專(zhuān)利名稱(chēng)：合成爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合成爐(Syntheseofen)，具有一個(gè)由一環(huán)繞的爐壁圍成的爐室，在此爐室中設(shè)置多個(gè)基本上布置在一個(gè)平面中的、具有向下定向的燃燒器出口方向的燃燒器以及多個(gè)基本上沿垂直方向并且彼此平行地布置的反應(yīng)管，其中，反應(yīng)管從外面由燃燒著的燃燒器加熱。
這種合成爐，例如用于產(chǎn)生氨、甲醇或氫，這是眾所周知的，并且，這種合成爐為了滿(mǎn)足大型生產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用，通常設(shè)計(jì)成一種頂蓋燃燒式的箱形爐，配裝有直立式的反應(yīng)管/裂解管。這些裂解管是成行列地布置的，并被作業(yè)氣體從上向下流過(guò)。這種作業(yè)氣體在此要經(jīng)受一種所謂的裂解過(guò)程。作業(yè)氣體在下面在合成爐內(nèi)或合成爐外被收集在出口收集器中。在處于管列之間的氣體中，管子通過(guò)設(shè)置在上方的爐子中的豎直向下燃燒著的燃燒器進(jìn)行加熱，其中，由燃燒器產(chǎn)生的廢氣由上朝下流過(guò)爐子，并被設(shè)置在爐子底上的廢氣煙道抽走(例如公開(kāi)在“AmmoniaPrinciples and Industrial Practice”/MaxAppl-Wienheim；New York，Chichester；Brisbane；Singapore；Toronto；Wiley-VCH，1999，ISBN 3-527-29593-3，80-89頁(yè))。
在這種合成爐中，特別是在配有多個(gè)管列的合成爐中，可觀(guān)察到一種很不均勻的、特別在靠外的管列中主要由復(fù)回流造成的流動(dòng)。這種復(fù)回流導(dǎo)致在靠外的管列中的廢氣溫度和作業(yè)氣體溫度比在居中的管列中的低。在靠外的管列中的這種低的溫度對(duì)裂解過(guò)程產(chǎn)生不利的影響。此外，在靠外的燃燒器列上還會(huì)發(fā)生火焰偏斜，這一點(diǎn)會(huì)有損于整個(gè)熱傳導(dǎo)并提高材料載荷。
為了克服上述已知的問(wèn)題， 已提出了各種不同的解決方案(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)。因此提出一是以較高的空氣出口速度操作靠外的燃燒器，再就是針對(duì)性地按不同的量將作業(yè)氣體分配給反應(yīng)管。但這兩種解決方案都沒(méi)有取得令人滿(mǎn)意的結(jié)果。此外還提出下述建議加大燃燒器離爐壁的距離。而這一解決方案也沒(méi)有消除前面所述及的問(wèn)題。
因此，本發(fā)明的目的是從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上和控制技術(shù)上盡可能簡(jiǎn)單地改善熱量分配和整個(gè)熱傳導(dǎo)。
上述目的在文首述及的那樣一種合成爐上，依本發(fā)明是通過(guò)下述措施得以實(shí)現(xiàn)的至少是靠外的、設(shè)置在爐壁范圍中的燃燒器具有這樣一個(gè)燃燒器出口方向，該燃燒器出口方向從爐子中心引開(kāi)、相對(duì)于垂直線(xiàn)傾斜。
業(yè)已證明通過(guò)這種與前述已知的解決方案完全不同的解決方案，可以從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)上簡(jiǎn)單地明顯減小靠外的燃燒器列朝向爐子中心的火焰偏斜。沿著反應(yīng)管產(chǎn)生一種基本上較均勻的廢氣流出；熱傳導(dǎo)得到改善；明顯地減小了按現(xiàn)有技術(shù)的合成爐上那種由于“熱點(diǎn)(hot spots)”而增高的反應(yīng)管的材料載荷，從而可大大延長(zhǎng)反應(yīng)管的使用壽命。
為了獲得特別良好的熱量分配或廢氣流動(dòng)，優(yōu)選規(guī)定各個(gè)燃燒器的燃燒器出口方向的傾斜度是不相同的。這一點(diǎn)意味著燃燒器根據(jù)相鄰的燃燒器火焰對(duì)其本身火焰的吸入效應(yīng)而按相應(yīng)傾斜度加以布置(對(duì)抗相鄰的燃燒器的吸入效應(yīng))。
其中，特別有利地作如下規(guī)定各燃燒器的燃燒器出口方向的傾斜度從爐子中心出發(fā)朝外向著爐壁逐漸增大。當(dāng)設(shè)置在中心區(qū)的燃燒器例如沒(méi)有傾斜度時(shí)，燃燒器列的傾斜度朝外逐漸增大直到一個(gè)最大值。
