CN101743439B - 加热器和运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种运行采用炉床燃烧器(46)和壁式燃烧器(56)的组合的加热器进行烃类裂解的炉(10)、燃烧模式和方法。所述燃烧模式导致燃烧室高程上盘管金属(26)温度和垂直热通量曲线的均匀性得到改善。炉床燃烧器(46)在化学计量过量的空气的条件下运行，而壁式燃烧器(56)在少于化学计量量的空气的条件下运行。

Description

加热器和运行方法
本文中公开的实施方案涉及加热器，并且更具体地涉及这样的加热器的有效率的设计和运行。 
用于烯烃的生产的烃类的蒸汽裂化或热解通常在位于火焰加热器中的盘管中进行。热解工艺被认为是烯烃设备的心脏，并且对整个设备的经济具有显著影响。 
烃原料可以是多种典型裂化原料中的任何一种，所述裂化原料例如是甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、这些气体的混合物、石脑油、瓦斯油等。产品流含有各种组分；这些组分的浓度部分取决于所选择的进料。在常规的热解工艺中，汽化的原料与稀释蒸汽一起进料至位于火焰加热器内的管式反应器中。所需稀释蒸汽的量取决于所选择的原料；轻质原料如乙烷需要较少的蒸汽(0.2磅/磅进料)，而重质原料如石脑油和瓦斯油需要0.5至1.0的蒸汽/进料比。稀释蒸汽具有降低烃的分压和降低热解盘管的结垢速率的双重功能。 
辐射热解盘管的内表面上的污垢是这些加热器的运转时间的决定因素之一。随着运行时间增加，焦炭的累积形成对来自辐射燃烧室的传热的阻力。为了保持恒定的工艺性能，如由恒定的盘管出口温度示例的工艺性能，必须保持通往盘管的热通量。在盘管的内部的焦炭层起到抵抗热通量的作用，而管道的外部金属温度必须升高以允许等量通量通过较高的抵抗。加热器在为移除焦炭沉积而停工之前能够运行的时间取决于两个主要因素。第一个是结垢的速率。结垢随着焦炭在辐射加热盘管上累积而发生。当焦炭沉积在盘管上时，其抑制来自盘管的传热。因此，焦炭的累积需要向系统添加更多热以保持加热器的效率。结垢的速率是工艺负荷(所需热通量)、稀释蒸汽、盘管内部金属表面上的温度和原料自身的特性的函数。例如，重质进料比轻质进料更快产生焦炭。期望使运转时间最大化。 
第二个因素是辐射加热盘管的组成。典型地，盘管由金属或金属合金制成。金属和合金对于极端温度敏感。也就是说，如果辐射盘管暴露于高 于其最大机械阈值的温度，它将开始劣化，从而导致对辐射加热盘管的损坏。因此，典型的热解加热器必须被小心地监控以保持特定温度范围。这随着焦炭在盘管上累积而成为问题，因为必须添加更多热以保持系统的效率。 
因此，希望设计具有长循环时间的热解盘管以将最大管道金属温度最小化，同时使通过盘管的总传热最大化。这允许在恒定结垢速率下的最大温度上升。 
在典型热解工艺中，将蒸汽/进料混合物预热至恰好低于裂化反应开始的温度，其通常为约600℃。此预热发生在加热器的对流部。然后将混合物传到发生热解反应的辐射部。通常在热解盘管中的停留时间在0.2至0.4秒的范围内，而反应的出口温度在约700℃至900℃的量级。导致饱和烃转化为烯烃的反应是高度吸热的，因而需要高水平的热输入。此热输入必须发生在高反应温度。工业界中通常认为对于大部分原料，特别是对重质原料如石脑油，较短的停留时间将导致对乙烯和丙烯的较高选择性，因为二次分解反应将被减少。进一步认识到的是，反应环境中烃的分压越低，选择性越高。 
典型地，火焰加热器的辐射部中的烟道气温度高于1,100℃。向盘管的传热主要通过辐射。在一些常规设计中，以进入加热器的燃料的形式燃烧的热的约32至40％被传递到辐射部中的盘管中。余量的热在对流部中以进料预热或蒸汽产生的形式回收。考虑到为了实现短停留时间的小管道体积的限制和工艺的高温，进入反应管中的传热是困难的。因此，使用高热通量，并且运行管金属温度接近均匀外延冶金(even exotic metallurgies)的机械极限。在大多数情况下，由于盘管出口处所需的较高工艺温度与缩短的管长度(因而管表面积)的组合，管金属温度限制停留时间能够降低的程度，所述缩短的管长度(因而管表面积的减小)导致较高的通量和因而导致较高的管金属温度。管金属温度还是确定这些辐射盘管的能力的限制因素，因为对于给定的管，当在较高容量运行时需要较大通量。位于裂化加热器的辐射部中的外延(exotic)金属反应管代表加热器成本的主要部分，因此重要的是将它们充分利用。利用被定义为在与加热器的设计目的相符的尽可能高且均一的热通量下运行。这将对于给定的热解能力所需的管的数 目和长度以及所得到的总金属表面积最小化。 
在典型的裂化炉中，通过炉床燃烧器和壁式燃烧器的组合供给热。热解盘管典型地从辐射部的顶部悬吊并且挂在两个辐射壁之间。炉床燃烧器和壁式燃烧器组合加热炉壁，然后所述炉壁辐射到盘管。一小部分的传热通过直接向盘管传热的燃烧室中的烟道气对流完成。然而，在典型的炉中，多于85％的热是辐射传递的。炉床燃烧器安装在燃烧室的底面上，并且向上沿壁垂直燃烧。壁式燃烧器位于炉的垂直壁中并且向外沿壁径向燃烧。 
