CN1958439B - 炉内的火焰矫正 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在使用燃料分段运输的燃烧器的蒸汽甲烷重整炉或者乙烯裂化炉内产生矫正火焰的方法和炉子。燃料的分段运输可用来减少氮氧化物的释放。本发明提供了产生矫正火焰的标准。这些标准和氧化剂管道的几何形状以及炉子的几何形状有关。本发明也提供了修改炉子和/或燃烧器以获得这些标准的技术。

Description

炉内的火焰矫正
技术领域
本发明涉及一种在炉内产生矫正火焰的方法和炉子，尤其涉及一种在具有多排反应腔(例如工艺管)和多排低氮氧化物燃烧器的顶烧式以及底烧式炉内产生矫正火焰的方法和炉子。
背景技术
大的顶烧式和底烧式多排炉(例如重整炉和乙烯裂化炉)具有复杂的炉内气体流型。不合要求的气体流型会使火焰偏斜并造成工艺管的局部过热，因此影响了这种炉子的性能。
图1所示一种传统的具有顶烧式结构的蒸汽甲烷重整炉101。原料气(蒸汽+天然气)从填满重整催化剂的工艺管180的顶部供应。原料气在填充有催化剂的工艺管180中重整以形成合成气(主要是H2、CO、CH4、H2O和CO2)，该合成气从工艺管180的底部附近排出。燃烧器111产生火焰130以提供吸热的重整反应所必需的热量。接着，排出的合成气在例如变压吸附器(PSA)中进一步精炼或提纯以生成氢产品。剩余的气体会作为燃料被送回到燃烧器111。
图1中，举例说明的多个燃烧器111具有典型的炉内气体流型(在最左侧)。火焰喷射带走炉内气体，因此在火焰130区域内形成回流循环。在火焰下面，炉内气体类似于塞状流向下流动，并最后经耐火的燃料隧道122的侧入口流出。
在使用传统的舌焰的众多顶烧式多排炉中，炉子的几何形状，如图1所示，使火焰周围有充足的流通面积，并会在炉子的较上部分内形成回流区，这有助于使火焰130平直。
在纵横比大于0.8的炉内实施新的低氮氧化物燃烧器技术的过程中，发明人发现用低氮氧化物燃烧器替换传统的燃烧器有时会产生偏斜的火焰，这会导致反应腔，也就是工艺管不均匀加热的问题。如图2所描绘的，新的低氮氧化物燃烧器产生更宽的火焰31，该火焰朝着某些反应腔80偏斜或倾斜。弯曲并冲击反应腔的火焰使得反应腔壁局部加热，并使工艺气体的温度在排和排之间变化(即，某些排的反应腔“热”，而另一些排的反应腔“较冷”)。这导致某些反应腔壁过热、壁温度不均匀、工艺气体温度从一个工艺集管到另一个存在很大偏差、辐射效率不佳以及会减少炉子及其部件的寿命。
发明人尝试一些普通的方法来减少大型箱式炉内的火焰偏斜，也就是矫正火焰。这些方法包括：
调整发生火焰冲击的几个燃烧器的燃料：通过减少所选中的燃烧器的燃烧速度来减少火焰强度。因此可以避免过热或者热点区。但是，在许多情况下，问题只不过从一个炉子转移，并出现在另一个炉子中。
改变燃料喷嘴：位于热点区(或燃烧器排)的几个燃烧器喷嘴由小孔径(低燃烧速度)的喷嘴代替。
改变火焰的化学计量：热点区燃烧器的燃料量减少，但是燃烧空气的流量保持不变。这造成炉子所选中区域内发生贫燃料燃烧。贫燃料燃烧有助于减少火焰最高温度和过热。
使侧排燃烧器处于低燃烧速度：这用于各种大型炉子，该炉子的侧排燃烧器的燃烧速度是中间排燃烧器的燃烧速度的60％-70％。侧排燃烧器就是邻近炉子侧壁设置的燃烧器。减少侧排燃烧器的燃烧速度意在阻止这些燃烧器的火焰弯向炉子的中央。
这些方法被证明不能解决问题。此外，其中的一些方法不是长久的解决方法，而更适合暂时的解决，这种解决常常降低炉子的性能。在炉内气体模式不稳定的炉子内，一个区域内的任何稳定火焰或者矫正火焰的努力会导致另一个区域内的不良影响。换句话说，问题只不过从一个区域转移到另一个区域。这些方法不能消除与火焰互相作用的炉内气体有关的问题。