已經(jīng)證明特別有利的是從爐子中心出發(fā)，傾角在0至10°之間，最好在0至5°之間。
為了實(shí)現(xiàn)燃燒器的傾斜度，可以在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上優(yōu)選規(guī)定將燃燒器都以?xún)A斜的燃燒器出口方向總體地加以?xún)A斜地安裝和/或?qū)⑵淙紵骺趦A斜地布置。
下述規(guī)定是特別有利的燃燒器出口方向的傾斜度是可調(diào)的，也就是說(shuō)，在合成爐的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，為了適配于相應(yīng)的條件可以改變這一傾斜度。
對(duì)此，作下述規(guī)定是特別可取的為了調(diào)節(jié)傾斜度，設(shè)置一個(gè)鑒于合成爐的工作參數(shù)的控制裝置。
下面將參照附圖根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。附圖表示

圖1合成爐的原理圖，圖2a按現(xiàn)有技術(shù)的合成爐中的溫度分配情況，圖2b本發(fā)明提出的合成爐中的溫度分配情況，圖3a按現(xiàn)有技術(shù)的合成爐中的流動(dòng)線(xiàn)路，圖3b本發(fā)明提出的合成爐中的流動(dòng)線(xiàn)路，圖4曲線(xiàn)圖，圖中示出按現(xiàn)有技術(shù)的一種合成爐的最靠外的一個(gè)管列在管子長(zhǎng)度上的熱流密度；和本發(fā)明提出的一種合成爐的相應(yīng)的熱流密度。
圖1中示出的合成爐總體上用1表示。該合成爐是設(shè)計(jì)為呈箱形的或矩形的，它具有一個(gè)由一環(huán)繞的爐壁2所圍成的爐室3。
在上述的爐室3內(nèi)，設(shè)置了多個(gè)基本上沿垂直方向并且彼此平行地布置的反應(yīng)管4，通過(guò)這些反應(yīng)管由上方導(dǎo)入作業(yè)氣體，這一情況未在圖中詳細(xì)示出。這種作業(yè)氣體由上向下地通過(guò)反應(yīng)管4流動(dòng)，并在爐子的下區(qū)或在爐子外面被收集到在圖中未示出的出口收集器中。
在反應(yīng)管4之間的區(qū)域中，或者說(shuō)由這些反應(yīng)管所形成的管列之間的區(qū)域中，在爐室3的上區(qū)基本上在一個(gè)平面中設(shè)置多個(gè)燃燒器5。這些燃燒器5各自具有一種朝下的燃燒器出口方向，在圖1中，對(duì)于每個(gè)燃燒器5以點(diǎn)劃線(xiàn)示出一個(gè)沿垂直方向的燃燒器軸線(xiàn)6。
重要的是至少是靠外的、設(shè)置在爐壁2區(qū)域中的燃燒器5具有這樣一種燃燒器出口方向R，該方向從合成爐1的中心引開(kāi)、相對(duì)于垂直線(xiàn)傾斜。這個(gè)傾角在圖1中以α表示，并相對(duì)于所屬的沿垂直方向的燃燒器軸線(xiàn)6加以確定。不言而喻，與按圖1所示二維圖有所不同，該傾斜也可以或者附帶地根據(jù)燃燒器的布置情況，相對(duì)于爐室3的中心，在橫向于所示繪圖平面延伸的平面中延伸。其中，爐室3的中心就處在接受居中的反應(yīng)管4m的平面中。
下述做法是特別適宜的不僅是靠外的燃燒器5的燃燒器出口方向R進(jìn)行傾斜，而且居中的和靠里的燃燒器也做到這樣，其中，采取如下設(shè)置傾斜度從靠里的燃燒器開(kāi)始至爐壁2逐漸增大，可以明顯看出的是，靠里的燃燒器的傾角γ小于居中的燃燒器的傾角β，而后者又小于靠外的燃燒器的傾角α。
靠外的燃燒器的傾角α大約最大在10°，最好在5°，傾角β和γ則可選擇適當(dāng)較小的。
燃燒器5的傾斜可以按不同方式予以實(shí)現(xiàn)，其中，可以一方面規(guī)定將燃燒器全部?jī)A斜地加以安裝，或者只將它們的燃燒器口或燃燒器噴頭傾斜地加以安裝。
特別有利的做法是燃燒器5的傾斜度是設(shè)計(jì)得可調(diào)節(jié)的，特別在運(yùn)行過(guò)程中也是可調(diào)節(jié)的，在此情況下可以配備一個(gè)在圖中未示出的控制裝置以用于合成爐1，該控制裝置在考慮合成爐1的工作參數(shù)的條件下對(duì)傾斜度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
通過(guò)燃燒器5的上述設(shè)計(jì)，明顯地減小了靠外的燃燒器列的向中心的火焰偏斜；實(shí)現(xiàn)了廢氣沿反應(yīng)管的均勻或比較均勻的流出；改善了熱傳導(dǎo)；以及大大降低了由“熱點(diǎn)”而增高的材料載荷。
