本發(fā)明涉及尤其是石油化學工業(yè)中的燃燒系統(tǒng)領域，更具體地涉及一種燃燒系統(tǒng)應用設計和試驗設備。

背景技術：

燃燒系統(tǒng)(例如加熱爐和火炬)是石油化學工業(yè)中的重要裝備。傳統(tǒng)上，人們可通過一些基本的設計準則和模型來設計燃燒系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，市場對于燃燒系統(tǒng)的原料和產(chǎn)品種類的需求趨于多樣化，對燃燒系統(tǒng)的環(huán)保要求也越來越高。鑒于燃燒系統(tǒng)的工藝復雜性，需要了解新設計的燃燒系統(tǒng)在實際工作條件下的工作狀況，以此來校驗或優(yōu)化燃燒系統(tǒng)的設計，從而確保其滿足特定的客戶需求和規(guī)定的環(huán)境要求。

因此，有必要開發(fā)一種針對燃燒系統(tǒng)的各種不同應用和需求來設計和測試燃燒系統(tǒng)的設備。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的由此在于提供一種燃燒系統(tǒng)應用設計和試驗設備，其能夠按照客戶的應用需求模擬和測試燃燒系統(tǒng)在實際工作條件下的工作狀況，并根據(jù)測試結果來驗證或優(yōu)化燃燒系統(tǒng)的設計，以確保其滿足特定的客戶需求和規(guī)定的環(huán)境要求。

根據(jù)本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)應用設計和試驗設備包括：混氣系統(tǒng)，所述混氣系統(tǒng)構造成對至少兩種試驗燃料氣體進行混合并輸出至少一種混合燃料氣體；與所述混氣系統(tǒng)連接的至少一個爐子和/或與所述混氣系統(tǒng)連接的火炬試驗系統(tǒng)，所述爐子內(nèi)配備有供工藝流體流通的管道和對所述管道內(nèi)的 工藝流體加熱的燃燒器，所述爐子構造成接收來自所述混氣系統(tǒng)的至少一種混合燃料氣體以供所述燃燒器燃燒而產(chǎn)生熱量，所述火炬試驗系統(tǒng)構造成接收來自所述混氣系統(tǒng)的至少一種混合燃料氣體以進行燃燒；與所述爐子和/或所述火炬試驗系統(tǒng)相關聯(lián)的工藝參數(shù)探查系統(tǒng)，所述工藝參數(shù)探查系統(tǒng)構造成檢測和/或采集所述爐子的和/或所述火炬試驗系統(tǒng)的至少一個工藝參數(shù)；和與所述工藝參數(shù)探查系統(tǒng)通信的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)構造成從所述工藝參數(shù)探查系統(tǒng)接收所述爐子的至少一個工藝參數(shù)并根據(jù)該工藝參數(shù)來調(diào)整所述混氣系統(tǒng)和/或所述爐子的至少一個設計參數(shù)，和/或從所述工藝參數(shù)探查系統(tǒng)接收所述火炬試驗系統(tǒng)的至少一個工藝參數(shù)并根據(jù)該工藝參數(shù)來調(diào)整所述混氣系統(tǒng)和/或所述火炬試驗系統(tǒng)的至少一個設計參數(shù)。

有利地，所述混氣系統(tǒng)可包括對所述試驗燃料氣體的混合流量進行控制的流量測控裝置，和/或對所述混合燃料氣體的成分進行分析的在線分析裝置。

特別地，所述試驗燃料氣體可選自包括氫、天然氣、丙烷、二氧化碳和氮的組。

作為示例性的構型，所述爐子包括立式方箱爐和/或臥式方箱爐，而所述燃燒器包括頂燒式、底燒式、側燒式或輻射附墻式燃燒器。

所述工藝參數(shù)探查系統(tǒng)可包括配置在所述爐子內(nèi)的壓力傳感器、溫度傳感器、燃燒產(chǎn)物采樣裝置和熱通量測量裝置中的至少一者。

有利地，在所述爐子上還可開設有觀察窗口，用以查看所述爐子的內(nèi)部狀況，這也可視為所述爐子的一種工藝參數(shù)。

例如，所述火炬試驗系統(tǒng)的工藝參數(shù)包括火炬熱通量、火焰形貌、火焰鋒溫度分布和火炬煙氣成分中的至少一者。

有利地，所述火炬試驗系統(tǒng)包括火炬以及連接在所述混氣系統(tǒng)和所述火炬之間的火炬氣儲罐和火炬氣流量測控裝置。

在一個實施例中，所述設備包括所述爐子和所述火炬試驗系統(tǒng)兩者，并且所述爐子與所述火炬試驗系統(tǒng)可連接成使得所述爐子中的燃燒所產(chǎn)生 的煙氣被輸送至所述火炬試驗系統(tǒng)進行進一步的燃燒。

