专利名称：合成炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种合成炉(Syntheseofen)，具有一个由一环绕的炉壁围成的炉室，在此炉室中设置多个基本上布置在一个平面中的、具有向下定向的燃烧器出口方向的燃烧器以及多个基本上沿垂直方向并且彼此平行地布置的反应管，其中，反应管从外面由燃烧着的燃烧器加热。
这种合成炉，例如用于产生氨、甲醇或氢，这是众所周知的，并且，这种合成炉为了满足大型生产设备的应用，通常设计成一种顶盖燃烧式的箱形炉，配装有直立式的反应管/裂解管。这些裂解管是成行列地布置的，并被作业气体从上向下流过。这种作业气体在此要经受一种所谓的裂解过程。作业气体在下面在合成炉内或合成炉外被收集在出口收集器中。在处于管列之间的气体中，管子通过设置在上方的炉子中的竖直向下燃烧着的燃烧器进行加热，其中，由燃烧器产生的废气由上朝下流过炉子，并被设置在炉子底上的废气烟道抽走(例如公开在“AmmoniaPrinciples and Industrial Practice”/MaxAppl-Wienheim；New York，Chichester；Brisbane；Singapore；Toronto；Wiley-VCH，1999，ISBN 3-527-29593-3，80-89页)。
在这种合成炉中，特别是在配有多个管列的合成炉中，可观察到一种很不均匀的、特别在靠外的管列中主要由复回流造成的流动。这种复回流导致在靠外的管列中的废气温度和作业气体温度比在居中的管列中的低。在靠外的管列中的这种低的温度对裂解过程产生不利的影响。此外，在靠外的燃烧器列上还会发生火焰偏斜，这一点会有损于整个热传导并提高材料载荷。
为了克服上述已知的问题， 已提出了各种不同的解决方案(Fluegas Flow Patterns in Top-fired Steam Reforming Furnaces，P.W.Farnell & W.J.Cotton，Synetix，Billingham，England，44th AnnualSafety in Ammonia Plants and Related Facilities Symposium，Seattle，Washington，Paper No.3e，September 27-30，1999)。因此提出一是以较高的空气出口速度操作靠外的燃烧器，再就是针对性地按不同的量将作业气体分配给反应管。但这两种解决方案都没有取得令人满意的结果。此外还提出下述建议加大燃烧器离炉壁的距离。而这一解决方案也没有消除前面所述及的问题。
因此，本发明的目的是从设计结构上和控制技术上尽可能简单地改善热量分配和整个热传导。
上述目的在文首述及的那样一种合成炉上，依本发明是通过下述措施得以实现的至少是靠外的、设置在炉壁范围中的燃烧器具有这样一个燃烧器出口方向，该燃烧器出口方向从炉子中心引开、相对于垂直线倾斜。
业已证明通过这种与前述已知的解决方案完全不同的解决方案，可以从设计结构和控制技术上简单地明显减小靠外的燃烧器列朝向炉子中心的火焰偏斜。沿着反应管产生一种基本上较均匀的废气流出；热传导得到改善；明显地减小了按现有技术的合成炉上那种由于“热点(hot spots)”而增高的反应管的材料载荷，从而可大大延长反应管的使用寿命。
为了获得特别良好的热量分配或废气流动，优选规定各个燃烧器的燃烧器出口方向的倾斜度是不相同的。这一点意味着燃烧器根据相邻的燃烧器火焰对其本身火焰的吸入效应而按相应倾斜度加以布置(对抗相邻的燃烧器的吸入效应)。
其中，特别有利地作如下规定各燃烧器的燃烧器出口方向的倾斜度从炉子中心出发朝外向着炉壁逐渐增大。当设置在中心区的燃烧器例如没有倾斜度时，燃烧器列的倾斜度朝外逐渐增大直到一个最大值。
已经证明特别有利的是从炉子中心出发，倾角在0至10°之间，最好在0至5°之间。
为了实现燃烧器的倾斜度，可以在设计结构上优选规定将燃烧器都以倾斜的燃烧器出口方向总体地加以倾斜地安装和/或将其燃烧器口倾斜地布置。
下述规定是特别有利的燃烧器出口方向的倾斜度是可调的，也就是说，在合成炉的运转过程中，为了适配于相应的条件可以改变这一倾斜度。
对此，作下述规定是特别可取的为了调节倾斜度，设置一个鉴于合成炉的工作参数的控制装置。
下面将参照附图根据实施例对本发明作详细说明。附图表示
图1合成炉的原理图，图2a按现有技术的合成炉中的温度分配情况，图2b本发明提出的合成炉中的温度分配情况，图3a按现有技术的合成炉中的流动线路，图3b本发明提出的合成炉中的流动线路，图4曲线图，图中示出按现有技术的一种合成炉的最靠外的一个管列在管子长度上的热流密度；和本发明提出的一种合成炉的相应的热流密度。
图1中示出的合成炉总体上用1表示。该合成炉是设计为呈箱形的或矩形的，它具有一个由一环绕的炉壁2所围成的炉室3。
