專利名稱：具有成對燃燒器分段燃燒系統的熱解加熱爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及熱解加熱爐特別是一種改良后的燃燒器裝置，其用于控制工藝盤管中不同段的熱流量。
背景技術：
一個典型的熱解加熱爐包括一個或多個燃燒室，燃燒室由輻射加熱段和一個或多個包括物料預熱器的上部對流段構成。輻射加熱段包括多個懸于燃燒室兩輻射壁之間中心面的輻射工藝盤管。每排盤管的通道大部分鍛造為朝著出口端直徑逐漸變大的管子。通常盤管在入口端具有一定數量平行的較小的管子，在出口端具有少數較大的管子。
垂直燃燒器置于燃燒室的爐膛或底板上，這些燃燒器作為許多類型的熱解加熱爐內的熱源使用。在乙烯裂解加熱器中，同樣的爐膛燃燒器沿著每個燃燒室的兩個長壁間隔排放在爐膛中，從而燃燒器為工藝盤管內部原料的熱解提供了必要的高強度釋放熱量。用于特殊情況的特殊燃燒器必須提供可接受性能范圍內高度的函數的熱量釋放速度。這就確保了工藝盤管從頂部到底部接受足夠的熱流量，并且沒有產生熱點，其中該熱點促使工藝盤管內部沉淀物的形成且減少加熱器的生產效率。在乙烯工廠中的典型熱解加熱爐中，其中按順序放置有八到十個用于輕原料的爐膛燃燒器，或者十八到二十個用于重原料的爐膛燃燒器，這些爐膛燃燒器沿著燃燒室側面上的每排耐火壁放置，同時燃燒室中工藝盤管懸于兩壁間的中心處。所有燃燒器具有相同的設計并以差不多同樣的速度沿著壁向上燃燒。這使得工藝盤管的入口通道和出口通道以同樣的流量或熱量釋放速度被加熱。由于在工藝盤管中朝向盤管的出口端的氣體較熱，這些出口端更容易受到內部焦炭沉積物的影響。當盤管的入口端和出口端以同樣的速度被加熱時，焦化就更有可能了。更進一步的講，在出口通道上具有較熱加工溫度和相同流量的情況下，出口通道管子的金屬溫度通常最高。在典型的輻射盤管中，操作受最高金屬溫度的限制，因為這些昂貴合金管以接近于粘滯流量極限工作。
發明內容
本發明的目的在于更有效對熱解加熱器的工藝盤管進行加熱，同時以增加較冷入口段的熱流量和減少較熱出口段的熱流量的方式進行加熱。目的是減少較熱出口段熱流量，從而減少煉焦形成的趨勢，同時保持著裂解所需總熱量的輸入。更具體地講，本發明包括對盤管入口形成組段以及出口形成組段，同時提供高輸出量和低輸出量的燃燒器。成對排放的燃燒器產生一個溫度場，該溫度場分成較熱區域和較冷區域，這兩個區恰當地與工藝盤管的特殊段相對準。再更具體說，本發明涉及對從燃燒器中出來的火焰進行引導，從而得到期望的溫度區。
圖1為一個典型熱解加熱爐的簡化垂直橫剖圖。
圖2為在具有爐膛燃燒器的熱解加熱爐燃燒室中的典型流量模式示意圖。
圖3為現有技術中熱解加熱爐燃燒室下部的水平剖面圖，圖中示出了爐膛燃燒器在爐膛中沿壁間隔排放。
圖4A為圖3中一個燃燒器的剖面圖，圖中示出了在剖面圖平面中的主和輔燃料噴嘴和燃燒方向。
圖4B為圖4A中燃燒器的正視圖，圖中示出了在平行于壁的平面內輔燃料噴嘴的燃燒方向。
圖5為類似于圖3中燃燒室下部的水平剖視圖，但是圖中所示的為本發明的燃燒器裝置。