根據(jù)本發(fā)明的上述一個或多個方面的燃燒系統(tǒng)應用設計和試驗設備，能利用混氣系統(tǒng)來精確地混合出不同客戶的各種燃燒系統(tǒng)應用所需的不同種類的混合燃料氣體，并供給至構型多樣的爐子和/或火炬來模擬實際工況下的各種燃燒過程，然后能利用工藝參數(shù)探查系統(tǒng)來監(jiān)測和收集燃燒過程的關鍵測試數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)來驗證和/或調(diào)整燃燒系統(tǒng)的設計，從而確保所設計的燃燒系統(tǒng)滿足特定的客戶需求和規(guī)定的環(huán)境要求。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)應用設計和試驗設備的一種示例性構型的結構框圖。

圖2至4分別是根據(jù)本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)應用設計和試驗設備中的三種示例性爐子的示意圖；

圖5和6分別是根據(jù)本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)應用設計和試驗設備中的火炬試驗系統(tǒng)的一種示例性構型的結構框圖和示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。

圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例的燃燒系統(tǒng)應用設計和試驗設備100的總體結構。設備100主要包括混氣系統(tǒng)1、至少一個爐子2和/或一火炬試驗系統(tǒng)5、工藝參數(shù)探查系統(tǒng)3和控制系統(tǒng)4。

混氣系統(tǒng)1構造成對至少兩種試驗燃料氣體進行混合并輸出至少一種混合燃料氣體。所述試驗燃料氣體可為按照客戶的應用需求所選擇的任何種類的燃料氣體，包括而不限于在圖1的實施例中示出的氫、天然氣、丙烷、二氧化碳和氮中的兩種或更多種。各種試驗燃料氣體以預定的流量、壓力和溫度輸入至混氣系統(tǒng)1。混氣系統(tǒng)1尤其可包括對試驗燃料氣體的混合流量進行控制的流量測控裝置11。在圖1所示的實施例中，混合系統(tǒng)1輸出了兩種混合燃料氣體A和B，它們分別可包括混合種類和混合比例 不同的多種試驗燃燒氣體。混氣系統(tǒng)1還可包括在線分析裝置12，在線分析裝置12能對所述混合燃料氣體的成分進行實時和精確的分析。包括流量測控裝置11和在線分析裝置12的混合系統(tǒng)1能實現(xiàn)對各種試驗燃料氣體的精確混合，以模擬出不同客戶的多種燃燒系統(tǒng)應用所需的不同種類的混合燃料氣體。

混氣系統(tǒng)1可例如經(jīng)由管路連接到至少一個爐子2，以將從混合系統(tǒng)1輸出的至少一種混合燃料氣體輸送給爐子2。爐子2可例如為石油化工領域常見的管式加熱爐，在爐子內(nèi)配備有供工藝流體流通的管道(未示出)和對管道內(nèi)的工藝流體加熱的燃燒器(以圖1中的火焰示意性地示出)。具體說來，爐子2構造成接收來自混氣系統(tǒng)1的混合燃料氣體以供燃燒器燃燒而產(chǎn)生熱量，所產(chǎn)生的熱量通過輻射和對流傳遞給管道，進而經(jīng)由管道壁傳遞給管道內(nèi)的工藝流體，以達到加熱工藝流體的目的。在被加熱到特定溫度的情況下，管道內(nèi)的工藝流體能發(fā)生各種化學和/或物理反應，從而生成期望的產(chǎn)物。應當指出，為了使燃燒器燃燒，除了燃料氣體之外，還要向燃燒器供給優(yōu)選為富氧的助燃空氣。助燃空氣在被引入爐子2之前可被預熱，以提高爐子的燃燒和傳熱效率。此外，為了確保燃燒器的安全操作，可向燃燒器單獨供給一路天然氣以保證燃燒器長明燈的穩(wěn)定工作。另外，爐子2可與給水系統(tǒng)21連接，以向爐子通入冷水以及從爐子輸出熱水，從而為爐子實現(xiàn)必要的冷卻和熱量回收。爐子2中的燃燒所產(chǎn)生的煙氣可從煙囪22例如排向大氣或被收集作進一步處理。

