可通过碱蒸气物质和燃烧产物的其他组分的相互作用在方格上形成沉积物。

如图1所示，在熔炉(10)中产生的烟气的一部分(52)可通过部分打开的阀(350)分流至管道(70)(例如，如果期望控制再生器防止其变得太热)，然后进入烟囱(340)以排出，这意指这部分烟气不重新进入熔炉，而是排放到大气中和/或传送至用于储存和/或进一步处理的一个或多个其他站或此类目的地的任何组合。为了实现最大热回收，优选的是关闭阀(350)，使得基本上全部熔炉烟气作为烟气流(50)进入再生器(200)。

如图1和图2所示，经冷却的烟气流(201)离开管道(260)中的再生器(200)，穿过打开阀(210)和氧传感器(310)，然后进入鼓风机(300)的吸入侧。离开鼓风机压力侧的烟气(301)的大部分穿过阻尼器(330)，然后穿过流量计(332)，最终被引导进入烟囱(340)，如本文所定义这部分烟气通过该烟囱离开系统以排出。烟气的一部分(303)穿过管道(320)和阀(360)再循环至再生器(100)的底部。这是再循环烟气(rfg)。其流量由流量计(322)测量。待馈送到第二再生器(100)的重整燃料由管道(130)通过阀(120)供应。

如图3所示，来自流(130)的重整燃料(rf)在管道(128)的位置(127)处与rfg(303)相交并混合，该管道还与再生器(100)的底部空间(400)连通。该rfg/rf混合物通过拱(410)上的气体通道(415)进入再生器(100)内已预热的方格组(420)中。燃料和再循环烟气的这种混合物可用作本文所述的气态还原流，以导致从再生器中的表面移除沉积物。由于烟气从熔炉通入再生器(100)中并穿过该再生器，再生器(100)已经在先前的循环中被加热。rfg/rf混合物的温度随着其流过再生器(100)的方格组而增加。当rfg/rf的温度达到重整温度时发生吸热重整反应，其中重整燃料(例如，ch4)与rfg中的co2和h2o反应并形成co、h2和一些烟灰。吸热重整反应所需的热量取自加热的方格。重整反应随着rfg/rf混合物继续朝顶部空间(430)行进而继续。rfg/rf的这种混合物还与沉积物相互作用，以导致其从再生器内的表面移除。

气态流(425)(本文中称为“重整”或“合成气”气流)从方格组(420)的顶部离开。流(425)具有高温，并且包括诸如co、h2、烟灰、未反应的ch4以及未反应的co2和h2o等物质(以及氮气和任何残余的nox)。合成气流(425)穿过炉颈140和氧传感器150，并进入熔炉10。合成气流在例如范围在1800f至2500f的温度下离开方格组(420)。该合成气在熔炉(10)中燃烧表示为火焰(40)以生成可用于加热和/或熔融熔炉中材料(诸如玻璃制造材料)的附加的燃烧热量。燃烧合成气所需的氧化剂通过打开阀(115)由导管(135)供应。该氧化剂可以是空气，或者其可以具有高于空气的氧气含量，即至少21体积％，并且优选地等于或高于80体积％，更优选地等于或高于90体积％，或甚至至少99体积％。

通常，在一个再生器在烟道循环中且另一个再生器在重整循环中(如图1所示)的情况下，热回收过程进行约20分钟至40分钟或者直到重整再生器中的方格太冷而不能提供足够的热量来促进所需的吸热化学反应。此时，现在本文继续描述再生器(200)在烟道循环中且再生器(100)在重整循环中的情况，熔炉(10)发生颠倒，其中再生器(200)转换至重整循环用于热量回收，并且再生器(100)转换至烟道循环用于热量积聚。在颠倒之前，再生器(100)中剩余的合成气将被吹扫到熔炉(10)中。在这种情况下，首先通过关闭阀(120)终止向再生器供应重整燃料，同时让来自鼓风机(300)的rfg继续流动。在吹扫期间，可增加rfg流量以缩短吹扫完成所需的时间。再生器(100)中剩余的合成气被rfg吹扫规定的时间量，使得再生器中几乎全部的合成气被排入到熔炉中并完全燃烧。

颠倒之后，来自熔炉的烟气穿过再生器(100)，然后烟气的一部分通到排气口(如本文所定义)而一部分或剩余部分与燃料混合，并且该混合物穿过再生器(200)并进入熔炉。如本文所述，烟气现在可导致在再生器(100)的通道内形成沉积物。打开曾关闭的阀(110)，关闭阀(210)，然后关闭阀(360)并且打开阀(380)，以允许加热的烟气从再生器(100)朝鼓风机(300)传送并穿过鼓风机，并且允许该烟气的一部分(303)在与重整燃料(230)混合后通入再生器(200)中，该重整燃料通过曾关闭但现打开的阀(220)进入。并且由于在此阶段不发生由通过阀(115)的氧化剂辅助的燃烧，关闭曾打开的阀(115)，并且打开阀(225)。所得的重整燃料与回收烟气的混合物在再生器(200)中发生如本文所述在先前循环的再生器(100)中发生的吸热反应，以产生合成气(425)，该合成气通入熔炉(10)中，在该熔炉中其与通过阀(225)馈送的氧化剂(235)一起燃烧。这种重整燃料和再循环烟气的混合物也用作气态还原流，以导致沉积物从再生器(200)内的表面移除。