圖6A為圖5中一個燃燒器的剖面圖，圖中示出了在剖面圖平面中的主和輔燃料噴嘴和燃燒方向。
圖6B為圖6A中燃燒器的正視圖，圖中示出了在平行于壁的平面內主和輔燃料噴嘴的燃燒方向。
圖7為從本發明燃燒器裝置中出來的火焰流量模式的示意圖。
圖8A為表示現有技術中采用分區燃燒器排放的熱解加熱爐的輻射強度分部的灰度色標示意圖。
圖8B為類似于圖7A的灰度色標圖，但是圖中示出了本發明的輻射強度。
圖9為一個圖表，示出了本發明的流量與現有技術的流量之比的比率。
具體實施例方式
在具體描述本發明優選實施例之前，先描述一下現有技術中的熱解加熱爐。圖1中為這樣一種現有技術中加熱爐的剖視圖。這種加熱爐具有一個輻射加熱區14和一個對流加熱區16。換熱面18和20置于對流加熱區16中，此時示出的換熱面用于預熱烴物料。這個區域還可以包括用于產生蒸汽的換熱面。從對流加熱區中出來的預熱物料沿著24所指進入到位于輻射加熱區14中的加熱盤管26中。從加熱盤管26裂解后的產物沿著30所指排出。
輻射加熱區14包括壁34和36以及底板或爐膛42。垂直燃燒的爐膛燃燒器46安裝在底板上。這些燃燒器46通常包括穿過所有垂直輸入的燃燒空氣的耐火瓦47和一系列引入到氣流的燃料噴嘴48。燃料噴嘴48置于耐火瓦47的外部，用于燃燒輔燃料，而附加燃料噴嘴置于耐火瓦內部，用于燃燒主燃料，這將在下文中進行描述。由于燃燒區中輔燃料慢速的擴散混合，這被稱為分段燃燒，這種混合使得火焰大概到達爐高度一半的時候就達到了最大溫度。除了爐膛燃燒器外，還可以包括壁燃燒器49。這些輻射形式的燃燒器產生平焰模式，燃燒器穿過壁排放從而避免了火焰對盤管管束的影響。
圖2示出了裂解加熱器內部的流量模式，顯示出爐膛燃燒器卷流在加熱器中產生一個雙重渦流。從燃燒器中出來的熱氣體沿壁上升，同時沿著中心處的較冷工藝盤管26的下降氣流到底部后分開，返回到燃燒器中。驅動力包括高速燃料噴射、混入燃燒器的氣流和浮力。因為所有的爐膛燃燒器同時工作且在沒有水平組件和相互作用的情況下垂直燃燒，所以這個雙渦流模式容易形成且有效率。這就造成了個別燃燒器卷流與從盤管中出來的再流通氣體快速混合，使主要系統對于個別燃燒器的輸出量的變化顯得稍微遲鈍了些。
圖3為燃燒室一半的下部的水平剖面圖，圖中示出了現有技術中分區燃燒的燃燒器的布置，燃燒器中包括一些普通熱量輸出燃燒器和另一些高熱量輸出燃燒器。在此一半的燃燒室剖面圖中示出了三排分隔的盤管50、52和54，其具有小入口管56，大出口管58和介于入口管和出口管之間的具有中間尺寸的管60。在此布置中，為了試圖使入口管56獲得的熱量多于出口管58獲得的熱量，與出口管58相鄰的爐膛燃燒器62具有普通燃燒速度的普通熱量釋放燃燒器，同時與入口管56相鄰的燃燒器64具有較高燃燒速度的高熱量釋放燃燒器。