在上述的炉室3内，设置了多个基本上沿垂直方向并且彼此平行地布置的反应管4，通过这些反应管由上方导入作业气体，这一情况未在图中详细示出。这种作业气体由上向下地通过反应管4流动，并在炉子的下区或在炉子外面被收集到在图中未示出的出口收集器中。
在反应管4之间的区域中，或者说由这些反应管所形成的管列之间的区域中，在炉室3的上区基本上在一个平面中设置多个燃烧器5。这些燃烧器5各自具有一种朝下的燃烧器出口方向，在图1中，对于每个燃烧器5以点划线示出一个沿垂直方向的燃烧器轴线6。
重要的是至少是靠外的、设置在炉壁2区域中的燃烧器5具有这样一种燃烧器出口方向R，该方向从合成炉1的中心引开、相对于垂直线倾斜。这个倾角在图1中以α表示，并相对于所属的沿垂直方向的燃烧器轴线6加以确定。不言而喻，与按图1所示二维图有所不同，该倾斜也可以或者附带地根据燃烧器的布置情况，相对于炉室3的中心，在横向于所示绘图平面延伸的平面中延伸。其中，炉室3的中心就处在接受居中的反应管4m的平面中。
下述做法是特别适宜的不仅是靠外的燃烧器5的燃烧器出口方向R进行倾斜，而且居中的和靠里的燃烧器也做到这样，其中，采取如下设置倾斜度从靠里的燃烧器开始至炉壁2逐渐增大，可以明显看出的是，靠里的燃烧器的倾角γ小于居中的燃烧器的倾角β，而后者又小于靠外的燃烧器的倾角α。
靠外的燃烧器的倾角α大约最大在10°，最好在5°，倾角β和γ则可选择适当较小的。
燃烧器5的倾斜可以按不同方式予以实现，其中，可以一方面规定将燃烧器全部倾斜地加以安装，或者只将它们的燃烧器口或燃烧器喷头倾斜地加以安装。
特别有利的做法是燃烧器5的倾斜度是设计得可调节的，特别在运行过程中也是可调节的，在此情况下可以配备一个在图中未示出的控制装置以用于合成炉1，该控制装置在考虑合成炉1的工作参数的条件下对倾斜度进行调节。
通过燃烧器5的上述设计，明显地减小了靠外的燃烧器列的向中心的火焰偏斜；实现了废气沿反应管的均匀或比较均匀的流出；改善了热传导；以及大大降低了由“热点”而增高的材料载荷。
与现有技术相对比，上述各项优点可以明显地从图2a、2b及图3a、3b中看出。
图2a表示在传统的合成炉上没有燃烧器倾斜度，温度分布很不均匀。与之相对，在图2b中可以看出本发明的设计，依此，靠外的燃烧器或者是说它们的燃烧器出口方向按5°加以倾斜，显示出相当均匀的温度分布。
关于流动情况也类似，见图3a和3b中所示。图3a表示在传统的合成炉上没有燃烧器倾斜度时存在的流动情况；图3b中，靠外的燃烧器具有燃烧器倾斜度，更确切地说是5°。根据本发明的设计，显著地缩小了所不希望的死区(空白面积)。
图4中绘出最靠外的管列的热流密度与管子长度的关系，具体地说，虚线表示按现有技术的一种合成炉，实线表示本发明提出的一种合成炉，其配有按5°倾斜的靠外的燃烧器。可以看出，在本发明提出的合成炉中，管子长度上的热流密度分布要均匀得多。
权利要求
1.合成炉，具有一个由一环绕的炉壁围成的炉室，在炉室中设置多个基本上布置在一个平面中的、具有向下定向的燃烧器出口方向的燃烧器以及多个基本上沿垂直方向并且彼此平行地布置的反应管，其中，反应管从外面由燃烧着的燃烧器加热，其特征在于至少是靠外的、布置在炉壁(2)区域中的燃烧器(5)具有这样一种燃烧器出口方向(R)，该燃烧器出口方向从炉子中心引开、相对于垂直线倾斜。
2.按权利要求1所述的合成炉，其特征在于各个燃烧器(5)的燃烧器出口方向(R)的倾斜度是不同的。
3.按权利要求2所述的合成炉，其特征在于燃烧器(5)的燃烧器出口方向(R)的倾斜度从炉子中心出发向外朝炉壁(2)逐渐增大。
4.按权利要求1或其后任一项权利要求所述的合成炉，其特征在于从炉子中心出发，倾角在0至10°之间，最好在0至5°之间。
5.按权利要求1或其后任一项权利要求所述的合成炉，其特征在于具有倾斜的燃烧器出口方向(R)的燃烧器(5)都倾斜地安装和/或它们的燃烧器口倾斜地布置。
6.按权利要求5所述的合成炉，其特征在于燃烧器出口方向(R)的倾斜度是可调的。
7.按权利要求6所述的合成炉，其特征在于为了调节倾斜度，设置一个鉴于合成炉的工作参数的控制装置。
全文摘要
本发明涉及一种合成炉，它具有一个由一环绕的炉壁所围成的炉室，在炉室中设置多个基本上布置在一个平面中的、具有向下定向的燃烧器出口方向的燃烧器以及多个基本上沿垂直方向并且彼此平行地布置的反应管，其中，反应管从外面由燃烧着的燃烧器加热，本发明欲从设计结构和控制技术上尽可能简单地改善热量分配和整个热传导。这一目的是通过下述措施达到的至少是靠外的、布置在炉壁(2)区域中的燃烧器(5)具有这样一种燃烧器出口方向(R)，该燃烧器出口方向从炉子中心引开、相对于垂直线倾斜。
文档编号C01C1/04GK1890020SQ200480035820
公开日2007年1月3日 申请日期2004年10月13日 优先权日2003年12月4日
发明者E·格瓦尔 申请人:犹德有限公司