一种双段供热结构的乙烯裂解炉的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种适用于石油烃类蒸汽裂解法制乙烯的裂解炉，具体而言，本发明 涉及一种双段供热结构的乙烯裂解炉。
【背景技术】
[0002] 对于石油烃类蒸汽裂解法制乙烯的裂解炉，辐射段炉管内进行的是强吸热的裂解 反应，反应所需的热量由炉膛内的供热设备(燃烧器）消耗燃料来供给。按照安装在裂解炉 炉膛中位置的不同，燃烧器分为底部燃烧器和侧壁燃烧器两种，因此裂解炉的供热方式分 为三种：全底部燃烧器供热、全侧壁燃烧器供热和底部侧壁联合供热。
[0003] 全部侧壁燃烧器的供热方式由于供热均匀、炉膛宽度可以适当减小等优点，在早 期的裂解炉上多有应用。但是，由于燃烧器数量较多，暴露出投资高，燃料气管线布置复杂， 现场操作调整和检查维修工作量大，且只能使用气体燃料等缺点，而且炉膛外壁温度容易 超温，散热损失大，在裂解炉应用中逐渐趋于被淘汰，全部侧壁燃烧器供热布置见图1。
[0004] 图2所示为全部底部燃烧器供热的裂解炉。该种供热方式裂解炉，由于燃烧器数 量的减少，使得燃烧器布置及燃料管线配管设计工作的难度降低，生产中操作调整和日常 维护更加便利，并且可以扩大燃料的使用范围，目前在多个裂解炉专利商的设计中均有大 量的应用，其缺点是受燃烧器负荷及供热高度的限制，必须采取措施如优化炉膛尺寸及燃 烧器设计来改善炉膛高度方向的热量分布，而且存在底部过热的风险。
[0005] 底部侧壁联合供热折中考虑了前两种供热方式的优缺点，尽管在一定程度上减少 了燃烧器的数量，降低了投资和克服了以上全侧壁供热的缺点，但是在裂解炉大型化后，仍 然存在配管设计复杂、现场操作调控优化不便，侧壁燃烧器附近炉膛外壁容易超温以及底 部燃烧器过热和火焰翻转等问题。图3为传统底侧联合供热布置图。
[0006] 传统供热方式除了上述问题之外，随着裂解炉大型化发展及操作自动化需求的提 高，还面临其它新的挑战：要在保持炉膛高度方向热量分布均匀的前提下进一步提高炉膛 的高度，底部燃烧器向上火焰必须延长才能适应供热的要求；因此，受底部燃烧器射流卷吸 作用的影响，火焰翻转舔炉管的概率大大增加，炉管局部过热、运行周期缩短的问题出现， 装置长稳满安全运转受到严重影响；另外，炉膛高度的增加使得侧壁燃烧器数量继续增加， 增大了炉膛外壁温度超温的风险，加重了现场操作人员日常检维修工作的强度，不利于满 足日益严格的节能减排及操作自动化要求。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术的上述问题，尤其在分析传统的底部侧壁联合供热存在的优缺点的 基础上，本发明提供了一种双段供热结构的乙烯裂解炉，相对于现有的底部侧壁联合供热 的裂解炉，本发明主要在保持下部燃烧器型式不变的前提下，通过对上部燃烧器型式和底 侧供热比例的更改，以及对于辐射段炉膛结构的优化，减少了上部燃烧器的数量，同时降低 了底部燃烧器的负荷，减轻了裂解炉燃料管线配管设计难度和现场操作及检维修人员的劳 动强度；尤其是对于大型化裂解炉，将有利于降低设备投资，有效避免炉膛上部外壁过热及 炉膛底部过热及燃烧器火焰翻卷、舔炉管等影响装置长稳满安全运转的因素，确保炉膛内 高度方向热量均匀分布，满足裂解炉工艺性能对于供热的苛刻要求。
[0008] 本发明的一种双段供热结构的乙烯裂解炉，其包括辐射段1、对流段5、辐射盘管 4、急冷锅炉6、高压汽包7、引风机8,所述急冷锅炉6与所述辐射盘管4相连接，所述引风机 8连接于所述对流段5顶部，所述高压汽包7与所述急冷锅炉6连接，其特征在于 ：
[0009] 所述乙烯裂解炉采用所述辐射段1内上供热段与下供热段的两段联合供热结构；
[0010] 所述上供热段内设置供热设备为上部燃烧器3,下供热段内设置供热设备为下部 燃烧器2,所述上部燃烧器3与所述下部燃烧器2均为火焰方向朝向所述辐射段1顶部的燃 烧器；
[0011] 所述上供热段侧炉墙包括垂直于地面的直墙段；
