分体式焙烧加热器的制作方法

分体式焙烧加热器


背景技术：

1.焙烧加热器燃烧烃燃料，以在通向工艺装置的过程中与工艺流体间接交换热量。在烃处理技术中，操作员希望下调加热器负荷以满足工艺装置的需求。各种操作情况下的下调可低至加热器设计负荷的25％。
2.由于环境法规倾向于减少向环境的允许排放，因此对焙烧加热器配备低nox燃烧器的需求日益增长。为了使低nox燃烧器稳定操作，确保火焰稳定性，并且最大程度地减少co排放，需要保持最小火墙温度(bwt)，最小火墙温度是烟气离开加热器的辐射段并且过渡到加热器的对流段时的温度。此外，在高下调条件下也可能需要用过量空气进行操作以保持稳定的燃烧器操作，这会对加热器的燃料效率产生负面影响。bwt随着加热器下调的增加而减小。因此，焙烧加热器可实现的下调负荷是有限的，并且通常必须开发一种折衷的热集成方案以利用所产生的过量的加热器负荷。
3.迫切需要一种可下调到更大程度并且满足这些其他考虑的焙烧加热器。


技术实现要素：

4.发现了一种焙烧加热器，该焙烧加热器具有绝缘壁，该绝缘壁将第一单元与第二单元分开。第一多个燃烧器位于第一单元中，并且第二多个燃烧器位于第二单元中。从第一单元延伸到第二单元的辐射管承载流体材料穿过加热器以加热流体材料。可充分下调第一单元或第二单元中的燃烧器以适应较低的加热器负荷需求。由于对过量空气水平的适当控制，此类焙烧加热器布置有助于将辐射燃料效率提高2％至4％，从而显著降低燃料消耗和温室气体排放。
附图说明
5.图1为本发明的焙烧加热器的等轴视图。
6.图2为另选的焙烧加热器的局部正视图。
7.图3为另一个另选的焙烧加热器的局部剖视图。
具体实施方式
8.通过图1中的图示出新的焙烧加热器20。图1为焙烧加热器20的一个实施方案的等轴图，并且指示了主要特征，而不限于所示出的精确几何形状。焙烧加热器20包括：炉舱或火箱108，该炉舱或火箱具有多个竖直外壁118和底板112，该多个竖直外壁和底板限定辐射段122、对流段124和烟囱130。火箱108中的辐射段122具有通过辐射进行的热传递的主要模式。竖直外壁118可邻接顶板126。顶板可以是倾斜的以在辐射段122和对流段124之间限定任选的过渡段128。顶板126可以是水平的和/或不提供过渡段。炉舱108的外壁118限定辐射段122，并且辐射段上方的顶板126可从外壁向内延伸。
9.可提供过渡段128，其中火箱108的横截面积首先开始沿着其高度或宽度从辐射段122的横截面积逐渐减小。辐射段122与对流段124之间的边界，或者过渡段128(如果有的
话)是火箱108的横截面积首先开始沿着其高度或宽度从辐射段的横截面积减小的地方(诸如在这种情况下，在过渡段128处)。对流段124包括的最大水平横截面积小于辐射段的最大水平横截面积。火箱108中的对流段124具有通过对流实现的热传递的主要模式。
10.辐射段122包含辐射管132，并且对流段124包含对流管134。辐射管132承载流体材料穿过加热器的辐射段122，以通过间接热交换，主要通过辐射热传递来加热辐射管中的流体材料。对流管134承载流体材料穿过加热器的对流段124，以通过间接热交换，主要通过对流热传递来加热对流管中的流体材料。辐射段122可包含多个辐射管132，并且对流段124可包含多个对流管134。对流管134可具有平滑的外表面，或者对流管134可具有焊接到外表面的钉头或翅片。辐射管132优选地为蛇形，但其也可为直的。对流管134优选地为直的，但其也可为蛇形。
11.辐射管132可为蛇形，在弯曲段72之间包括长直区段70。在图1中，辐射管132在第一单元24中具有四对直段或通路75，并且在第二单元26中具有五对直段或通路75。通路75的数量与由辐射管132吸收的加热器负荷的量有关。第一单元24的体积与第二单元26的体积的比可为1∶1至4∶1，诸如不超过3∶2或不超过3∶1。第一单元24中的通路与第二单元26中的通路的比可为1∶1至4∶1，诸如不超过3∶2或不超过3∶1。类似地，由第一单元中的辐射管吸收的热负荷的量与由第二单元中的辐射管吸收的热负荷的量的比可为1∶1至4∶1，诸如不超过3∶2或不超过3∶1。还可以设想的是，每个单元可具有不同直径的辐射管132，其中在每个单元中具有或不具有相同数量的通路75。不同直径的辐射管132将允许优化压降并且允许改变每个管133内部的质量速度以管理流体峰值膜温度，从而控制降解率和焦比。