在任何来自燃烧器的火焰中都有特征燃烧曲线(profile)。当燃料和空气混合物离开燃烧器时，燃烧开始。随着燃烧反应继续，燃烧混合物的温度增加并且释放热。在距离燃烧器一定距离处存在最大燃烧并且因而最大放热的点。在此工艺过程中，热被工艺盘管吸收。火焰的特征取决于来自燃烧器的总燃烧和燃烧器设计的细节。不同的火焰形状和放热曲线是可能的，取决于燃料和空气是如何混合的。炉床燃烧器典型地以介于约5和15MM BTU/hr之间的燃烧负荷运行。在这些燃烧器中，最大燃烧的点典型地在燃烧器自身上方约3至4米。因为来自这些燃烧器的特征放热曲线，有时产生不均匀的热通量曲线(热吸收曲线)。对于辐射盘管典型的通量曲线显示了在燃烧室的中心高程(elevation)(在对于炉床燃烧器的最大燃烧或放热的点)附近的峰值通量，而盘管的顶部和底部接收较少的通量。在一些加热器中，辐射壁式燃烧器安装在侧壁的顶部中以平衡盘管的顶部的热通量曲线。对于炉床燃烧器以及对于相同放热速率的炉床燃烧器和壁式燃烧器的组合，典型的盘管表面热通量曲线和金属温度曲线显示了在燃烧室的下部的低的热通量和金属温度，这意味着这部分中的盘管可能是利用不足的。 
对控制热解加热器中的通量曲线进行了许多尝试。已知的是，可以使用使燃料分级(staging)运行到炉床燃烧器中来调节火焰形状并且因而影响最大放热的点。炉床燃烧器典型地设计有若干不同的燃料注入点。空气经由通过自然或诱导通风或通过利用文丘里(venturi)系统对燃料的吸入而被抽入炉中。为了提供充分燃烧以产生稳定火焰而将第一级燃料注入到此空气流中。在一些情况下，使用仅邻此第一级火焰的另一个小燃料注入点以帮助稳定火焰并且防止火焰熄灭。较老式的炉床燃烧器通常地用这些第一 级燃料注入点进料100％的燃烧的炉床燃烧器燃料。燃烧在略微高于化学计量的空气与燃料比率(空气过量10-15％)发生。 
当是NOx值是重要的考虑因素时，一些来自第一级注入点的燃料可以从进入的空气流中移除并且放置于正好在燃烧器边缘处的二级或分级尖端(staged tip)中。引导此燃料以使得其与流动的空气和第一级燃料流在燃烧器上方一定距离处混合。通过使燃料与空气的混合物“分级”，可以改变火焰的燃烧曲线，从而导致较低的火焰温度和因而较低的NOx。此技术还改变最大燃烧的点并且因而影响所得到的向盘管的通量曲线。使燃料分级不改变燃烧器的净空气与燃料比率，其仅改变燃料何时和在何处混合。二级燃料注入的量、该注入点在燃烧器的边缘处的位置和其注入的角度全部均影响NOx值、火焰形状和因而影响盘管金属温度曲线。 
美国专利4,887,961描述了辐射壁式燃烧器，其中空气与燃料在文丘里中预混至等于空气过量10-15％的比例。确定文丘里的尺寸以使用燃料作为文丘里的炉喉中的原动力来吸入正确量的空气。在美国专利6,796,790中，描述了壁式燃烧器，其吸取一部分的燃料并且将其注入恰好超出“罐”或“折流板”，并且依靠流体动力学将此“二级分级燃料-用于壁式燃烧器”吸入到100％的空气和部分燃料的流中。 
美国专利6,616,442描述了具有正好在燃烧器上方的第一“区域”的炉床燃烧器，在所述第一“区域”中燃料和空气(过量空气)的混合物离开瓦管(tile)并且燃烧。第二“区域”在较高高程处，在此二级燃料与燃烧的空气/燃料混合物混合。在第二区域处的净所得的空气与燃料混合物略微高于化学计量比。 
另一种控制盘管金属温度的手段描述于美国专利6,685,893中。在此专利中，壁式燃烧器特别放置于炉的底面上并且沿底面引导火焰，以加热炉的耐火材料底面，并且为盘管的下部提供额外的辐射表面。底部燃烧器(base burner)可以设计为吸入空气并且产生略高于用于燃烧的化学计量的空气与燃料的混合物。备选地，底部燃烧器可以利用从炉床燃烧器的二级分级尖端抽取的燃料。为了具有来自底部燃烧器的稳定火焰，需要将一定量的空气与此燃料一起进料。因为底部燃烧器位于与炉床燃烧器非常接近的附近，因此有许多用于这些独立的燃烧器的空气与燃料的组合，仍然导 致在加热器的底面处或加热器的底面附近略高于化学计量的燃烧混合物。垂直燃烧的炉床燃烧器可以用过量空气运行，而底部燃烧器用低于化学计量的量的空气运行，或它们可以相反地运行，即，底部燃烧器具有过量空气而炉床燃烧器具有略微低于化学计量的空气。一些重要的设计点是，通过制造辐射表面的底面部分可以降低管金属温度，并且通过分级燃料而分级燃烧(以及底面处的过量空气位置)，可以减少NOx生成。 
在美国专利7,172,412中，使用不同的途径来控制金属温度和通量曲线。从炉床燃烧器的二级分级尖端抽取燃料并且在炉床燃烧器上方一定距离处穿过炉壁注入到炉中。此注入起到沿壁建立低压区并且因而将火焰“拉”到壁上的作用，因而减小最大燃烧的点到热解盘管的近程。在这些条件下，炉床燃烧器在过量空气条件下运行，而余量的燃料在炉床燃烧器上方的某点处穿过壁添加。此途径不仅分级燃料以降低NOx，而且通过将火焰拉回到壁上而改变火焰形状，从而降低金属温度。 
因为NOx要求以及因为对较高燃烧器放热的稳定增加的需求，改善炉床燃烧器通量曲线可能是困难的。平衡通量曲线的另一种方法是通过仅使用壁式燃烧器。然而，因为壁式燃烧器的最大放热比炉床燃烧器的最大放热小约10倍，因此产生等同的放热曲线所需的显著数目的壁式燃烧器限制了此方法的实现。 
概述 
实施方案的一个公开特征是一种运行加热器的方法，所述加热器包括具行底部炉床部分以及与底部炉床部分相邻且从底部炉床部分向上延伸的对置壁(opposing wall)的辐射加热区。加热器还包括：至少一个位于辐射加热区中的管状加热盘管；用于在辐射加热区中燃烧的炉床燃烧器部，所述炉床燃烧器部包括与底部炉床部分相邻设置的多个炉床燃烧器；以及包括与对置壁相邻设置的多个壁式燃烧器的壁式燃烧器部。所述方法包括向壁式燃烧器部中引入空气与燃料的第一混合物，和向炉床燃烧器部引入空气与燃料的第二混合物，所述空气与燃料的第一混合物具有的空气的量低于用于引入壁式燃烧器部的燃料的燃烧的化学计量，所述空气与燃料的第二混合物具有的空气的量高于用于引入炉床燃烧器部的燃料的燃烧的化 学计量。引入炉床燃烧器和壁式燃烧器的空气的总量至少是化学计量量。 