與現(xiàn)有技術(shù)相對(duì)比，上述各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)可以明顯地從圖2a、2b及圖3a、3b中看出。
圖2a表示在傳統(tǒng)的合成爐上沒(méi)有燃燒器傾斜度，溫度分布很不均勻。與之相對(duì)，在圖2b中可以看出本發(fā)明的設(shè)計(jì)，依此，靠外的燃燒器或者是說(shuō)它們的燃燒器出口方向按5°加以?xún)A斜，顯示出相當(dāng)均勻的溫度分布。
關(guān)于流動(dòng)情況也類(lèi)似，見(jiàn)圖3a和3b中所示。圖3a表示在傳統(tǒng)的合成爐上沒(méi)有燃燒器傾斜度時(shí)存在的流動(dòng)情況；圖3b中，靠外的燃燒器具有燃燒器傾斜度，更確切地說(shuō)是5°。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計(jì)，顯著地縮小了所不希望的死區(qū)(空白面積)。
圖4中繪出最靠外的管列的熱流密度與管子長(zhǎng)度的關(guān)系，具體地說(shuō)，虛線(xiàn)表示按現(xiàn)有技術(shù)的一種合成爐，實(shí)線(xiàn)表示本發(fā)明提出的一種合成爐，其配有按5°傾斜的靠外的燃燒器?？梢钥闯?，在本發(fā)明提出的合成爐中，管子長(zhǎng)度上的熱流密度分布要均勻得多。
權(quán)利要求
1.合成爐，具有一個(gè)由一環(huán)繞的爐壁圍成的爐室，在爐室中設(shè)置多個(gè)基本上布置在一個(gè)平面中的、具有向下定向的燃燒器出口方向的燃燒器以及多個(gè)基本上沿垂直方向并且彼此平行地布置的反應(yīng)管，其中，反應(yīng)管從外面由燃燒著的燃燒器加熱，其特征在于至少是靠外的、布置在爐壁(2)區(qū)域中的燃燒器(5)具有這樣一種燃燒器出口方向(R)，該燃燒器出口方向從爐子中心引開(kāi)、相對(duì)于垂直線(xiàn)傾斜。
2.按權(quán)利要求1所述的合成爐，其特征在于各個(gè)燃燒器(5)的燃燒器出口方向(R)的傾斜度是不同的。
3.按權(quán)利要求2所述的合成爐，其特征在于燃燒器(5)的燃燒器出口方向(R)的傾斜度從爐子中心出發(fā)向外朝爐壁(2)逐漸增大。
4.按權(quán)利要求1或其后任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的合成爐，其特征在于從爐子中心出發(fā)，傾角在0至10°之間，最好在0至5°之間。
5.按權(quán)利要求1或其后任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的合成爐，其特征在于具有傾斜的燃燒器出口方向(R)的燃燒器(5)都傾斜地安裝和/或它們的燃燒器口傾斜地布置。
6.按權(quán)利要求5所述的合成爐，其特征在于燃燒器出口方向(R)的傾斜度是可調(diào)的。
7.按權(quán)利要求6所述的合成爐，其特征在于為了調(diào)節(jié)傾斜度，設(shè)置一個(gè)鑒于合成爐的工作參數(shù)的控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種合成爐，它具有一個(gè)由一環(huán)繞的爐壁所圍成的爐室，在爐室中設(shè)置多個(gè)基本上布置在一個(gè)平面中的、具有向下定向的燃燒器出口方向的燃燒器以及多個(gè)基本上沿垂直方向并且彼此平行地布置的反應(yīng)管，其中，反應(yīng)管從外面由燃燒著的燃燒器加熱，本發(fā)明欲從設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和控制技術(shù)上盡可能簡(jiǎn)單地改善熱量分配和整個(gè)熱傳導(dǎo)。這一目的是通過(guò)下述措施達(dá)到的至少是靠外的、布置在爐壁(2)區(qū)域中的燃燒器(5)具有這樣一種燃燒器出口方向(R)，該燃燒器出口方向從爐子中心引開(kāi)、相對(duì)于垂直線(xiàn)傾斜。
文檔編號(hào)C01C1/04GK1890020SQ200480035820
公開(kāi)日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2004年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月4日
發(fā)明者E·格瓦爾 申請(qǐng)人:猶德有限公司