[0012] 所述下供热段根据侧炉墙与地面所呈角度不同，分为斜墙段和直墙段，所述斜墙 段由下至上向炉膛内倾斜，所述直墙段与地面垂直，所述下供热段的斜墙段位于所述上供 热段与所述下供热段直墙段之间。
[0013] 所述上供热段侧炉墙还包括斜墙段，所述斜墙段由下至上向炉膛内倾斜，所述上 供热段的斜墙段位于所述辐射段1的上部；所述下供热段的斜墙段内壁所在平面与所述上 供热段的斜墙段内壁所在平面相互平行。
[0014] 所述上供热段底部以及所述下供热段底部各沿其侧炉墙内壁设置垂直于侧墙的 水平面，其长度等于炉膛两侧炉墙之间的距离，其宽度大于或等于燃烧器最宽底边的宽度， 具体值视燃烧器结构而定，上供热段底部的为上底面，下供热段底部的为下底面；
[0015] 所述上部燃烧器3位于所述上底面上而所述下部燃烧器2位于所述下底面上。 [0016] 所述上部燃烧器3风道紧靠所述下供热段斜墙段顶部以预热燃烧空气，具体为风 道的一边是侧墙的外壁面，详细风道结构需要与燃烧器厂家一起确定。
[0017] 所述上部燃烧器3的风道安装在上供热段内的侧炉墙上，风道的安装方式有两 种，1)与上部直墙段垂直，风道入口朝向其下部的斜墙段以使进入风道的烟气在斜墙段预 热，此外风道一侧也可以利用上部L型拐角以进一步预热空气；2)与上部直墙段垂直，风道 入口朝向直墙段以使进入风道的空气在直墙段预热。
[0018] 所述下部燃烧器2的风道既可以安装在直墙段，此时也可以利用直墙段外壁来预 热空气，也可以安装在裂解炉的底部。风道的具体结构由燃烧器厂家确定，可以是垂直于地 面，也可以是"L"型风道。
[0019] 在本发明的结构中，所述斜墙段与直墙段组合的结构能确保炉膛内稳定的烟气大 回流将不会出现，实现高度方向均匀供热的目的。墙体内倾的斜墙段主要是为了导向烟气， 同时使燃烧空气经过斜墙段外壁预热进入上段供热燃烧器的空气，并且使得上部燃烧器安 装方便和使用寿命长，燃烧器的砖不易损坏。
[0020] 所述上底面和下底面优选为长方形水平面。
[0021] 所述上部燃烧器3的供热负荷占总供热负荷的比例为R，R -般根据辐射盘管4 炉管构型的不同进行调整，当辐射盘管4为单程炉管时，下部燃烧器2的供热负荷占总供 热负荷的比例大，其它型式炉管则上下燃烧器所占比例相当或下部燃烧器2稍大。当辐射 盘管4为两程炉管时，0.3 < RS 0.6,优选0.4 < RS 0.5,可以确保辐射段1炉膛内高 度方向热量的均匀分布，性能优于传统底侧联合供热方式；当辐射盘管4为单程炉管时， 0. 15 < R < 0. 5,优选0. 2 < R < 0. 4,为满足工艺性能的要求，R的具体值依据炉膛尺寸而 定。
[0022] 所述上供热段内炉膛两侧各设置一排上部燃烧器。
[0023] 所述上部燃烧器3的上底面的底面距离辐射段1炉底的高度为H1，炉膛高度，即辐 射段1顶部到辐射段1底部的距离为H，H 1与H的关系为0. 3彡H1M彡0. 7,优选0. 4彡H1/ H 彡 0· 55。
[0024] 如上所述，所述炉膛上部既可以是完全垂直的（如图4所示，上供热段仅由直墙段 组成)，也可以是顶部为斜墙段(如图5所示，上供热段由直墙段和斜墙段共同组成)，当上部 供热比率较小时，优先考虑上供热段的上部采用斜墙段结构以强化烟气的对流传热效果， 上部供热段的上部具体是采用斜墙还是直墙结构视炉管构型及上段与下段的供热比例（即 前述R)来定。
[0025] 所述炉膛的上供热段侧炉墙的斜墙段内壁所在平面与所述直墙段内壁所在平面 所呈锐角的角度为β，〇°彡β <40°，优选5° < β <30°，上供热段侧炉墙的内壁与 外壁平行。
[0026] 上供热段侧炉墙的斜墙段的高度为H6，上供热段侧炉墙的直墙段内设置耐火砖衬 里，上供热段内衬里高度为H 5，所述上部燃烧器3的上底面的底部距离辐射段1炉顶的高度 为H4, H4-H6彡H5。具体选择依据供热比例而定。
[0027] 所述下供热段的斜墙段内壁所在平面与所述下供热段的直墙段内壁所在平面所