圖4A為圖3中的燃燒器62或64之一的剖視圖，而圖4B為圖4A中右側燃燒器的正視圖。燃燒器包括陶瓷耐火瓦47、置于耐火瓦47外部的輔燃料噴嘴48和置于耐火瓦內部的主燃料噴嘴66。燃料噴嘴包括與帶有燃燒噴嘴的燃料供給管連接的空心球體，燃燒噴嘴帶有小孔，該孔通過鉆削或其他方式以適當角度穿過球壁而形成。如圖4A和4B所示，引出的主燃料噴嘴66沿著箭頭67所示垂直燃燒。輔燃燒噴嘴48在如圖4B的平面中沿箭頭49所示垂直引出，而在如圖4A的平面中噴嘴沿箭頭49所示為具有一個朝向壁34的元件，這個元件迫使火焰進入壁中。朝向壁的傾斜度優選地與垂直線成12度到16度。高熱量釋放燃燒器排布多于低熱量釋放燃燒器，使得從某一高度向上的差別很小。
為了增加圖3中所示分區燃燒的溫度控制效率，本發明使相鄰的高熱量釋放燃燒器成對排放。普通熱量釋放燃燒器62沒有變化。圖5中示出了分區燃燒系統中成對燃燒器的排布情況。燃燒室包括和圖3中具有相同裝置的盤管50、52及54和管56、58及60。它還包括相同類型的普通熱量釋放燃燒器62，這些燃燒器靠近具有出口管58的盤管部分并與其成一線排列。為了利于普通熱量釋放燃燒器的位置擺放，一排例如盤管50的盤管出口與其相鄰的一排例如盤管52的盤管出口相靠近放置。
在本發明中，高熱量釋放燃燒器68不同于圖3中的高熱量釋放燃燒器64。目的是形成一個溫度場，該溫度場分成熱區和冷區，而熱區和冷區與工藝盤管特殊段對齊。通過為這些成對燃燒器的噴嘴提供側向元件，使得該成對燃燒器之間的火焰混合，并且引導火焰沿壁向上。這個側向元件優選地與垂直線成16度到30度的角。自一對這種燃燒器出來的冷氣流朝燃燒器62向外側向流動，且對準出口管58。從圖5以及圖6B更清楚地看到，如箭頭73所示，每個高熱量釋放燃燒器68中的輔燃料噴嘴72傾斜于相鄰的高熱量釋放燃燒器68的垂直方向。這里把側向元件引入到來自高熱量釋放燃燒器中的火焰，此側向元件使火焰合并。主燃料噴嘴70優選的仍然保持著如箭頭71所示的垂直燃燒。圖7示出了從燃燒器噴出的火焰的流量模式。
在這種燃燒模式中，較冷氣流圍繞盤管卷動且下落到底板的趨勢快于成對的高熱量釋放燃燒器形成卷流的趨勢。通過相鄰高熱量釋放燃燒器的分段燃燒噴嘴72的結合形成了較熱卷流，該較熱卷流為盤管的第一入口通道提供增加的熱流量。在卷動下落之前在燃燒室中的熱卷流到達較高點。在較長的一段時間內相對于盤管的入口通道供給更多的高溫氣體，對于出口通道減少高溫氣體。這在圖8A和8B中示出，其中這兩幅圖對圖8A中傳統的區域燃燒與圖8B中成對燃燒器的區域燃燒的輻射強度進行了比較。為了清楚表示，這兩幅圖中僅僅示出了入口管56。從圖8B所示的本發明和圖8A中所示的現有技術的進行比較可以看出，入口管區域內的輻射程度有所增加，出口管區域內的輻射程度有所下降。同時，較冷的卷流朝著中心處流出，并流入靠近盤管出口通道的盤管下游區域。對于在不同程度穿過部件的溫度分布的相似比較可以看出，現有技術中的溫度分布具有明顯的一致性，而本發明盤管入口區域的溫度明顯高于盤管出口區域的溫度。圖9為一個流量比率圖表，其示出了用于成對燃燒器裝置的流量與用于六盤管單元一半中的三盤管的不同管子的普通區域燃燒裝置的流量之比。可以看出包括入口管1到9、21到28和29到36的第一通道具有超過3％更多的熱流量。更為重要的是，包括10到19和37到42的后部通道熱流量有所減少(不及2-3％)，且后部通道具有較低的最高金屬溫度。