在某些情况下，引入每个壁式燃烧器的空气与燃料的混合物具有的空气的量低于用于引入该壁式燃烧器的燃料的燃烧的化学计量。有时，引入每个炉床燃烧器的空气与燃料的混合物具有的空气的量高于用于引入该炉床燃烧器的燃料的燃烧的化学计量。在一些情况下，引入每个壁式燃烧器的空气与燃料的混合物具有的空气的量低于用于引入该具体壁式燃烧器的燃料的燃烧的化学计量。 
实施方案的另一个公开特征是一种运行加热器的方法，所述加热器包括：形成辐射加热区的底部炉床部分以及对置壁，所述对置壁与底部炉床部分相邻且从底部炉床部分向上延伸；至少一个位于辐射加热区中的管状加热盘管；用于在辐射加热区中燃烧的包含与底部炉床相邻设置的多个炉床燃烧器的炉床燃烧器部，以及，包括与对置壁相邻设置的多个壁式燃烧器的壁式燃烧器部。所述方法包括向壁式燃烧器部中引入空气与燃料的第一混合物，在基本上平行于加热盘管的长度的方向上向加热器中的炉床燃烧器部引入空气与燃料的第二混合物，所述空气与燃料的第一混合物具有的空气的量低于用于燃烧的化学计量，所述空气与燃料的第二混合物具有的空气的量高于用于燃烧的化学计量；和，在所述辐射加热区中燃烧所述燃料与空气。在壁式燃烧器部引入的空气和一部分燃料以第一燃烧速率燃烧，在炉床燃烧器部引入的一部分空气与在壁式燃烧器部引入的一部分燃料以第二燃烧速率燃烧，所述第二燃烧速率低于所述第一燃烧速率。与在壁式燃烧器部中引入化学计量量的空气的系统相比，这降低了在加热器的壁式燃烧器部中的总燃烧速率。在一些情况下，沿加热盘管的长度的温度差比沿用于这样一种加热器的加热盘管的温度差小至少10K，所述这样一种加热器是其中在壁式燃烧器部处引入化学计量量的空气并且使用相同总流量的燃料和空气的加热器。 
在某些实施方案中空气与燃料的第一混合物具有不多于燃烧用的化学计量量的空气的约85％。有时，空气与燃料的第一混合物具有燃烧用的化学计量量的空气的约50％至80％。 
根据本文中示出的方面，还提供一种加热器，所述加热器包括：具有底部炉床部分以及从底部炉床部分向上延伸的对置壁的辐射加热区；至少 一个位于所述辐射加热区中的管状加热盘管；炉床燃烧器部，其包含多个与所述底部炉床相邻设置并且构造成使用高于化学计量量的空气燃烧的包含多个炉床燃烧器；以及壁式燃烧器部，其包含与所述对置壁相邻设置并且构造成沿所述辐射加热区中的对置壁使用小于化学计量量的空气燃烧的多个壁式燃烧器。 
另一个实施例是用于具有炉床燃烧器部与壁式燃烧器部的气体加热器的燃烧模式。该燃烧模式包括用小于燃烧用的化学计量量的空气运行壁式燃烧器部，并且向炉床燃烧器部进料另外的空气，从而导致总净过量的空气被进料至加热器中。在一些情况下，当气体加热器为具有加热盘管的热解加热器时，与其中使用相同的燃料分配模式但是使用至少化学计量量的空气运行壁式燃烧器部的燃烧模式相比，本发明的燃烧模式将沿加热盘管的长度最大与最小外表面温度之间的差减小至少10K。在一些情况下，当气体加热器为具有加热盘管的热解加热器时，与其中使用相同的燃料分配模式但是使用至少化学计量量的空气运行壁式燃烧器部的燃烧模式相比，本发明的燃烧模式将沿加热盘管的长度最大热通量减小至少4％。 
附图简述 
图1是在具有炉床燃烧器的加热器的燃烧室内的典型燃烧模式的示意图。 
图2显示通过具有用高过量空气运行的炉床燃烧器的加热器的流动模式。 
图3是热解加热器的简化垂直横截面表示。 
图4是炉床燃烧器的横截面。 
图5是计算流体动力学模拟，其显示在根据常规燃烧模式运行的乙烯炉的整个高程(elevation)上的典型金属温度曲线。 
图6是计算流体动力学模拟，其显示在根据本公开的燃烧模式的一个实施方案运行的乙烯炉的整个高程上的典型金属温度曲线。 
图7是计算流体动力学模拟，其显示在常规热解加热器的整个高程上的典型垂直通量曲线。 
图8是计算流体动力学模拟，其显示在根据本公开的燃烧模式的一个实施方案运行的炉的整个高程上的垂直通量曲线。
图9A和9B是显示在使用常规燃烧条件(图9A)和根据本公开的燃烧模式的一个实施方案(图9B)的燃烧合成气燃料的乙烯炉的整个高程上的出口管金属温度曲线的图。 
详细描述 
本文中公开的实施方案包括可用于热解炉如乙烯炉中的燃料燃烧系统的燃烧模式。所述燃烧模式包括多个在富燃料条件下运行的壁式燃烧器。燃烧壁式燃烧器燃料所需的余量空气通过多个炉床燃烧器供给，所述炉床燃烧器在高于化学计量空气的条件下运行。与在相同燃料燃烧条件下但是在炉床燃烧器和壁式燃烧器中使用化学计量或接近化学计量的空气/燃料分配模式运行的炉相比，改变燃烧室内空气分配的净结果是管金属温度的显著降低。所公开的燃烧模式增加了在需要工艺管的除焦之前的运行长度，和/或允许加热器在保持等于或长于常规炉运行方法的运行长度的同时在严酷性增加(燃烧室中的较高温度)的条件下运行。 
如本文中使用的，“壁式燃烧器部”是包括壁式燃烧器并且任选地包括其它与壁式燃烧器相连的用于空气和/或燃料的附加引入点的加热器的部分。在本公开中，引入“至一个或多个壁式燃烧器”的空气和/或燃料包括通过壁式燃烧器直接引入的空气和/或燃料，并且还包括通过与壁式燃烧器相连的其它引入点加入至壁式燃烧器中的空气和/或燃料。与壁式燃烧器“相连”的空气和/或燃料引入点被典型地安置于距壁式燃烧器约1/3至5米。 
如本文中使用的，“炉床燃烧器部”是包括炉床燃烧器并且任选地包括其它与炉床燃烧器相连的用于空气和/或燃料的附加引入点的加热器的部分。在本公开中，引入“至一个炉床燃烧器”或“至多个炉床燃烧器”的空气和/或燃料包括通过炉床燃烧器直接引入的空气和/或燃料，并且还包括通过与炉床燃烧器相连的其它引入点加入到炉床燃烧器中的空气和/或燃料。与炉床燃烧器“相连”的空气和/或燃料引入点典型地被安置于距炉床燃烧器约1/3至5米。位于炉床燃烧器和壁式燃烧器之间的空气和/或燃料引入点被认为与更近的那个燃烧器相连。位于两个壁式燃烧器或两个炉 床燃烧器之间的空气和/或燃料引入点被认为与两个燃烧器中更近的那个相连。 