希望有一种方法和炉子能够在具有多排燃烧器和多排反应腔的炉内使用低氮氧化物燃烧器产生矫正的火焰。
希望有一种方法和炉子能够在具有多排燃烧器和多排反应腔的炉内使用低氮氧化物燃烧器产生矫正的顶烧式或者底烧式的火焰。
希望有一种方法和炉子能够在多排反应腔之间提供均匀的工艺气体温度而不会使反应腔过热。
希望有一种方法和炉子能够在使用低氮氧化物燃烧器的炉内减少火焰的偏斜，以及因而发生的火焰冲击反应腔。
希望有一种方法和炉子能够在使用低氮氧化物燃烧器的炉内产生矫正的火焰的同时充分地利用炉子的燃烧空间以提高炉子效率。
希望有一种方法和炉子能够在纵横比大于0.8并使用低氮氧化物燃烧器的炉内产生矫正的火焰。
希望有一种方法和炉子能够在具有多排燃烧器和多排反应腔的炉内使用低氮氧化物燃烧器产生矫正的火焰，其中任何一个火焰的偏斜被引向相邻的火焰而不是引向反应腔。
发明内容
本发明涉及一种在炉内产生矫正的火焰的方法和炉子。该方法包括将一种氧化剂引入多个氧化剂管道，其中，多个氧化剂管道的每一个都具有一个与炉子的第一内部末端最接近的与炉子内部流体连接的出口。炉子的第一内部末端具有水平投影面积。在从炉子的第一内部末端到炉子的第二内部末端之间的平均距离的30％处，氧化剂管道出口限定了一个合并的水平投影的紊流自由射流面积。炉子的第二内部末端与第一内部末端相对。
该方法还包括将燃料引入多个燃料管道内，其中，多个燃料管道的每一个都具有一个与炉子的第一内部末端最接近的与炉子内部流体连接的出口。该多个燃料管道相对于多个氧化剂管道间隔开。
该方法还包括在炉子内部将燃料和氧化剂混合，并因而使燃料和氧化剂反应以形成多个火焰部。
该方法还包括将多个火焰部的热传递给多个反应腔，其中，该多个反应腔从炉子的第一内部末端横穿至炉子的第二内部末端。该多个反应腔具有与多个氧化剂管道间隔开并与多个燃料管道间隔开的末端部。
该方法还包括将在从炉子的第一内部末端到炉子的第二内部末端之间的平均距离的30％处的合并的水平投影的紊流自由射流面积减少到占第一内部末端的水平投影面积的10％-105％，或者90％-105％，或者90％-104％。
本发明还涉及一种在炉内产生矫正火焰的炉子。该炉子包括一个具有水平投影面积的第一内部末端和一个与第一内部末端相对的第二内部末端。
该炉子还包括多个与第一内部末端最接近的氧化剂管道，其中，多个氧化剂管道的每一个都具有一个与炉子内部流体连接的出口。在从第一内部末端到第二内部末端之间的平均距离的30％处，该多个氧化剂管道出口限定了一个合并的水平投影的紊流自由射流面积。在第一内部末端至第二内部末端之间的平均距离的30％处的该合并的水平投影的紊流自由射流面积为第一内部末端的水平投影面积的10％-105％，或者90％-105％，或者90％-104％。
该炉子还包括多个与第一内部末端最接近的燃料管道。该多个燃料管道的每一个都具有与炉子内部流体连接的出口。该多个燃料管道相对于多个氧化剂管道间隔开。
该炉子还包括多个拉长的反应腔，该反应腔从第一内部末端横穿至第二内部末端。该拉长的多个反应腔具有与多个氧化剂管道以及多个燃料管道间隔开的末端部。
在本发明的实施方式中，炉子可以任选地包括一个装置，其用来减少在从第一内部末端到第二内部末端之间的平均距离的30％处的合并的水平投影的紊流自由射流面积。
附图说明
图1是举例说明一炉子横截面图的示意图，该炉子具有向下点火的舌焰。
图2是举例说明一炉子横截面图的示意图，该炉子具有向下点火的偏斜的宽火焰。
图3是举例说明一炉子横截面图的示意图，该炉子具有向下点火的矫正过的宽火焰。
图4是举例说明一炉子平面图的示意图。
图5是举例说明一炉子平面图的示意图，绘有氧化剂管道的水平投影的紊流自由射流面积。
图6是举例说明一炉子平面图的示意图，绘有未使用的氧化剂管道。
图7是举例说明一炉子平面图的示意图，绘有用于减少氧化剂管道出口横截面积的装置。
