[发明专利]管式加热炉、采用其的工业设备及加热方法

说明书

一种管式加热炉、采用其的工业设备及加热方法。该管式加热炉包括炉膛和布置在炉膛内的燃烧单元和热交换单元，其中燃烧单元为采用催化燃烧方式的催化燃烧单元，布置在炉膛的下部和/或底部；热交换单元的炉管布置在炉膛内，燃料在催化燃烧单元中燃烧产生的热量加热炉管内的工作介质。本发明的管式加热炉将气体燃料的催化燃烧与大风量烟气循环技术相结合，不仅大幅降低燃烧过程中生成的氮氧化物和一氧化碳，还能大幅节省燃料；同时，大幅降低加热炉的体积，减少加热炉的金属和非金属消耗量，大幅降低加热炉制造和运行成本；该新型加热炉具备经济、高效、节能、低排放的特征。

技术领域

本发明涉及化工装备技术领域，具体涉及一种管式加热炉、采用其的工业设备及加热方法。

背景技术

管式加热炉在化工工艺流程中占重要位置，是重要的化工装备，管式加热炉也是昂贵的装备，例如一台乙烯裂解炉的价值可高达几亿元。目前，管式加热炉设计、制造、使用上存在如下几方面的问题：

1、管式加热炉是高耗能设备。国内石油化工等行业在用的大型管式加热炉数量在一万套左右，每台管式加热炉的热负荷为几十MW，管式加热炉的能耗占这些行业总能耗的30％以上。现有技术不够完善，还有较大的节能减排潜力。管式加热炉节能不仅为这些行业节省大量成本，也可以减少大量污染物排放。

2.管式加热炉结构不合理。加热炉辐射段中被加热介质吸收的热量为燃料燃烧总发热量的40％左右，需要在对流段内余热回收，才能维持较高的热效率，从而浪费大量燃料。

3、管式加热炉燃烧过程生成的污染物较多。现有的管式加热炉采用扩散火焰燃烧方式，由于燃烧火焰存在温度高区域(大于1500℃)，而不可避免地生成氮氧化物。现有改进的低氮燃烧技术，如分级燃烧、烟气循环、预混燃烧等，难以经济、稳定地将燃烧过程中的氮氧化物降低到30mg/m³以下，尤其是在低负荷操作条件下，很难既维持较高热效率，又减少生成NO_x和CO。

3、现有的管式加热炉体积大，消耗金属量大。一台加热炉总重量至少为几百吨，金属消耗量大。1000万吨/年常减压装置的常压炉金属消耗量750吨；用于炉膛内的平均温度通常在800～1000℃，炉膛表面要衬上大量保温隔热材料，减少热量损失，导致非金属消耗量175吨。制造管式加热炉所消耗的大量金属和非金属材料，使管式加热炉的制造成本较高，也使材料生产、加工、运输、安装等各环节消耗大量的材料、能源、人力等。

发明内容

针对现有管式加热炉技术中存在的上述问题，本发明的主要目的在于提供一种管式加热炉、采用其的工业设备及加热方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少一个。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提出了一种管式加热炉，包括炉膛和布置在炉膛内的燃烧单元和热交换单元，其中：

燃烧单元为采用催化燃烧方式的催化燃烧单元，布置在炉膛的下部和/或底部；

热交换单元包括布置在所述炉膛内的炉管，所述催化燃烧单元产生的热量加热所述炉管内的工作介质。

作为本发明的另一个方面，还提出了一种采用如上所述的管式加热炉的工业设备。

作为本发明的再一个方面，还提出了一种采用如上所述的管式加热炉的加热方法，包括以下步骤：

对催化燃烧单元进行预热；

气体燃料在催化燃烧单元中催化燃烧，主要以高温烟气的对流形式将燃料燃烧的热量传递给炉管中需要加热的工作介质；

燃烧产生的烟气排出炉膛。

基于上述技术方案可知，本发明的管式加热炉及加热方法相对于现有技术至少具有如下有益效果之一：