12.在焙烧加热器20的底板112中设置有燃烧器104。每个燃烧器均配备有引燃器106。燃烧器104被设计用于燃料气体，但也可被设计用于燃烧液体燃料或燃料气体和液体燃料的组合。在一个实施方案中，燃料油可在一个单元中用作燃料；而燃料气体可在另一单元中用作燃料。在一个实施方案中，燃烧器104可位于底板中，但表面燃烧器可沿壁定位。每个燃烧器的引燃器106可始终保持点亮。
13.焙烧加热器20中的加热管承载流体材料(诸如原油或烃进料)穿过焙烧加热器20以进行加热。辐射管132沿辐射段122的相对壁118设置。多排或多行对流管134被设置为穿过对流段124中的壁119之间的开放空间。对流管134的最低行(例如，最低三行)为激波管135。这些激波管135吸收来自辐射段122的辐射热和来自流经对流段124的烟气的对流热两者。激波管135可设置在过渡段128中。在优选的实施方案中，对流管134将以三角形节距设置，但也可以正方形节距设置。多排对流管134可以是合适的。在一个实施方案中，可使用10至20行对流管134，但更多或更少行的对流管可以是合适的。对流段124的顶部处的多个烟气导管(未示出)可按路线行进至一个烟囱130。在一个优选实施方案中，在对流段124的顶部处存在一个至三个烟气导管，使烟气按路线行进至烟囱130。
14.燃烧器104可在辐射段122的底板112上排列成两行，但其他排列也可以是合适的。优选地，可在辐射段122中设置10至200个燃烧器104，但少至两个燃烧器也可以是合适的。
15.在火箱108中插置绝缘壁22，以将辐射段122中的第一单元24与第二单元26分开。该壁可为实心耐火材料，但优选地其包括由耐火材料制成的中空矩形棱柱外壳，该外壳可填充有空气。第一多个28燃烧器104可位于绝缘壁22的一侧上的第一单元24中，并且第二多个30燃烧器104可位于绝缘壁的另一侧上的第二单元26中。第一歧管36可与第一单元24中
的第一多个28燃烧器104连通并向其进给燃料，并且第二歧管38可与第二单元26中的第二多个30燃烧器连通并向其进给燃料。第一多个28燃烧器104可包括比第二多个30燃烧器104更多数量、相同数量或更少数量的燃烧器。
16.绝缘壁22可跨整个辐射段122水平和/或横向地延伸，但在辐射段中竖直延伸，而不达到辐射段、对流段124或过渡段128的顶部(如果存在的话)。绝缘壁22可竖直延伸，而不达到顶板126，使得在辐射段122的顶部和/或顶板126的最低部分与绝缘壁22的顶部之间提供竖直间隙34。绝缘壁应延伸辐射段122的高度的至少33％，适当地至少50％，并且优选地至少70％。绝缘壁可延伸辐射段122的高度的至少80％。绝缘壁可延伸辐射段122的高度的至少90％。绝缘壁可延伸辐射段122的高度的至少95％。
17.辐射管132横跨绝缘壁22。如图1所示，辐射管具有在绝缘壁22的顶部上方延伸的水平区段或迂回管131。还可以设想的是，辐射管132的水平区段131可穿透绝缘壁22中的开口。
18.在操作中，待加热以进入工艺装置的流体材料(诸如烃)可被进给穿过辐射管132，该辐射管在加热器20的第一单元24中跨绝缘壁22延伸或横跨绝缘壁并且在加热器20的第二单元26中延伸。可以设想的是，第一单元24或第二单元26可容纳辐射管133的入口端137，并且第二单元26或第一单元24容纳辐射管的出口端139。第一燃料管线40中的第一燃料流可通过第一歧管36进给到第一单元24中的第一多个28燃烧器104进行燃料以加热第一单元中的辐射管132中的流体材料。第二燃料管线42中的第二燃料流可通过第二歧管38进给到第二单元26中的第二多个30燃烧器104进行燃烧以加热第二单元中的辐射管132中的流体材料。
19.可独立于第二控制阀46来操作第一控制阀44以调节燃料通过其到第一歧管36的流动，并且可独立于第一控制阀44来操作第二控制阀46以调节燃料通过其到第二歧管38的流动。例如，可通过关闭第一控制阀44而不调整第二控制阀46来终止第一燃料管线40中的燃料通过第一控制阀44到第一单元24中的第一多个28燃烧器104的流动。此外，可通过关闭第二控制阀46而不调整第一控制阀44来终止第二燃料管线42中的燃料通过第二控制阀46到第二单元26中的第二多个30燃烧器104的流动。类似地，可通过打开第一控制阀而不调整第二控制阀46来启动第一燃料管线40中的燃料通过第一控制阀44到第一单元24中的第一多个28燃烧器104的流动。此外，可通过打开第二控制阀而不调整第一控制阀44来启动第二燃料管线42中的燃料通过第二控制阀46到第二单元26中的第二多个30燃烧器104的流动。