图8是举例说明燃料管道朝向相邻的氧化剂管道中心线转角度的示意图。
具体实施方式
在发明的一个实施方式中，本发明涉及一种在炉内产生矫正火焰的方法。参照图3，其举例说明了炉子1的横截面图，本发明的方法包括将氧化剂引入到多个氧化剂管道11中。该氧化剂包括氧，并可以另外包括燃料和/或燃烧产物。氧化剂可以是空气。氧化剂可包括至少10％体积的氧。氧化剂可由燃料和空气在预燃器内预燃形成，并经由氧化剂管道引入。氧化剂可处于环境温度，或者可被加热至环境温度以上。
氧化剂管道11具有与炉子1的内部流体连接的出口12，其中该出口12与炉子1的内部末端50最接近。氧化剂出口12可与内部末端50齐平。如图3所示，炉子1也具有与内部末端50相对的内部末端60。内部末端以炉壁的内表面为特征。氧化剂管道11可以具有相似或者不同的几何形状。氧化剂出口12可具有相似或者不同的横截面积。
如图3所举例说明的例子，用于顶烧式炉子的内部末端50是炉顶或者炉子的上端，而内部末端60是炉底或者炉子的下端。虽然展示的是一个平表面，但是内部末端50可以是倾斜的或者是拱形的。
在图3所举例说明的实施方式中，氧化剂基本上垂直向下的引入炉内。为了公开的目的，基本上垂直向下是指在垂直方向的10度以内。
如图4所举例说明的炉子1的平面图，内部末端50具有表现为矩形阴影面积的水平投影面积71。水平投影面积就是以垂直于水平面的方向投影在水平面上的面积。在内部末端50不是平表面的情形下，例如是倾斜表面或者拱形表面，该表面也可以投影在水平面上以形成水平投影面积。典型地，一种工业规模的重整炉可具有46.5m2(500ft2)至464.5m2(5000ft2)的水平投影面积。
如图5所描绘的，每一个氧化剂出口12在从内部末端50至内部末端60之间的平均距离的30％处限定了一个水平投影的紊流自由射流面积85。加在一起，这些水平投影的紊流自由射流面积85表示一个合并的水平投影的紊流自由射流面积。该水平投影的自由射流面积和水平面上的射流的横截面积有关。
紊流的自由射流面积由下列公式计算得出：
A jet = π 4 D jet 2 , 其中
D jet = D o + 2 L tan θ 2
Do是氧化剂出口12的直径，典型地为0.203m(8in)至0.508(20in)。在出口直径Do不是圆形的情形下，使用水力直径。投影面积在长度L处计算。为了本发明公开的目的，L被设定为内部末端50至内部末端60的总距离的30％，在图3中，总距离实际上就是露出的反应腔80的长度或者所谓的被加热长度。从内部末端50至内部末端60的总距离不包括例如隧道122和/或炉瓦延伸物(未示出)的突出。典型地，反应腔长度可为6.1m(20ft)至15.24m(50ft)。在内部末端50至内部末端60之间的距离变化的情形下，使用平均距离。θ是按半速边界被定义为总封闭角度的紊流自由射流展角，其中射流轴向速度减少为射流轴局部最大值的一半。该角度选20°[Perry的化学工程手册，第6版，5-22页]至24°[F.W.White，粘性液体流，McGraw Hill，纽约，1974，第509页]的值。为了本公开内容，θ为22°。如上定义的，紊流自由射流面积基于氧化剂管道和炉子的物理几何形状。
合并的水平投影的紊流自由射流面积是各个计算得出的紊流自由射流面积的简单总和。不用考虑各个自由射流面积的重叠。通过这种计算方法，合并的水平投影的紊流自由射流面积可大于炉子的横截面积。
再次参照图3，本发明的方法包括将燃料引入多个燃料管道21内。燃料可以是现有技术中任何已知的用于蒸汽甲烷重整炉和/或乙烯裂化炉的燃料。燃料可以包括甲烷、天然气、精炼的可燃气体、PSA废气、重整炉尾气以及其他轻质烃中的至少一种。如图3所示，至少一些燃料与氧化剂被分开地引入炉子。有时候，这被称为燃料分段运输，其可以有效地减少炉子释放的氮氧化物，如US6773256和US6866503所描述的，这两个美国专利都转让给Air Products and Chemicals公司。
