本发明涉及化工设备领域，具体地涉及立管方箱炉。
背景技术：
立管方箱炉是化工领域重要的加热设备。如图1所示，现有的立管方箱炉(即炉管在辐射室中沿竖直方向设置的方箱炉)的辐射室10内设置有贴壁垂直布置的若干辐射炉管50，燃烧器F成排地排列在辐射炉管50围成的空腔内，燃烧器F的热量通过辐射和对流的传热方式传递给四周的辐射炉管 50，以加热辐射炉管50内的工艺介质。工艺介质通常分两路或四路进料通过辐射炉管50，图1所示为四路进料。
现有的立管方箱炉存在如下问题：(1)燃烧器F位于辐射炉管50围成的空腔内，不同位置的辐射炉管50与燃烧器F高温火焰的相对位置基本一致，使得不同位置各辐射炉管50的热强度及其分布基本相同，不能根据实际工艺需要灵活调控。(2)辐射炉管50仅受单面火焰及烟气的直接辐射，辐射炉管50的平均热强度较低(约为20-25kW/m2)，并且，由于传统方箱炉采用相同规格的燃烧器，安装在辐射室10的底部，热量集中在辐射室10 的底部释放，导致辐射室10内沿高度方向的热强度分布极不均匀，具体的，辐射室10内中下部的局部热强度可达平均热强度的2-3倍。如需提高平均热强度，则需要增大燃烧器F的放热量，这将导致辐射炉管50中下部局部过热，当辐射炉管50中的工艺介质易发生高温结焦时，极易导致位于工艺介质出口的高温炉管局部结焦，甚至炉管变形或超温，严重影响立管方箱炉的运行周期和操作安全。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术存在的立管方箱炉辐射室内炉管热强度不能灵活调控以及炉管高度方向热强度不均匀的问题，提供一种立管方箱炉，该立管方箱炉具有改善的热强度分布，炉管热强度可灵活调控。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种立管方箱炉，其中，所述立管方箱炉包括方箱形的辐射室、中间炉墙、第一燃烧器、第二燃烧器和多个辐射炉管，多个所述辐射炉管沿竖直方向设置在所述辐射室中并围绕排列成方环状，两个平行的所述中间炉墙设置在所述辐射炉管围绕的方环状区域内，所述方环状区域的边长和所述中间炉墙与所述辐射室的边长平行，所述第一燃烧器设置在两个所述中间炉墙之间以通过所述中间炉墙隔热，所述第二燃烧器设置在所述方环状区域中并位于每个所述中间炉墙的背离所述第一燃烧器的一侧，所述中间炉墙的高度低于所述辐射炉管的高度，所述辐射炉管包括沿所述中间炉墙的延伸方向排列的第一炉管和垂直于所述中间炉墙的延伸方向排列的第二炉管，所述第一炉管和所述第二炉管连接成将工艺介质通入所述辐射室内加热的管道系统，所述管道系统设置为使得所述工艺介质从所述第二炉管流入并从所述第一炉管流出。
优选地：所述第一炉管和所述第二炉管的长度与所述辐射室的高度相当，所述中间炉墙的高度不高于所述辐射室的高度的一半；并且/或者，所述中间炉墙上设置有看火孔。
优选地，所述第一燃烧器的热负荷占所述立管方箱炉的发热量的百分数大于50％，所述第二燃烧器的热负荷占所述立管方箱炉的发热量的其余部分。
优选地，所述第一燃烧器为圆形燃烧器并安装在所述辐射室的底部，所述第二燃烧器为扁平火焰燃烧器并安装在所述辐射室的底部，所述扁平火焰燃烧器设置为垂直燃烧或附墙燃烧。
优选地，所述第一炉管和/或所述第二炉管采用相同直径或多个直径。
优选地，多个所述辐射炉管在所述辐射室内围成多个所述方环状区域，每个所述方环状区域内均设置有一对所述中间炉墙。
优选地，所述辐射室的横截面为长方形，多个所述方环状区域沿所述长方形的长度方向排列。
优选地：所述立管方箱炉包括多个所述第一燃烧器，多个所述第一燃烧器沿所述中间炉墙的延伸方向排列；并且/或者，在每个所述中间炉墙的背离所述第一燃烧器的一侧设置有沿所述中间炉墙的延伸方向排列的多个所述第二燃烧器。
优选地，作为所述管道系统的入口的第二炉管设置在所述方环状区域的边长的中部或端部；并且/或者，作为所述管道系统的出口的第一炉管设置在所述方环状区域的边长的中部或端部。