在热回收过程期间，加热炉(10)可与其他燃烧器诸如(60)和(65)共烧，使得合成气火焰(40)和燃烧器火焰(62)和(64)并存。此外，当重整再生器(100)或(200)(视情况而定)正经历上述吹扫序列时，燃烧器(60)和(65)在颠倒期间可进行或可不进行烧制。为了实现最大热回收，优选的是，燃烧器(60)和(65)不与合成气火焰(40)共烧。还优选的是，在吹扫序列期间，燃烧器(60)和(65)不进行烧制。

在本发明的实践中，重整气体流(425)可用于构成还原气流，所述还原气体流通入包含沉积物附接于其上的内表面的任何其他通道中。另选地，通过将燃料和再循环烟气混合而形成的管道(128)中的流可用于构成还原气体流，所述还原气体流通入包含沉积物附接于其上的内表面的任何其他通道中。

本发明提供了多个优点。例如，本发明在再生器清洁过程中不导致玻璃熔化能的损失，也不引起在清洁过程中通向下游设备的较高烟气温度的任何问题。实际上，本发明可无缝整合进如本文所述的再生热回收系统中。此外，本发明还允许再生器变得更小，但具有与不具有本发明的有益效果的较大再生器相等的热回收效率。更小的再生器构造通过减小方格的气体通道的尺寸并使方格的壁厚保持相同或更薄来实现。当方格的气体通道的尺寸和/或方格壁厚减小时，方格的总体尺寸变得更小。因此，较小的再生器可按重量计填充相同量的方格材料以在燃料循环期间存储与较大方格的相同量的热。每单位体积再生器的方格的内表面积随方格的气体通道的尺寸减小而增加，这使热传递的较短循环时间减慢。在较短循环时间的情况下，降低所需的每循环的储存热量，这降低了所需的方格重量。以这种方式，可通过使用较短的循环时间、较小的通道和较薄的方格壁厚来减小方格的尺寸和重量。然而，具有较小气体通道的方格也易于被硫酸盐沉积物堵塞，因此，具有100mm至150mm的方格通道尺寸的大型再生器已用于玻璃熔炉应用超过100年。本发明允许周期性清洁较小的方格以避免被沉积物堵塞，并且使得玻璃熔炉和其他熔炉应用能够具有相当大尺寸和资本成本降低。

例如，典型的十字形或烟囱块方格的气体通道具有大约150mm的特征长度和30mm或40mm的壁厚。在本发明的情况下，气体通道的特征长度可减小至约75mm，并且更优选地减小至等于或小于50mm。如果原始方格的气体通道为150mm方形并且壁厚为30mm，则方格的横截面尺寸为210mmx210mm。如果方格的气体通道减小至45mm方形，则较小方格的横截面尺寸为105mmx105mm。假设两个方格的高度相同，则原始较大方格中的方格材料的体积分数为0.49，较小方格的体积分数为0.82。因此，对于相同重量的方格材料，再生器中的方格组的外部尺寸可减小(0.82/0.49)^1/3＝1.19倍。在此应当注意，较小的方格气体通道也增加穿过方格的气体的压降，因此对于使用本发明实质的总体较小的再生器而言，细节设计计算是必要的。

另一方面，如果再生器的尺寸保持相同并且使用较小的方格，则再生器的热回收效率由于再生器中较高的方格重量和表面积而增加。较小但相等容量的再生器可节省建造再生器的资本成本，并且还可减少再生器吹扫时间，从而可回收更多的能量。

本发明在下列实施例中进行说明。

实施例1

参见图1、图2和图3，将具有与图1所述相似的工艺部件的热化学热回收系统(tcr)安装在富氧焙烧的、标称50公吨/天(tpd)端口的玻璃熔炉中。在tcr热回收过程期间，重整气体(425)每20分钟周期性穿过再生器(100,200)。重整气体流包括co、h2、co2、h2o、烟灰、ch4，以及其他未燃烧或碎裂的烃物质，因此是还原的。重整气体在重整(100)时在大约1100c至1150c下离开再生器的顶部空间(430)。在该系统的实验运行期间的两个点处，停止操作并且目视检查再生器的内部。检查显示，大量的散粉状硫酸盐固体处于再生器的底部处，并且没有沉积物粘附到再生器的内表面，所述内表面已暴露于气体通过它们的通道。