如本文中使用的，“空气与燃料的混合物”是指一起引入的空气与燃料的组合。空气与燃料可以在引入之前预混或可以在引入之后混合。 
在乙烯加热器中，由在工艺盘管内部上结焦所导致的对传热的阻碍增加所引起的加热盘管的外表面的典型温度升高为每天约1-3K。当工艺管由高温冶金构造时，典型的最大机械可允许管金属温度为约1388K。炉运行循环时间由可允许的金属温度上升确定。可允许的金属温度上升被定义为初始清洁盘管金属温度与最大机械可允许金属温度之间的差除以由结焦导致的每日温度上升。如果系统以相同的燃烧速率运行，则管金属温度降低15°K将导致在需要除焦之前的运行时间增加约5-10天。如果需要保持相同的在清洁之前的循环时间，则如果初始管金属温度下降了的话，系统可以在较高燃烧速率下运行，从而增加结焦所致的每日温度上升。较高的燃烧速率将导致转化率或炉能力增加。 
在以10-15％过量空气运行的常规炉中，炉内建立烟道气再循环模式。来自炉床燃烧器的燃烧的垂直流沿壁上升直至其接触壁式燃烧器。在这点上，沿壁径向燃烧的壁式燃烧器的动量接触来自炉床燃烧器的垂直流。在这点上，垂直流踢离(kick off)壁并且形成涡旋。常规情况显示于图1中，其显示表现由来自炉床燃烧器的无重量颗粒的释放所确定的流动模式的计算流体动力学(CFD)模拟。在壁式燃烧中没有如此多的能量，因而涡旋短且被扰乱。此外，炉床流不再附着于壁。形成涡旋的点通常是放热最大并且因而金属温度最高的点。 
如果火焰朝向盘管“翻滚”，则壁稳定的燃烧将火焰向壁回拉。它还增加炉床燃烧器流的垂直动量，并且因而提供对将此流踢离壁并且形成涡旋的壁式燃烧器的更多抵抗。在许多情况下，涡旋在燃烧室中较高处出现。 
当壁燃烧器在显著低于化学计量燃烧(例如，≤85％的包括任何通过壁式燃烧器下方的壁注入的燃料的理论空气值)下运行，而炉床燃烧器用高过量空气运行，包括任何用于炉床燃烧器上的底部燃烧器或二级分级尖端的燃料时，炉床流具有远高于壁式燃烧器流的流能量。因为来自壁的空气/燃料混合物低于化学计量，所以燃烧较慢(极需氧)并且辐射强度较小。因 此炉床流可以处于支配地位。 
低于化学计量壁式燃烧器燃烧允许更好、更均匀的涡旋形成(在高于最低行的壁式燃烧器的高度(level))并且因而通过控制放热或燃烧曲线来平滑通量曲线。因此，金属温度较低。图2显示当将空气从壁式燃烧器移至炉床燃烧器时得到的流的较平滑的路线。图1和2中显示的模拟使用基于对炉的总燃烧过量10％的空气。 
在一些情况下，在壁式燃烧器中使用低于化学计量量的燃料，并且在炉床燃烧器中加入另外的空气以产生总计至少化学计量条件，而在许多情况下总计10-15％过量的空气，导致最大管金属温度对于常规燃料下降约10至约70K的量，或约12至约40K的量，或约15至约30K的量。降低的幅度取决于壁式燃烧器与炉床燃烧器相比的相对燃烧，结果是，对于具有较高百分比的燃烧壁式燃烧器的炉具有较高值。对于合成气，作为在壁式燃烧器中使用低于化学计量量的空气并且在炉床燃烧器中添加另外空气的结果，最大管金属温度的降低可以为约10至约80K，或约12至约50K，或约15至约40K。较高的值反映燃料组成的不同。 
在许多情况下，在壁式燃烧器中使用低于化学计量量的燃料，并且在炉床燃烧器中添加另外的空气以产生总计至少化学计量条件，而在许多情况下总计10-15％过量空气，由此导致沿盘管的长度的最大热通量下降至少3至约15％，或约4至约12％，或约5至约10％。 
如本文中使用的，“常规燃料”是指当它们进入炉中时以蒸气形式存在的包含甲烷、氢和高级烃的混合物。常规燃料的非限制性实例包括精炼或石化燃料气、天然气或氢。如本文中使用的，“合成气”被定义为包含一氧化碳和氢的混合物。合成气燃料的非限制性实例包括石油焦炭、减压残余物、煤或原油的气化或部分氧化的产物。本文中使用的全部比率和百分比值均基于质量，除非另外具体指出。 
图3显示热解加热器10的横截面。加热器10具有辐射加热区14和对流加热区16。设置在对流加热区16中的是热交换表面18和20，它们在此方案下被示出用于预热烃进料22。此区域还可以包括用于产生蒸汽的热交换表面。将来自对流区的预热进料在24处进料至总体标示为26的位于辐射加热区14中的加热盘管。来自加热盘管26的裂化产物在30处离开。 加热盘管可以是包括垂直和水平盘管的任意所需构造。 
辐射加热区14包含标示为34和36的壁以及底面或炉床42。安装在底面上的是垂直燃烧炉床燃烧器46，其在辐射加热区14内部指向上方。每个燃烧器46容纳在炉床42上与壁34和36中的一个相对的瓦管48中。 
炉床燃烧器可以具有不同的设计。在图4显示的布置中，炉床燃烧器46包括在炉床42上与壁34相对的燃烧器瓦管48，主燃烧空气和燃料通过壁34进入加热器中。这些燃烧器46中的每一个都包含用于主燃烧空气的一个或多个开口49以及用于燃料的一个或多个主燃料喷嘴50。此外，可以有阻流板以建立湍流并且允许火焰保持在瓦管中(未显示)。可以有位于瓦管外部的另外的燃料喷嘴52。在其它实施方案中，开口49和燃料喷嘴50不是燃烧器46用空气和燃料的唯一来源。相反，在接近燃烧器46处另外的开口和燃料喷嘴(未图示)，从而使得这些另外的开口和燃料喷嘴与燃烧器46相连。 