优选地，所述立管方箱炉包括位于所述辐射室上方的对流室，所述对流室内设置有第三炉管。
通过上述技术方案，中间炉墙将辐射室内分为沿高度和宽度方向的多个供热区，辐射炉管上部主要由第一燃烧器加热，辐射炉管的下部主要有第二燃烧器加热，可有效降低炉管热强度峰值；第二炉管位于中间炉墙的两端附近，同时受第一燃烧器和第二燃烧器加热，可达到较高的平均热强度。并且，通过调整中间炉墙的高度、间距和燃烧器热负荷分配，可灵活调控第一炉管和第二炉管热强度。与单级集中供热方式相比，有效降低了炉管高度方向的热强度峰值，使得炉管沿高度方向的热强度分布更为均匀，并能根据实际工艺要求调控第一炉管和第二炉管的热强度差异。
附图说明
图1是显示现有技术的立式方箱炉的辐射室的俯视图；
图2是显示本发明的一种实施方式的立式方箱炉的内部结构的示意图；
图3是图2的立式方箱炉的辐射室的俯视图(四路进料)；
图4是图2的立式方箱炉的辐射室的俯视图(两路进料)；
图5是本发明的另一种实施方式的立式方箱炉的辐射室的俯视图；
图6是实施例1和对比例的热强度对比图。
附图标记说明
10-辐射室，20-中间炉墙，21-看火孔，30-第一燃烧器，40-第二燃烧器， 50-辐射炉管，51-第一炉管，52-第二炉管，60-对流室，F-现有技术的燃烧器， S-方环状区域。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
本发明提供一种立管方箱炉，其中，所述立管方箱炉包括方箱形的辐射室10、中间炉墙20、第一燃烧器30、第二燃烧器40和多个辐射炉管50，多个所述辐射炉管50沿竖直方向设置在所述辐射室10中并围绕排列成方环状，两个平行的所述中间炉墙20设置在所述辐射炉管50围绕的方环状区域 S内，所述方环状区域的边长和所述中间炉墙20与所述辐射室10的边长平行，所述第一燃烧器30设置在两个所述中间炉墙20之间以通过所述中间炉墙20隔热，所述第二燃烧器40设置在所述方环状区域S中并位于每个所述中间炉墙20的背离所述第一燃烧器30的一侧，所述中间炉墙20的高度低于所述辐射炉管50的高度，所述辐射炉管50包括沿所述中间炉墙20的延伸方向排列的第一炉管51和垂直于所述中间炉墙20的延伸方向排列的第二炉管52，所述第一炉管51和所述第二炉管52连接成将工艺介质通入所述辐射室10内加热的管道系统，所述管道系统设置为使得所述工艺介质从所述第二炉管52流入并从所述第一炉管51流出。
其中，中间炉墙20竖直设置，并将辐射室10内分为沿高度方向的两个供热区，第一燃烧器30的热量通过中间炉墙20阻隔，主要加热第一炉管51 的上部，第二燃烧器40的热量主要加热第一炉管51的下部，并且，中间炉墙20的高度可根据燃烧器热负荷分配和火焰高度灵活调整，与单级集中供热方式相比，有效降低了第一炉管51高度方向的热强度峰值，使得第一炉管51沿高度方向的热强度分布更为均匀。
本发明中，辐射室10为方箱形，根据所需处理量，可以设置适当的规格。例如，辐射室10的高度可以为8-17m，横截面可以为正方形或长方形，长宽比可以为1:1-10:1。
其中，可以合理设计第一燃烧器30和第二燃烧器40在立管方箱炉的发热量的占比，以实现第一炉管51的均匀受热。具体可以根据中间炉墙20的高度等因素来设计。优选地，所述第一炉管51和所述第二炉管52的长度与所述辐射室10的高度相当，中间炉墙20设置为不高于辐射室10的高度一半。优选地，所述中间炉墙20的高度为所述辐射室10的高度的0.05-0.5倍。另外，位于辐射室10中部的第一燃烧器30应作为主要燃烧器，其释放的热量可以加热中间炉墙20，产生的烟气可以沿中间炉墙20向上流动，并在中间炉墙20上方扩散至辐射室10的位于中间炉墙20上方的整个空间，以便对辐射室10内整体加热。具体的，所述第一燃烧器的热负荷占所述立管方箱炉的发热量的百分数大于50％，所述第二燃烧器的热负荷占所述立管方箱炉的发热量的其余部分。优选地，所述第一燃烧器30的热负荷占所述立管方箱炉的发热量的50-90％，所述第二燃烧器40的热负荷占所述立管方箱炉的发热量的其余部分。