不受任何理论的束缚或限制，这些观察结果与以下机制一致：其中通过与还原气体流中的还原物质中的一种或任何组合(诸如co、h2、未燃烧的燃料、燃料碎片和烟灰)的化学反应移除加热循环中在表面上形成的硫酸盐沉积物。例如，硫酸钠(na2so4)沉积物可与重整气体流反应以在预热的再生器中形成包括naoh蒸气、so2、h2和co2气体的反应产物。尽管基本反应机制尚不清楚，但重整气体流和硫酸盐沉积物之间的一些可能的反应可整体书写为，例如：co+na2so4+h2o→co2+so2+2naoh；以及c+na2so4+2h2o→co2+so2+2naoh+h2。

实施例2

该实施例示出了本发明用于图4和图5所示的五口横焰玻璃熔炉中。

横焰玻璃熔炉(15)在每一侧上具有五个焙烧端口和用于供应批料/碎玻璃(30)材料以供玻璃熔融的装料器(20)。玻璃熔体(90)朝向前膛部分流动。发现右侧(50)的第一再生器中的方格(56)被硫酸盐沉积物部分堵塞至保证维持清洁的程度。在这种情况下，右侧的其他四个再生器(60,70,80,90)可通过保持阀(61,71,81,91)打开来继续正常操作，以用于将由管道(40)供应的燃烧空气或其他气态氧化剂预热。燃烧空气或其他氧化剂在前述循环中通过储存在再生器中的热量预热，其中热燃烧产物从熔炉通过那些再生器。从下端口燃料喷射器(64,74,84,94)馈送的燃料与端口颈部出口(62,72,82,92)附近的预热燃烧空气(或其他气态氧化剂)混合并在熔炉中形成火焰(65,75,85,95)用于玻璃熔融。热燃烧气体(57,67,77,87,97)排入并穿过加热方格的左侧(59,69,79,89,99)上的再生器，并且然后将所得的冷却烟气收集在共同的导管(42)中。大部分熔炉烟气流过导管(45)以用于另外的下游处理，然后排放到大气中。

对右侧(50)上的第一再生器的空气供应通过关闭再生器底部处的阀(51)而断开。在阀(43)打开的情况下，熔炉烟气中的一些通过鼓风机(46)再循环通过导管(44)。该再循环烟气(rfg)与由导管(100)和打开的阀(105)供应的燃料(102)混合。用于再生器清洁的这种燃料可以是或可以不是在其他四个再生器(60,70,80,90)处燃烧和/或用于在操作的其他点处从那些再生器中移除沉积物的相同类型的燃料。令人满意的燃料包括任何可燃的气体、气体混合物或汽化液体燃料，其包括但不限于天然气、丙烷和lpg(液化石油气)。在下面的描述中，出于说明的目的，天然气(ng)被描述为燃料(102)。虽然rfg与ng的任何体积比均可有效地用于本发明的方法中，但rfg与fg的优选比率(按体积计)为0.1至1.0。

混合燃料和rfg流通过导管(106)和打开的阀(48)进入再生器(50)的底部，并且然后向上行进通过预热的再生器(50)，并且其温度持续增加。通过燃料(102)和rfg之间的化学反应，在再生器内部形成包括h2、co、烟灰、未反应的燃料和燃料碎片的还原物质。这些还原物质还通过与硫酸盐沉积物反应并将其转化为气体物质，原位分解在方格(56)的表面和再生器(50)的耐火壁上的硫酸盐沉积物。

还包含汽化硫酸盐沉积物的物质的还原气体流(58)从端口颈部(52)引入熔炉中，然后在阀门(115)打开的情况下，通过由导管(135)供应的氧化剂燃烧。该氧化剂可以是空气，或者其可以具有高于空气的氧气含量，即至少21体积％，并且优选地等于或高于80体积％，更优选地等于或高于90体积％，或甚至至少99体积％。形成火焰(55)以释放还原气体流的热含量用于玻璃熔融。

在熔炉颠倒(下文图中未示出)之后，熔炉将从左再生器(59,69,69,89,99)焙烧。阀(43,48,105)关闭以断开rfg和燃料(102)的供应；并且阀(51)打开以通过再生器(50)排出热烟气以便将其预热，以通过再生器(50)中硫酸盐沉积物的反应性汽化来用于再生器清洁的下一个循环。

图5示出了一个实施方案，其中(59)代替地表示被称为批料/碎玻璃预热器的热回收装置，其中通过与离开熔炉(15)的燃烧气体的热的间接热交换在单元(59)中预热进入的玻璃制备材料(30)。

虽然该实施例示出了首先清洁右侧上的堵塞的再生器的本质，但是本领域技术人员将注意到通过安装具有与阀(43和48)的那些功能类似的功能的附加顺序阀，还可以依次清洁或与再生器(50)平行地清洁除再生器(50)之外的任何堵塞的再生器。该再生器清洁方法可整合进熔炉的整体维护计划中，例如，可每6个月可一次清洁10个再生器中的一个，使得再生器均不由于硫酸盐沉积物造成的堵塞而损害熔炉操作。优选的清洁方法是通过在所有再生器室中安装顺序阀并且每天或甚至每小时进行短时间的清洁以防止再生器通道的堵塞来使上述清洁步骤自动化。