除了炉床燃烧器以外，壁式燃烧器56也包括在燃烧室的上部中。壁式燃烧器56安装于壁上。壁式燃烧器设计为产生铺展在整个壁上的平坦火焰模式，从而避免盘管管上的火焰碰撞。空气流通过以下几种方式产生：炉的自然通风；通过将燃料用于将空气吸入到炉内的文丘里系统，由位于对流加热区16的出口处的风扇产生的诱导通风；或上述的组合。将燃料注入燃烧器中的若干位置。第一级燃料在入口50处注入流动的空气流中，以引发通常在瓦管开口内的燃烧并且提供进入燃烧室中的垂直加速度。此加速度将火焰沿壁向上推。对于设计为用较低NOx运行的燃烧器，典型地在瓦管的边缘处安置二级燃料喷嘴52。此喷嘴将燃料“分级”到流动的空气流。通过分级燃料，燃烧的速率由于燃料-空气混合所需的时间而减慢，从而导致较低的温度和因而减少NOx。这些二级喷嘴通常被认为是炉床燃烧器系统的一部分。取决于注入的角度，来自喷嘴52的燃料在燃烧器瓦管上方的不同高度处到达空气流。这导致最大燃烧点的升高或降低。 
炉床燃烧器和壁式燃烧器通常设计为各自独立运行，并且典型地在空气与燃料比率特别意在实现化学计量燃烧或在许多情况下略微高于化学计量燃烧(例如过量10％空气)的条件下运行。某些常规燃烧器运行方法的缺点在于，它们产生强烈的最大燃烧的点，从而导致在炉中的该点处在热 解盘管上的热点(hot spot)。热点当炉在近化学计量燃烧的条件下运行时产生，并且比当远离化学计量燃烧运行时更强烈。避免热点的一种方法包括将过量空气引入炉中。然而，引入过量空气还趋于降低炉的总热效率。 
一种调节炉内燃烧温度的已知途径包括燃料分级，或移动燃烧区外部的燃料以及使燃料与过量空气混合的过程。如以上指出的，常规炉床燃烧器使用略高于化学计量条件的燃料与空气的混合物(约过量10-15％的空气)运行。这些条件在燃烧室中产生僵直火焰，并且在盘管上有最小火焰碰撞。在NOx需求开始的条件下，使用了燃料分级。对于使用炉床燃烧器的系统，“二级”炉床燃烧器燃料在距离引发燃烧的“第一级混合物”的位置非常远的点处被引入。在这些条件下，随着倾斜的火焰向上移动到燃烧室中，“二级”燃料缓慢混入火焰中，并且在净较低温度下完成燃烧。当在炉中采用壁式燃烧器时，得到的放热曲线是控制燃烧室的下部的放热特性的炉床燃烧器的结果，同时壁式燃烧器控制燃烧室的上部的放热特性。在同时使用炉床燃烧器和壁式燃烧器的炉中，来自底面的高放热在燃烧室中产生“热点”，其产生放热曲线中的对应高点。 
来自任何燃烧器的热点的位置和强度依赖于特定燃料与空气的混合物的燃料燃烧动力学。燃烧越接近化学计量，热点的温度越高。此外，在接近化学计量或近化学计量条件下，峰值燃烧发生在距燃烧器一定距离的位置处，即，远离燃烧开始的点。燃烧的动力学和混合空气与燃料的动力学限定火焰的放热曲线。典型地，火焰的下部冷，但是随着混合发生，释放更多的热，其最终产生高放热的集中区域或“热点”。 
在同时使用炉床燃烧器和壁式燃烧器的炉中，来自底面的高放热产生燃烧室中的“热点”，其产生放热曲线中对应的高点。最大放热的点典型地在沿壁垂直向上移动的来自炉床燃烧器的燃烧与从壁式燃烧器径向移动的来自壁式燃烧器的燃烧会合的点处。在相反方向上移动的燃烧混合物趋于扩大任何热点。来自燃烧的最大放热的点限定对工艺盘管最大热通量以及因而最大管金属温度的点。 
本文中公开的用于运行烃类热解用热解加热器的方法提供一种燃烧模式，在该燃烧模式中炉床燃烧器用高于用于在炉床燃烧器处引入的燃料燃烧的化学计量量的空气运行，而壁式燃烧器用小于基于在壁式燃烧器处引 入的燃料的量的化学计量量的空气运行。在一些实施方案中，该方法通过将空气围绕燃烧室分配以实现特定空气/燃料比率来提供具有基本上均一的放热曲线的辐射加热区。这与现有已知实践相反，在现有已知实践中对于热解加热器，燃料围绕燃烧室移动(分级)，但是任何给定的燃烧器的净空气与燃料比保持在略高于化学计量的窄范围内。 
在本文中描述的某些实施方案中，壁式燃烧器空气与燃料的混合物具有不多于燃烧用的化学计量量的空气的约85％。在一些情况下，壁式燃烧器空气与燃料的混合物具有介于燃烧用的化学计量量的空气的约50％至80％。炉床燃烧器提供过量空气从而导致进入加热器的空气总量比化学计量量过量约10-15％。考虑到单一炉床燃烧器的燃烧为单一壁式燃烧器的燃烧的约6至10倍，因此炉床燃烧器中过量空气的量取决于在低于化学计量条件下运行的壁式燃烧器的数目。重要的标准是壁式燃烧器在低于化学计量条件下的运行。在一些实施方案中，炉床燃烧器在过量约15％至约100％的空气、或过量约20％至约90％的空气、或有时过量约20％至约80％空气的条件下运行。过量空气的量取决于炉床燃烧器和壁式燃烧器所需的具体燃烧模式以及使用的具体燃料。通常，用于整个炉的总过量空气保持在与实现良好热效率一致的过量约10-15％的空气。所公开的燃烧模式导致若干效果： 
与常规的炉运行条件相比，使用过量空气的炉床燃烧器火焰具有较低温度。这导致NOx减少和稳定火焰。 
来自炉床燃烧器火焰的过量空气与来自壁式燃烧器的富燃料流出物混合，并且与常规的炉运行条件相比在燃烧室中较高高程处燃烧。这减少炉床燃烧器-壁式燃烧器相互作用，从而防止炉床燃烧器的垂直火焰从壁分离和形成热点。其还是减少NOx的原因。 
较高质量的垂直移动的炉床空气允许在燃烧室的顶部更好的燃料-空气混合，从而导致对于热解盘管的上部的放热改善和更大通量。 