20.优选布置方式是两个控制阀44、46中的一个控制阀始终打开。在一方面，这两个控制阀44、46都打开或者仅一个关闭，但除非加热器本身完全关断，否则两者都不关闭。所有燃烧器104的引燃器106由不同的歧管进给燃料，并且通常始终点亮。在一个实施方案中，控制阀44、46可仅被设定为打开或关闭。
21.离开第二单元的流体材料的温度可通过温度监测设备50来测量，该温度监测设备可包括温度指示控制器，该温度指示控制器包括传感器，该传感器可包括位于离开加热器20(或许从第二单元26离开)的辐射管132上的热电偶。温度监测设备50可将包括所测量的温度值的信号传输到将其与设定值进行比较的计算机，或者与温度监测设备成一整体的温度指示控制器可将温度值与设定值进行比较。在其中控制阀44、46可仅被设定为打开或关闭的实施方案中，如果温度值低于设定值，则温度指示控制器或计算机向为燃料管线40和
42两者进料的燃烧器管线52上的主控制阀54发出信号，以使主控制阀打开更多，从而允许更多的燃料流到燃料管线40和42中的一者或两者。如果温度高于设定值，则温度指示控制器或计算机向燃烧器管线52上的主控制阀54发出信号，以使主控制阀关闭更多，从而允许更少的燃料流到燃料管线40和42中的一者或两者。在该实施方案中，由于控制阀44、46中的每个控制阀都打开或者仅一个打开，但两者均不关闭，因此可通过主控制阀54来控制对燃料到每个单元24、26的流速的控制。
22.还可以设想的是，单个歧管可为第一单元24和第二单元26两者中的所有燃烧器104进料，并且可利用专用燃烧器阀来下调或关闭到第一单元和第二单元中的一者或两者的燃料流动。
23.通过在两个单元之间插置绝缘壁来使第一单元24与第二单元26创新地分开，从而使得当需要较少的加热器负荷时，充分下调第一单元24和第二单元26中的一者。由于引燃器106始终点亮，因此当恢复或需要更高的负荷需求时，可迅速重新点亮下调的单元。绝缘壁22防止一个单元24、26中的辐射管132的区段从另一单元26、24中的燃烧器104接收辐射热。因此，操作员可以灵活地决定根据加热器的负荷需求来操作两个单元，或者响应于负荷需求的变化而仅操作这些单元中的一个单元。由于下调的单元24、26中的燃烧器104不工作，因此不涉及最小火墙温度，例如，离开辐射段的烟气温度。在其中第二单元26的燃烧器104的体积和热释放能力是第一单元24的两倍的示例中，加热器20可在100％的加热器负荷下操作，可通过仅操作第一单元24而在33％的加热器负荷下操作，或者可通过仅操作第二单元而在67％的加热器负荷下操作。
24.在另选的实施方案中，控制阀44、46可被设定为在完全打开位置和完全关闭位置之间部分打开的可调程度。
25.可操作第一控制阀44和第二控制阀46，以允许通过这些控制阀中的一个控制阀的燃料比通过另一个控制阀的燃料更多，从而向一个单元24、26中的辐射管134中的流体材料比向另一个单元中的流体材料传递更多的热量。这种布置方式可在辐射管132的入口处，可能在第一单元24中提供比在第二单元26中更大的热通量，以促进热输入的优点并且因此导致在整个焙烧加热器20上产生更高的辐射和更高的总燃料效率。
26.设想了本发明的焙烧加热器的其他变型和实施方案。例如，焙烧加热器可结合有抽风式风扇，该抽风式风扇连接到烟囱130以允许对流段被设计用于高烟气质量通量，从而使对流段的资本成本最小化。
27.图2为示出第一单元24和第二单元26以及延伸穿过辐射段122的辐射管132’的局部正视图。辐射管132’为蛇形，在弯曲段72之间包括长直区段70。辐射管132’具有与图1所示的辐射管132不同的构型。在第一单元24中，长直区段70为竖直区段74，并且在第二单元中，长直区段70为水平区段76。因此，第一单元24中的辐射管134’的长直区段70的第一取向垂直于第二单元26中的辐射管的长直区段70的第二取向。流体材料在第一单元24中的辐射管132’中主要以第一取向流动，该第一取向可为水平的，而流体材料在第二单元26中的管中主要以垂直于第一取向的第二取向流动，该第二取向可为竖直的。这些取向可在第一单元24和第二单元26之间切换。
28.图3为沿由图1中的区段3
‑
3限定的平面截取的示出第一单元24”和第二单元26”的辐射段122”的剖视图。辐射段122”中的辐射管132”和燃烧器104的构型在图3中与在图1中