所述至少一個爐子2的具體構型可包括，例如而不限于，立式方箱爐和/或臥式方箱爐，而所述燃燒器可例如包括頂燒式、底燒式、側燒式或輻射附墻式燃燒器。不同構型的爐子2與不同構型的燃燒器的結合能夠用來進行各種不同的應用模擬。圖2-4分別示出了不同的爐子和燃燒器的三種示例性的組合。在圖2中，爐子為立式方箱爐，燃燒器的燃燒取向為頂燒和底燒，其可優(yōu)選地應用于諸如低Nox重整/裂解、焦化、除焦(De-coker)、原油常壓/真空蒸餾等操作的應用模擬。在圖3中，爐子為臥式方箱爐，燃燒器的燃燒取向為側燒，其可優(yōu)選地應用于例如催化脫氫工藝和催化重整 工藝(包括但不限于UOP公司的Oleflex^TM和Platforming^TM)的應用模擬。在圖4中，爐子為立式方箱爐，燃燒器的燃燒取向為輻射附墻式，其可優(yōu)選地應用于例如各種常規(guī)裂解或重整的應用模擬。在一個實施例中，燃燒系統(tǒng)應用設計和試驗設備100可恰好包括圖2-4所示類型的上述三種爐子。當然，爐子2不限于上述的形狀和取向，而是可采用本領域中已知的任意其它構型(例如，圓筒型)。另外，這些爐子的通風形式可為自然通風或強制通風。

設備100還包括與爐子2相關聯(lián)的工藝參數(shù)探查系統(tǒng)3，其構造成檢測和/或采集爐子2的至少一個工藝參數(shù)。工藝參數(shù)探查系統(tǒng)3可例如包括配置在爐子內(nèi)的壓力傳感器、溫度傳感器、燃燒產(chǎn)物采樣裝置和熱通量測量裝置(如紅外相機)中的一者或多者。壓力傳感器和溫度傳感器可在爐子內(nèi)沿各個方向固定在各個位置，而燃燒產(chǎn)物采樣裝置和熱通量測量裝置可設定成能夠移動到爐子的任意位置。這樣，工藝參數(shù)探查系統(tǒng)3可檢測和/或采集爐子內(nèi)的各個位置的溫度和壓力，以及關于燃燒產(chǎn)物和熱通量分布等的數(shù)據(jù)，從而能夠了解爐子內(nèi)的燃燒狀況特征。有利地，燃燒氣體可由燃燒產(chǎn)物采樣裝置采集并被送至氣體分析裝置(例如，混氣系統(tǒng)1中的在線分析裝置)進行成分分析。此外，在爐子2上可開設有觀察窗口，設備操作人員可通過該窗口查看或用照相機/攝影機拍攝爐子的內(nèi)部狀況，例如火焰形貌(形狀、大小、顏色)等，所得到的觀察或拍攝結果也可視為由工藝參數(shù)探查系統(tǒng)3采集到的爐子2的工藝參數(shù)。有利地，上述觀察窗口可根據(jù)爐子2的設計而在豎直方向或水平方向上沿爐子的中部設置。

由工藝參數(shù)探查系統(tǒng)3檢測和/或采集到的爐子2的上述各種參數(shù)數(shù)據(jù)可傳送給燃燒系統(tǒng)應用設計和試驗設備100的控制系統(tǒng)4?？刂葡到y(tǒng)4構造成與工藝參數(shù)探查系統(tǒng)3通信并接收這些參數(shù)數(shù)據(jù)，并且根據(jù)它們來調(diào)整混氣系統(tǒng)1和/或爐子2的至少一個設計參數(shù)。這些設計參數(shù)可例如包括混氣系統(tǒng)1中各種試驗燃料氣體的種類、混合比例、溫度、壓力、流量等；爐子2的燃料氣體和助燃空氣的入爐流量和溫度，燃燒器及其噴嘴的類型、燃燒器的位置和數(shù)量；給水系統(tǒng)的水流量等，以及本領域技術人員已知的 其它參數(shù)。控制系統(tǒng)4可為基于計算機的自動控制設備，不過也可以是設備操作人員自己。通過反復進行上述設計參數(shù)的調(diào)整，能夠優(yōu)化燃燒系統(tǒng)的設計，以確保滿足客戶的應用需求和環(huán)保標準。