尽管不意在受理论所限，据信这些效果归因于由在炉床燃烧器处引入的大量过量空气与小于壁式燃烧器用的化学计量空气结合所导致的燃烧模式的改变。典型地，炉在过量10-15％的空气下运行以确保燃料的完全且稳定的燃烧。在根据所公开的燃烧模式运行的炉中，来自炉床燃烧器的 较高过量空气垂直增加燃烧气体的质量流。来自炉床燃烧器的较高量过量空气和由减少的空气导致的壁处的较低燃烧“强度”结合，从而在常规炉床/壁式燃烧炉中产生热点的点处产生动量的差并且将火焰从壁的脱离最小化。所公开的燃烧模式还改变室中“典型的”热流动模式，从而增加涡旋区的长度。低于化学计量的燃料与空气的混合物在壁式燃烧器中使用允许壁式燃烧器燃料在富燃料环境中的迅速燃烧，直至可用的空气几乎耗尽，之后随着富燃料混合物与引入炉床燃烧器中的来自燃烧室的下部的过量空气混合改变成更逐步的燃烧。因而，炉床燃烧器中更多过量空气与壁式燃烧器中低于化学计量空气的组合还减少NOx并且提供更平滑的横穿燃烧室的垂直长度的放热曲线，和促进更均匀的盘管金属温度与盘管冶金的更好使用。总之，如由以下提供的数据证明的，根据所公开的燃烧模式运行热解炉，通过实现管金属温度与盘管上方贯穿燃烧室的高程的通量曲线的更大均一性而改善盘管利用。 
应当理解，仅出于示例目的以及为了本文中公开的燃烧方法可以被更充分地理解而提供以下实施例。这些实施例不意在以任何方式限制本公开的范围，除非另外具体指出。 
实施例1 
图5和6表示来自计算流体动力学(CFD)模拟的数据，以示出使用常规燃烧模式和本文中所述的新的燃烧模式燃烧甲烷/氢燃料的乙烯炉各自的垂直温度曲线。对于全部实施例的计算流体动力学模拟使用得自Fluent，Inc.的一种可商购计算软件包Fluent进行。本领域中已知的其它软件包可以用于本发明以产生本文中描述的结果。 
对于两种燃烧模式，乙烯炉燃烧共计348MM BTU/hr并且燃料分配包括84％至炉床燃烧器和16％至单列壁式燃烧器。壁式燃烧器安置于炉床上方约31英尺(9.45米)的距离处。模拟显示作为从炉床燃烧器至炉顶部的高程的函数的管金属温度。多条线表示盘管在任何高程处圆周上的各种位置。在两种情况下均使用没有文丘里型系统的炉床燃烧器。“常规情况”具有实现略高于化学计量空气的尺寸的开口和通风。新的实施方案的实施例具有实现比常规情况更高的空气流量的尺寸的开口和通气(对于炉床燃 烧器中第一级和二级燃料的总和)。 
在图5中乙烯炉根据常规燃烧模式运行，其中壁式燃烧器和炉床燃烧器均具有19.6的空气与燃料比率，其表示过量约10％的化学计量的空气。 
在图6中，乙烯炉具有相同的燃料分配模式，例如84％的燃料在炉床燃烧器中而16％的燃料在壁式燃烧器中。但是，与图5的常规燃烧模式相反，壁式燃烧器被设计为使用空气与燃料质量比为9.8或燃烧所需化学计量的空气的约50％条件下运行。未注入壁式燃烧器中的空气的量(mass)移至炉床燃烧器中。在壁式燃烧器的较小负载的情况下，壁式燃烧器中空气与燃料比率的显著变化没有空气与燃料比率对炉床燃烧器的影响那么大。炉床燃烧器在空气与燃料比率为21.5即表示约过量21％的空气的条件下运行。整个炉(炉床燃烧器和壁式燃烧器)总体在过量10％的空气下运行。 
比较两幅图，由图6的燃烧模式产生的管金属温度曲线较平坦，这表明盘管长度上最大与最小温度之间的差较小。盘管高度上较平坦的温度曲线还表明改善的盘管利用和较低的峰值金属温度。此外，尽管对应于图5和6的实施例均具有相同的往工艺盘管的热输入，但是最接近图6的火焰(顶部曲线)的管表面具有1293K的最大温度，而图5中显示的常规方法得到1308K的最高管表面温度。差为15K。对于图6，可以看到，盘管的顶部(较高高程)吸收显著更大量的热。在此区域中金属温度没有降低，因而表明在该点处向盘管的热通量较低。热解盘管的底部具有类似状态，这由类似的金属温度证明。更均匀的热通量表示盘管的更好利用。 
实施例2 
图7和8表示来自CFD模拟的数据以示出燃烧相同甲烷/氢燃料的乙烯炉的各自垂直热通量曲线。情况与图5和6中显示的相同。炉根据常规燃烧模式和本文中描述的新的燃烧模式的实施方案运行。在图7中，该图在距燃烧室的底部约9米的高程处具有1.2e+5w/m2的明确“峰值热通量”。这是在该加热器中单列壁式燃烧器的高程处。与盘管的中部相比，盘管的顶部和底部相对较冷。因此，图7的更明确的峰值示出“热点”的存在，所述“热点”由于在常规燃烧条件下的燃烧室中在炉床燃烧器火焰与壁式燃烧器火焰相遇的点处增加通量而形成。 
图8的曲线没有显示图7中明显的盘管的顶部、底部和中部之间的极端的热通量差。因此，本公开的燃烧模式产生较平坦的通量曲线，其在炉床上方约11米的高程处或显著高于壁式燃烧器的列的高程处具有最大通量1.12×105w/m2。最大热通量的降低为约6.7％。此降低转化成最大管金属温度的15K降低。 
实施例3 
当燃烧替换燃料时，围绕燃烧室移动空气的效果还更明显。进行CFD模拟，其中热解炉用合成气代替常规的90∶10的甲烷∶氢混合物进行燃烧。该合成气的组成为： 
表1
    常规燃料   合成气
  摩尔％    
  CH4   90   0
  H2   10   37.1
  CO   0   43.6
  CO2   0   19.3
  总计   100   100
  热值(BTU/lb)   22000   4280
  空气/燃料(化学计量  比)   17.5   2.6
按每单位燃料计，合成气燃料需要显著更低量的空气。用于此合成气燃料的化学计量的空气与燃料比为2.6。 
图9A和9B是显示贯穿在常规燃烧条件下和在根据本发明的实施方案的条件下燃烧合成气燃料的乙烯炉的高程的各自出口管金属温度曲线的图。图9A和9B表示来自乙烯炉的CFD模拟的数据，在所述乙烯炉中45％的燃料分配给炉床燃烧器，而55％的燃料分配给沿炉安置的六(6)列壁式燃烧器。 
在图9A中，用于所有燃烧器(炉床燃烧器和壁式燃烧器)的空气与燃料质量比均为3.02，其反映过量15％的空气条件。如该图表明的，常规燃烧模式产生最大温度为1355K的“锥形”温度曲线。由于燃料中较高的氢含量，因此此燃料的燃烧进行得非常迅速。应当指出，氢组分具有非常高的放热并且燃烧迅速。这导致在炉中较低的非常强烈的最大燃烧的点。 