不同。辐射管132”在第一单元24”中由竖直区段74”的侧面以及它们的弯曲段72”的交替的顶部和底部示出。在第一单元24”中设置有四个辐射管132”，其中在辐射管132”的相应对133之间具有两行105燃烧器104。在第二单元26”中，两个辐射管135在三行107燃烧器104中的相应燃烧器之间交错。辐射管135由竖直区段76的侧面以及它们的弯曲段78的交替的顶部和底部示出。辐射管132”和第一多个28燃烧器104在第一单元24”中的并置不同于辐射管135和第二多个30燃烧器在第二单元26”中的并置。从横向角度来看，辐射管132”和第一多个28燃烧器104在第一单元24”中的并置为辐射管、燃烧器104行105、辐射管、辐射管、燃烧器行和辐射管。辐射管135和第二多个30燃烧器104在第二单元26”中的并置为燃烧器104行107、辐射管135、燃烧器行、辐射管、燃烧器行。此外，辐射管132”与燃烧器104行105在第一单元24”中的比不同于辐射管135与燃烧器104行107在第二单元26”中的比。辐射管132”与燃烧器104行105在第一单元24”中的比为2∶1，并且辐射管135与燃烧器104行107在第二单元26”中的比较低，为2∶3。辐射管135中间的燃烧器104可以是稍大的燃烧器，因为它们将热量传递到每个燃烧器两侧的两个辐射管135。桥接连接器140从第一单元24”到第二单元26”横穿绝缘壁22，以将第一单元中的一对133辐射管132”连接到第二单元中的单个辐射管135。绝缘壁22有助于使这种布置方式能够确保一个单元24”、26”中的辐射管的各部分不从相邻单元26”、24”中的不同布置方式的相邻燃烧器接收过多或过少的热量。
29.上述管线、单元、分离器、塔、周围环境、区或类似物中的任一者可配备一个或多个监测部件，包括传感器、测量设备、数据捕获设备或数据传输设备。信号、工艺或状态测量以及来自监测部件的数据可用于监测工艺设备中、周围和与其有关的条件。由监测部件生成或记录的信号、测量和/或数据可通过一个或多个网络或连接收集、处理和/或传输，该网络或连接可以是私有或公共的，通用的或专用的，直接的或间接的，有线的或无线的，加密的或未加密的，和/或它们的组合；本说明书并非旨在在这方面进行限制。
30.由监测部件生成或记录的信号、测量和/或数据可被传输到一个或多个计算设备或系统。计算设备或系统可包括至少一个处理器以及存储计算机可读指令的存储器，该计算机可读指令当由至少一个处理器执行时，使一个或多个计算设备执行可包括一个或多个步骤的工艺。例如，可配置一个或多个计算设备以从一个或多个监测部件接收与至少一件与该工艺相关联的设备相关的数据。一个或多个计算设备或系统可被配置为分析该数据。根据数据分析，一个或多个计算设备或系统可被配置为确定对本文所述的一个或多个工艺的一个或多个参数的一种或多种推荐调整。一个或多个计算设备或系统可被配置为传输加密或未加密的数据，其包括对本文所述的一个或多个工艺的一个或多个参数的一种或多种推荐调整。
31.具体的实施方案
32.虽然结合具体的实施方案描述了以下内容，但应当理解，该描述旨在说明而不是限制前述描述和所附权利要求书的范围。
33.本发明的第一实施方案是一种焙烧加热器，该焙烧加热器包括：多个壁和底板；该加热器中的绝缘壁，该绝缘壁将第一单元与第二单元分开；该第一单元中的第一多个燃烧器和该第二单元中的第二多个燃烧器；辐射管，该辐射管从第一单元延伸到第二单元，用于承载流体材料穿过加热器以加热流体材料。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括第一歧管和第二
歧管，该第一歧管与第一多个燃烧器连通以用于将燃料进给到第一多个燃烧器，该第二歧管与第二多个燃烧器连通以用于为第二多个燃烧器进料。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括加热器中的辐射段和对流段，该辐射段包括第一单元和第二单元，该对流段包括对流管，用于承载流体材料穿过加热器以加热流体材料，该对流段的横截面积小于辐射段的最小横截面积。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括加热器的外壁和顶板，该外壁限定辐射段，该顶板位于辐射段上方，从外壁向内延伸。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中绝缘壁延伸穿过辐射段，而不达到对流段。