另外，第一燃烧器30和第二燃烧器40可以选用适当的类型，并安装在适当位置，只要第一燃烧器30位于中间炉墙20所围空间内，第二燃烧器40 位于中间炉墙20和第一炉管51之间即可。优选地，所述第一燃烧器30可以为大功率的圆形燃烧器，以减少燃烧器的台数，并安装在所述辐射室10 的底部，以增加烟气向上的流动性。并且，所述第二燃烧器40可以为扁平火焰燃烧器并安装在所述辐射室10的底部，所述扁平火焰燃烧器设置为垂直燃烧或附墙燃烧，可避免燃烧器火焰舔管。
另外，为便于观察第一燃烧器30的火焰，所述中间炉墙20上可以设置有看火孔21。但看火孔21的个数不超过第一燃烧器30的数量，即看火孔 21并不能构成向中间炉墙20两侧散发热量的镂空结构。中间炉墙20可以为各种适当的耐高温材质例如可以由高温耐火砖或耐高温金属制成。
本发明中，为沿中间炉墙20均匀供热，所述立管方箱炉包括多个所述第一燃烧器30，多个所述第一燃烧器30沿所述中间炉墙20的延伸方向排列。同样的，在每个中间炉墙20的背离第一燃烧器30的一侧的区域，也可以设置多个第二燃烧器40。优选地，为提供均匀供热，在每个所述中间炉墙20 的背离所述第一燃烧器30的一侧设置有沿所述中间炉墙20的延伸方向排列的多个所述第二燃烧器40。
另外，为充分利用空间，本发明中，辐射炉管50所围的方环状区域S 的边长应与辐射室10的边长平行，例如，形成的方环状区域S可以与辐射室10的横截面形状相似。并且，所述中间炉墙20也可以与辐射室10的边长平行，以便中间炉墙20和形成与其平行的边长的各个辐射炉管50之间具有恒定的间距。
其中，辐射炉管50可以仅围成一个方环状区域S，如图3所示。当然，多个所述辐射炉管50在所述辐射室10内可以围成多个所述方环状区域S，如图4所示，每个所述方环状区域S内均设置有一对所述中间炉墙20。同样，每对中间炉墙20之间均设置有第一燃烧器30，以对该第一燃烧器30 提供隔热；每个方环状区域在每个所述中间炉墙20的背离所述第一燃烧器 30的一侧均设置有第二燃烧器40。由此，每个方环状区域S内的第一燃烧器30和第二燃烧器40基本上用于加热该方环状区域S内的辐射炉管50。
在具有多个方环状区域的情况下，为充分利用空间并达到所需的均匀加热效果，所述辐射室10的横截面为长方形，多个所述方环状区域S沿所述长方形的长度方向排列。例如，在图4所示的实施方式中，两个方环状区域 S沿辐射室10的长度方向排布，两个方环状区域S的相邻位置处，相邻两排辐射炉管50可以彼此交错，以使辐射炉管50的表面尽可能暴露在烟气中，避免互相遮挡吸热面积。
本发明中，第二炉管52位于中间炉墙20的两端附近，同时受第一燃烧器30和第二燃烧器40加热，可达到较高的平均热强度，因此，工艺介质通过第二炉管52进入辐射室10内，可以迅速升温；工艺介质在后续流动中在流经热强度更为均匀的第一炉管51后流出，可以有效避免炉管局部过热和管内介质结焦。
工艺介质在每个方环状区域S内可以根据管道系统的入口、出口设置位置而形成两路或四路。为便于布置管路并使各路工艺介质流动大致相同的距离以在辐射室10内停留大致相同的时间，作为所述管道系统的入口的第二炉管52可以设置在所述方环状区域的边长的中部或端部，从作为管道系统的入口的第二炉管52进入的工艺介质可以沿第二炉管52的排列顺序依次流经其他第二炉管52再进入第一炉管51。同样的，作为所述管道系统的出口的第一炉管51可以设置在所述方环状区域的边长的中部或端部。