在图9B中，使用相同的乙烯炉和燃料分配模式；然而，进入壁式燃烧器的空气降低至化学计量量的63％或空气与燃料质量比为2.19(包括用于壁稳定而在壁上燃烧的燃料)。将余量的空气导入炉床燃烧器中。在高得多的百分比的燃料在壁式燃烧器中燃烧并且这些燃烧器在低于化学计量的条件运行的情况下，炉床燃烧器在化学计量过量的60％的情况下运行。如图9B的曲线图中示出的，使用的燃烧模式对管金属温度具有显著的效果。该图不是锥形峰而是最大温度为1280K的平滑曲线。如与常规燃烧条件相比，炉根据本文中所述的新的燃烧模式运行，导致最高管金属温度降低75K。 
实施例4
进行CFD模拟，其中对常规燃料进行三种不同程度的燃烧。由于壁式燃烧器中的空气降至低于化学计量，导致管金属温度逐渐降低。燃料为90/10的甲烷氢混合物。结果在下面显示于表2中。 
Figure G2008800247064D00171
Figure G2008800247064D00181
表2显示燃料比率变化、最高管金属温度(TMT)移动。最高炉床空气导致最低金属温度(案例4-2)。 
本文中描述的实施方案在烯烃的制备中特别有用，并且可用于在采用常规以及低NOx燃烧器的系统中。所述实施方案在采用较多数目的壁式燃烧器的情况下以及使用替换燃料的情况下特别有用。 
尽管参照乙烯炉描述了实施方案，但是所述燃烧模式并不限于这样的燃烧器，或它们的布置或细节。包括使用壁式燃烧器和炉床燃烧器的组合燃烧的炉，其中所述壁式燃烧器在小于所需化学计量的空气的约80％、或在所需化学计量的空气的50％至80％之间的条件下运行，而余量的空气在炉床燃烧器处引入，所述炉床燃烧器在过量约20％至100％的空气的条件下运行。还可以使用更高量的空气。范围还不受炉内的壁式燃烧器和/或炉床燃烧器的模式或位置的限制。类似地，在不偏离本文中描述的实施方案的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以想到其它变化、改变和备选方案。 

Claims (34)

1.一种运行加热器的方法，所述加热器包括：辐射加热区，所述辐射加热区包含：包括炉床燃烧器部的下部和包括壁式燃烧器部的上部；至少一个位于所述辐射加热区中的管状加热盘管，所述加热盘管具有长度；所述炉床燃烧器部包含与所述底部炉床相邻设置的、用于在所述辐射加热区中燃烧的多个炉床燃烧器；并且所述壁式燃烧器部包含与对置壁相邻设置的多个壁式燃烧器，所述方法包括：
向所述壁式燃烧器部中引入空气与燃料的第一混合物，所述空气与燃料的第一混合物具有低于用于引入所述壁式燃烧器部的燃料的燃烧的化学计量量的空气，和
向所述炉床燃烧器部引入空气与燃料的第二混合物，所述空气与燃料的第二混合物具有高于用于引入所述炉床燃烧器部的燃料的燃烧的化学计量量的空气，
引入所述炉床燃烧器部和壁式燃烧器部的空气的总量至少是化学计量量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述空气与燃料的第一混合物包含不多于所述用于燃烧的化学计量量的85％的空气。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述空气与燃料的第一混合物包含所述用于燃烧的化学计量量的50％至80％的空气。
4.根据权利要求1所述的方法，其中引入每个所述壁式燃烧器的空气与燃料的混合物具有低于用于引入所述壁式燃烧器中的燃料的燃烧的化学计量量的空气。
5.根据权利要求4所述的方法，其中引入每个所述炉床燃烧器的空气与燃料的混合物具有高于用于引入所述炉床燃烧器中的燃料的燃烧的化学计量量的空气。
6.根据权利要求2所述的方法，其中引入每个所述壁式燃烧器的空气与燃料的混合物具有低于用于引入所述壁式燃烧器中的燃料的燃烧的化学计量量的空气。
7.根据权利要求4所述的方法，其中所述多个炉床燃烧器供给所述用于引入所述壁式燃烧器部中的燃料的燃烧的化学计量量的空气的余量。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述加热器在比用于全部燃烧的化学计量量的空气多10-15％的条件下运行。
9.根据权利要求1所述的方法，其中多于用于引入所述炉床燃烧器部中的燃料的燃烧的化学计量量的空气包含过量20％至100％的空气。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述壁式燃烧器部和所述炉床燃烧器部中的至少一个包括用于空气和燃料中的至少一种的附加引入点。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料含有至少25摩尔％氢气。
12.根据权利要求1所述的方法，其中与在壁式燃烧器部中引入化学计量量的空气的系统相比，在壁式燃烧器部中低于化学计量量的空气的使用减小沿所述加热盘管的温度差。
13.一种运行加热器的方法，所述加热器包括：辐射加热区，所述辐射加热区包含：包括炉床燃烧器部的下部和包括壁式燃烧器部的上部；至少一个位于所述辐射加热区中的管状加热盘管；所述炉床燃烧器部包含与所述底部炉床相邻设置的、用于在所述辐射加热区中燃烧的多个炉床燃烧器；并且所述壁式燃烧器部包含与对置壁相邻设置的多个壁式燃烧器，所述方法包括：
向所述壁式燃烧器部中引入空气与燃料的第一混合物，所述空气与燃料的第一混合物具有少于用于燃烧的化学计量量的空气；