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中绝缘壁延伸辐射段的高度的至少33％。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中辐射管横跨绝缘壁。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中辐射管为蛇形，并且第一单元中的辐射管的最长区段的第一取向垂直于第二单元中的辐射管的最长区段的第二取向。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中辐射管和第一多个燃烧器在第一单元中的并置不同于辐射管和第二多个燃烧器在第二单元中的并置。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，包括多个辐射管，其中多行辐射管与多行燃烧器在第一单元中的比不同于在第二单元中。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中第一单元的所吸收的热负荷与第二单元的所吸收的热负荷的比为1∶1至4∶1。
34.本发明的第二实施方案是一种用于操作焙烧加热器的方法，该方法包括：将流体材料进给穿过在加热器的第一单元中跨绝缘壁延伸并且在加热器的第二单元中延伸的管；将燃料进给到第一单元中的第一多个燃烧器并且燃烧燃料以加热第一单元中的管中的流体材料；将燃料进给到第二单元中的第二多个燃烧器并且燃烧燃料以加热第二单元中的管中的流体材料；终止燃料到第一多个燃烧器和第二多个燃烧器中的一者的流动。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括：测量离开加热器的流体材料的温度；将该温度与设定值进行比较；以及关闭或打开主控制阀以减少或增加燃料到第一单元和第二单元中的一者的流动。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括将燃料进给到所有燃烧器的引燃灯。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括将第一单元中的管和附加管的流合并到第二单元中的单个管中。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括在第一单元中比在第二单元中向管中的流体材料传递更多的热量。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括使流体材料在第一单元中的管中主要以第一取向流动，以及使流体材料在第二单元中的管中主要以第二取向流动，第一取向垂直于第二取向。
35.本发明的第三实施方案是一种焙烧加热器，该焙烧加热器包括：多个壁和底板；该加热器中的辐射段和对流段，绝缘壁位于辐射段中，该绝缘壁将第一单元与第二单元分开；辐射管，该辐射管从第一单元延伸到第二单元，用于承载流体材料穿过加热器以加热流体材料；该第一单元中的第一多个燃烧器和该第二单元中的第二多个燃烧器；第一歧管和第二歧管，该第一歧管与第一多个燃烧器连通以用于将燃料进给到第一多个燃烧器，该第二歧管与第二多个燃烧器连通以用于为第二多个燃烧器进料；和对流段中的对流管，该对流管用于承载流体材料穿过加热器以加热流体材料。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第三实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括外壁和顶板，该外壁限定辐射段，该顶板位于辐射段上方，从外壁向内延伸；该绝缘壁在底板和顶板之间延伸至少50％的高度。本发明的一个实施方案是本段中的前述实施方案直至本段中的第三实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中辐射段中的辐射管横跨绝缘壁。
36.尽管没有进一步的详细说明，但据信，本领域的技术人员通过使用前面的描述可最大程度利用本发明并且可容易地确定本发明的基本特征而不脱离本发明的实质和范围以作出本发明的各种变化和修改，并且使其适合各种使用和状况。因此，前述优选的具体的实施方案应理解为仅例示性的，而不以无论任何方式限制本公开的其余部分，并且旨在涵盖包括在所附权利要求书的范围内的各种修改和等效布置。
37.在前述内容中，所有温度均以摄氏度示出，并且所有份数和百分比均按重量计，除非另外指明。