根據(jù)本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)應用設計和試驗設備100還可包括與混氣系統(tǒng)1連接并與工藝參數(shù)探查系統(tǒng)3相關聯(lián)的火炬試驗系統(tǒng)5作為前述爐子2的附加或替換。如圖5和6所示，火炬試驗系統(tǒng)5構造成接收來自混氣系統(tǒng)1的至少一種混合燃料氣體以進行燃燒?；鹁嬖囼炏到y(tǒng)5可包括形式為在頂部開口的封閉燃燒室的火炬51，以及連接在混氣系統(tǒng)1和火炬51之間的火炬氣儲罐52和火炬氣流量測控裝置53。來自混氣系統(tǒng)1的混合燃料氣體經(jīng)由氣體壓縮機60可調(diào)地加壓后可作為試驗火炬氣(模擬實際生產(chǎn)中火炬氣的成分、溫度和壓力等)被輸送到火炬氣儲罐52，然后在流量測控裝置53的控制下以可調(diào)的預定流量供給到火炬51進行燃燒?？蛇x地，前述至少一個爐子2可與火炬試驗系統(tǒng)5連接成使得爐子2中的燃燒所產(chǎn)生的煙氣也被輸送到火炬試驗系統(tǒng)5進行進一步的燃燒。這里，為了輔助火炬燃燒以及抑制燃燒產(chǎn)生的黑煙和噪聲，還可如圖6所示向火炬51供給蒸汽。此外，也可向火炬51單獨地供給天然氣以保證火炬長明燈的工作，以便能夠隨時點燃火炬?；鹁?1可例如為多點或單點的高壓/小型常規(guī)式，其燃燒方式可為頂燒/側燒。

工藝參數(shù)探查系統(tǒng)3也可檢測和/或采集火炬試驗系統(tǒng)5的至少一個工藝參數(shù)。例如，工藝參數(shù)探查系統(tǒng)3可利用紅外相機系統(tǒng)來檢測火炬燃燒的輻射熱通量，可利用照相機/攝像機來拍攝火焰的形貌(包括大小、形狀、顏色等)，可利用溫度傳感器(熱電偶)來檢測火焰鋒的溫度分布，以及利用燃燒產(chǎn)物采樣系統(tǒng)和分析裝置來收集和分析火炬煙氣的成分，等等。上述這些工藝參數(shù)可同樣發(fā)送給控制系統(tǒng)4，控制系統(tǒng)4根據(jù)它們可評判火炬燃燒狀況并且適當?shù)馗淖兓鞖庀到y(tǒng)和/或火炬試驗系統(tǒng)的至少一個設計參數(shù)，例如混氣系統(tǒng)1中各種試驗燃料氣體的種類、混合比例以及流量測控裝置53的流量開度等，以實現(xiàn)火炬51的反饋調(diào)整，從而優(yōu)化火炬51的設計。

根據(jù)本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)應用設計和試驗設備100可包括前述的至少一個爐子2和火炬試驗系統(tǒng)5中的任一者或兩者。在同時包括這兩者的情況下，有利地，火炬試驗系統(tǒng)5可與前述的至少一個爐子2同時工作。

在根據(jù)本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)應用設計和試驗設備100的上述各個系統(tǒng)之中，在需要記錄數(shù)據(jù)的系統(tǒng)(如在線分析系統(tǒng)、工藝參數(shù)探查系統(tǒng)等)上可連接有參數(shù)數(shù)據(jù)記錄裝置，以便于數(shù)據(jù)的保存、分析和整理，也有助于為燃燒系統(tǒng)的設計開發(fā)經(jīng)驗數(shù)據(jù)系統(tǒng)。

上面借助具體實施例對本發(fā)明的燃燒系統(tǒng)應用設計和試驗設備進行了描述。對于本領域技術人員而言顯而易見的是，在不脫離本發(fā)明的范圍或精神的情況下，可對上文所公開的實施例作出各種修改和變型。本說明書及其公開的示例應被認為只是示例性的，本發(fā)明的真正范圍由所附權利要求及其等同物限定。