在基本上平行于所述加热盘管的长度的方向上向所述炉床燃烧器部引入空气与燃料的第二混合物，所述空气与燃料的第二混合物具有多于用于燃烧的化学计量量的空气；和
在所述辐射加热区中燃烧所述燃料与空气，其中在所述壁式燃烧器部引入的空气和一部分燃料以第一燃烧速率燃烧，并且在所述炉床燃烧器部引入的一部分空气与在所述壁式燃烧器部引入的一部分燃料以第二燃烧速率燃烧，所述第二燃烧速率低于所述第一燃烧速率。
14.根据权利要求13所述的方法，其中沿所述加热盘管的长度的温度差比沿用于这样的加热器的相同加热盘管的温度差小至少10K，这样的加热器是其中在所述壁式燃烧器部引入化学计量量的空气的使用相同总流量的燃料和空气的加热器。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述空气与燃料的第一混合物具有的空气不多于用于燃烧的化学计量量的空气的85％。
16.根据权利要求13所述的方法，其中所述空气与燃料的第二混合物具有的空气比用于燃烧的化学计量量的空气多20％-100％。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述壁式燃烧器部包括用于空气和燃料中的至少一种的附加引入点。
18.根据权利要求13所述的方法，其中所述炉床燃烧器部包括用于空气和燃料中的至少一种的附加引入点。
19.根据权利要求13所述的方法，其中所述加热器在比全部化学计量量的空气多至少10％的条件下运行。
20.根据权利要求13所述的方法，其中所述燃料含有至少25摩尔％氢气。
21.一种加热器，所述加热器包括：
a.辐射加热区，包含：包括炉床燃烧器部的下部和包括壁式燃烧器部的上部；
b.至少一个位于所述辐射加热区中的管状加热盘管，所述加热盘管具有长度；
c.所述炉床燃烧器部包含与所述底部炉床部相邻设置的多个炉床燃烧器，所述炉床燃烧器部被构造为在高于化学计量量的空气的条件下燃烧；和
d.所述壁式燃烧器部包含多个壁式燃烧器，所述壁式燃烧器被构造为在小于化学计量量的空气的条件下在所述辐射加热区中沿对置壁燃烧，
所述加热器被构造为在至少过量10％的空气的条件下运行。
22.根据权利要求21所述的加热器，其中用于燃烧所述壁式燃烧器的空气的余量在所述炉床燃烧器处引入。
23.根据权利要求21所述的加热器，其中所述炉床燃烧器部包括用于空气和燃料中的至少一种的附加引入点。
24.根据权利要求21所述的加热器，其中所述壁式燃烧器部包括用于空气和燃料中的至少一种的附加引入点。
25.根据权利要求21所述的加热器，其中所述壁式燃烧器部在小于85％的化学计量量的空气的条件下燃烧。
26.根据权利要求21所述的加热器，其中所述炉床燃烧器部在比化学计量量的空气多20％-100％的条件下燃烧。
27.根据权利要求21所述的加热器，其中所述壁式燃烧器部在50％-80％的化学计量量的空气的条件下燃烧，并且所述炉床燃烧器部至少供给用于引入所述壁式燃烧器中的燃料的燃烧的化学计量量的空气的余量。
28.根据权利要求21所述的加热器，其中所述炉床燃烧器和壁式燃烧器用含有至少25摩尔％氢的燃料运行。
29.一种用于具有下面的炉床燃烧器部和上面的壁式燃烧器部的气体加热器的燃烧模式，所述燃烧模式包括：将空气和燃料的混合物在小于用于燃烧的化学计量量的空气的条件下引入到所述壁式燃烧器部，并且向所述炉床燃烧器部进料另外的空气，从而导致总净过量的空气被进料至所述加热器中。
30.根据权利要求29所述的燃烧模式，其中所述壁式燃烧器部在小于85％的化学计量量的空气的条件下燃烧。
31.根据权利要求29所述的燃烧模式，其中所述炉床燃烧器部在比化学计量量的空气多20％-100％的条件下燃烧。
32.根据权利要求29所述的燃烧模式，其中所述气体加热器是具有加热盘管的热解加热器，并且与具有其中使用相同的燃料分配模式，但是使用至少化学计量量的空气运行所述壁式燃烧器部的燃烧模式的相同加热器相比，所述燃烧模式将沿所述加热盘管长度的最大和最小外表面温度之间的差减小至少10K。
33.根据权利要求29所述的燃烧模式，其中所述气体加热器是具有加热盘管的热解加热器，并且与具有其中使用相同的燃料分配模式，但是使用至少化学计量量的空气运行所述壁式燃烧器部的燃烧模式的相同加热器相比，所述燃烧模式将沿所述加热盘管长度的最大热通量减少至少4％。
34.一种运行加热器的方法，所述加热器包括：辐射加热区，所述辐射加热区包含：包括炉床燃烧器部的下部和包括壁式燃烧器部的上部；至少一个位于所述辐射加热区中的管状加热盘管；用于在所述辐射加热区中燃烧的包含与所述底部炉床相邻设置的多个炉床燃烧器的炉床燃烧器部；以及所述壁式燃烧器部包含与对置壁相邻设置的多个壁式燃烧器，所述方法包括：
向所述壁式燃烧器部中引入空气与燃料的第一混合物，所述空气与燃料的第一混合物包含不多于用于燃烧的化学计量量的85％的空气，所述空气与燃料的第一混合物具有少于用于燃烧的化学计量量的空气；
在基本上平行于所述加热盘管的方向上，向所述炉床燃烧器部引入空气与燃料的第二混合物，所述空气与燃料的第二混合物包含比用于燃烧的化学计量量多20％-100％的空气，所述空气与燃料的第二混合物具有多于用于燃烧的化学计量量的空气；和
在所述辐射加热区中燃烧所述燃料与空气，其中在所述壁式燃烧器部引入的空气和一部分燃料以第一燃烧速率燃烧，并且在所述炉床燃烧器部引入的一部分空气与在所述壁式燃烧器部引入的一部分燃料以低于所述第一燃烧速率的第二燃烧速率燃烧，以降低所述加热器的所述壁式燃烧器部中的总燃烧速率，
其中所述加热器在全部空气比化学计量量多至少10％的条件下运行。
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