在图3所示的实施方式中，方环状区域S为长方形，第一炉管51沿方环状区域S的长度方向排列，第二炉管52沿方环状区域S的宽度方向排列。其中，方环状区域S的每个宽边的中部设置有两个作为管道系统的入口的第二炉管52，方环状区域S的每个长边的中部设置有两个作为管道系统的出口的第一炉管51。由此，在图3所示的管道系统中，工艺介质可以分为四路分别从方环状区域S的四个作为管道系统的入口的第二炉管52进入并从邻近的作为管道系统的出口的第一炉管51流出，每路工艺介质流经方环状区域S的半个长边排列的第一炉管51和半个宽边排列的第二炉管52。
在图4的实施方式中，方环状区域S为长方形，第一炉管51沿方环状区域S的长度方向排列，第二炉管52沿方环状区域S的宽度方向排列。其中，方环状区域S的两个宽边的对角位置的两个第二炉管52作为管道系统的入口，方环状区域S的位于同样对角位置的两个第一炉管51作为管道系统的出口。由此，在图4所示的管道系统中，工艺介质可以分为两路分别从方环状区域S的两个作为管道系统的入口的第二炉管52进入并从与该第二炉管52成对角布置的第一炉管51流出，每路工艺介质流经方环状区域S的一个长边排列的第一炉管51和一个宽边排列的第二炉管52。
其中，所述第一炉管51和/或所述第二炉管52可以采用相同直径或多个直径。例如，同一排辐射炉管50中，可以具有不同管径。例如，随着工艺介质沿辐射炉管50的流动，可以使辐射炉管50的管径逐渐变大。相邻的辐射炉管50之间通过接头连接，为适应管径的变化，接头的尺寸也可能变化，为此，辐射炉管50之间的间距也可以相应调整。
另外，如图2所示，所述立管方箱炉包括位于所述辐射室10上方的对流室60，所述对流室60内设置有第三炉管。其中，辐射室10内的烟气可以上升到对流室60内，以加热第三炉管。第三炉管可以与所述辐射炉管50连通，工艺介质可以先通过第三炉管在对流室60内被加热，然后依次进入第二炉管52和第一炉管51，在辐射室10内被加热。当然，第三炉管也可以与辐射炉管50不连通，从而在对流室60和辐射室10中加热不同的工艺介质。其中，第三炉管可以沿水平方向排布。
本发明的立管方箱炉可以用于各种流体的工艺介质加热，例如气体以及原油、常压渣油、脱油沥青等。
下面通过实施例和对比例说明本发明的优点。
实施例1
如图3所示，辐射室10的横截面为长方形，尺寸为5m×5.5m，辐射室 10的高度为13m，第一炉管51的长度为12m，外径φ152mm，共36根；第二炉管52的长度为12m，外径φ152mm，共28根。第一炉管51和第二炉管52形成一个方环状区域S，第一炉管51和第二炉管52成单排等间距设置，炉管间距304mm，对流室60内设置16排第三炉管，每个第三炉管的外径φ152mm，长度为5m，中间炉墙20高度为2m，第一燃烧器30的热负荷占所述立管方箱炉的发热量的80％，第二燃烧器40的热负荷占所述立管方箱炉的发热量的20％。工艺介质分四路分别进入第二炉管，依次流经第二炉管52和第一炉管51，最后从第一炉管51流出。
实施例2
采用与实施例1相似的结构，不同之处在于，如图4所示，辐射室10 的横截面为13m×6m的辐射炉管50排成两个方环状区域S，辐射室10的高度为16m，第一炉管51长度为15m，第二炉管52长度11m。
对比例
采用与实施例1相同的辐射室10结构和辐射炉管50的排布。其中没有设置中间炉墙20，仅在辐射室10内设置圆形燃烧器。
由图6可知(其中，沿炉管长度位置为从辐射室10底部向上计量)，实施例1的第一炉管51的长度的不同位置处的热强度值更为均匀，且热强度峰值由对比例1的37kW/m2降至28kW/m2，降幅达24％。第二炉管52的平均热强度达到28.4kW/m2，高于第一炉管51和对比例1的平均热强度23.3 kW/m2，增幅达21％。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型。本发明包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。