實際中，由于減少了盤管出口中流量，可允許乙烯加熱器的設計者增加在成對區域燃燒盤管的總平均流量，從而減少了盤管出口結垢并減少了盤管出口的最高金屬溫度。通過允許在最大金屬溫度處增加流量，使得轉換量或生產量或是二者都能夠得到提高。因而當以同樣最大金屬溫度操作時，本發明在生產能力或熱量輸入的總預定增加值為相對流量差額的總和或超過5％。
權利要求
1.一種用于將烴轉化為烯烴的熱解加熱爐包括a、一個輻射加熱區；b、在所述輻射加熱區內具有多個加熱盤管，每個加熱盤管具有成一線排列的入口通道和出口通道，每個盤管的入口通道與相鄰盤管的入口通道相對應，每個盤管的出口通道與相鄰盤管的出口通道相靠近；以及c、多個爐膛燃燒器，它們沿著與所述盤管線平行并隔開的直線彼此分開放置，所述爐膛燃燒器包括具有第一燃燒速度的燃燒器和具有第二較高燃燒速度的燃燒器，所述具有第一燃燒速度的燃燒器對準盤管的出口通道，具有第二較高燃燒速度的燃燒器對準盤管的入口通道，所述具有第二較高燃燒速度的燃燒器相鄰成對間隔排放，每個燃燒器包括向上引出的燃料噴嘴和嘲向相鄰的成對燃燒器成角度傾斜的燃料噴嘴。
2.如權利要求1中所述的熱解加熱器，其中具有所述第一和第二燃燒速度的燃燒器與加熱器壁相靠近的布置，其中每個燃燒器包括主和輔燃料噴嘴，其中所述的輔燃料噴嘴以一個角度朝向壁傾斜。
3.一種用于將烴轉化為烯烴的熱解加熱爐包括a、一個輻射加熱區；b、在所述輻射加熱區內具有多個加熱盤管，每個加熱盤管具有在輻射加熱區中成一線排列的入口通道和出口通道，至少一些盤管的入口通道與相鄰盤管的入口通道相靠近，至少一些所述盤管的出口通道與相鄰盤管的出口通道相靠近；以及c、多個爐膛燃燒器，它們沿著與所述盤管線平行并隔開的直線彼此分開，所述爐膛燃燒器包括與盤管出口通道對準的第一爐膛燃燒器和與盤管入口通道對準的第二爐膛燃燒器，所述每個第一爐膛燃燒器包括向上引出的燃料噴嘴，所述第二爐膛燃燒器相鄰成對間隔布置，每個第二爐膛燃燒器包括向上引出的燃料噴嘴和朝向相鄰成對的第二爐膛燃燒器成一個角度傾斜的燃料噴嘴。
4.如權利要求3中所述的熱解加熱爐，其中所述第一爐膛燃燒器的燃燒速度低于第二爐膛燃燒器的燃燒速度。
5.如權利要求3中的熱解加熱爐，其中所述的第一和第二爐膛燃燒器與加熱器壁靠近布置，其中每個燃燒器包括主和輔燃料噴嘴，同時所述輔燃料噴嘴朝向所述的壁成一個角度傾斜。
全文摘要
一個熱解加熱爐，具有成組在一起的工藝盤管入口段以及同樣成組在一起的工藝盤管出口段。高熱量釋放爐膛燃燒器置于盤管入口段附近，而較低熱量釋放燃燒器置于出口段附近。燃燒器的輔燃料噴嘴朝向相鄰的加熱器壁傾斜。靠近盤管入口的高熱量釋放爐膛燃燒器成對間隔布置，每對燃燒器中的輔燃燒器噴嘴朝向其它對燃燒器傾斜。
文檔編號C10G9/00GK1514869SQ02811777
公開日2004年7月21日 申請日期2002年6月12日 優先權日2001年6月13日
發明者P·J·查普曼, E·M·J·普拉特沃特, R·J·加特賽德, J 普拉特沃特, P J 查普曼, 加特賽德 申請人:Abb拉默斯環球有限公司