多个燃料管道21可与单个氧化剂管道11相连。燃料管道21具有与炉子1内部流体连接的出口22，其中，出口22最接近于炉子1的内部末端50。燃料管道出口22可与内部末端50齐平，或者燃料管道21可以延伸进入炉子，这样出口22就位于氧化剂出口12的下游。燃料管道21可具有相似或者不同的几何形状。燃料出口22可具有相似或者不同的横截面积。燃料出口22可具有如US6866503所描述的特有横截面。
来自于多个燃料管道21的燃料和来自于多个氧化剂管道11的氧化剂在炉子的内部混合，并因此反应形成多个火焰部30。虽然一些燃料和氧化剂可预先混合并经氧化剂管道11引入，但至少一些燃料和氧化剂在炉子内部混合，因此使用了所谓的燃料分段运输。
来自于多个火焰部30的热量被传递至多个拉长的反应腔80。在蒸汽甲烷重整炉的情形下，反应腔80至少部分地填充重整催化剂。在乙烯裂化炉的情形下，反应腔80可以或者可以不至少部分地填充乙烯裂化催化剂。适当的重整催化剂或者乙烯裂化催化剂是现有技术中惯用和已知的。反应腔80从内部末端50横穿炉子至内部末端60。反应腔80具有一个与多个氧化剂管道11和燃料管道21间隔开的末端部81。工艺气体可以在反应腔80中流动，其与炉内燃烧气体的主体流同向流动或者反向流动。
发明人已经发现，尤其是对于纵横比大于0.8的炉子，如果没有提供足够的空间用于循环炉内气体，则炉子1内的火焰可能会偏斜和/或不稳定。不稳定、偏斜的火焰会相对于其他反应腔80不均衡地加热某些反应腔80。
通常，内部末端50的宽度和长度分别与炉子的宽度和长度相同。为了公开，炉子的纵横比被限定为内部末端50的纵横比。内部末端50的纵横比(炉子的纵横比)是炉子宽度的尺寸和排长度尺寸(炉子的内部尺寸)的比值。排的长度与第一排的方向有关，而宽度与第二排的方向有关。
如图6所示，氧化剂管道11可排列成第一和第二排。反应腔80也可以排列成第一和第二排。反应腔80的第一排相应于最接近的排。如图6所示，线E-E穿过反应腔80的第一排。氧化剂管道11的第一排在结构公差范围内与反应腔80的第一排平行排列。例如，线D-D经过氧化剂管道11的第一排。第二排在结构公差的范围内垂直于反应腔80的第一排排列。例如，线A-A穿过氧化剂管道的第二排。
关于传统燃烧器和低氮氧化物燃烧器的安装方案的观察总结于表1中。该表体现了四种不同的炉子。情形1和情形2是相同的炉子。归一化的反应腔长度就是用情形1的炉子的反应腔长度归一化的反应腔的长度。情形1、2和5涉及具有大于0.8的大炉子纵横比的炉子，而情形3和4涉及具有小于0.8的小炉子纵横比的炉子。情形1至4涉及使用燃料分段运输的炉子，而情形5涉及的炉子没有使用燃料分段运输。表1中的“30％处的面积比”是由从炉子第一内部末端至炉子的第二内部末端之间的平均距离的30％处得到的合并的水平投影紊流自由射流面积除以内部末端50的水平投影面积得到的计算值。
情形3和4的结果显示，30％处的面积比对于纵横比小于0.8的炉子来说可能不这么重要，这是因为面积比为127％和130％的情形下，没有观察到火焰冲击反应腔。
情形5的结果显示，30％处的面积比对于炉子的纵横比大于0.8，且没有使用燃料分段运输燃烧器的炉子来说可能不这么重要，这是因为面积比为128％的情形下，没有观察到火焰冲击反应腔。
但是，情形1和2举例说明了一个重要的发现。情形1和2涉及炉子的纵横比大于0.8，且使用燃料分段运输的燃烧器的炉子。在情形1中，其30％处的面积比是108％，可以观察到火焰冲击反应腔，但是对于30％处的面积比为104％的情形2，却没有观察到火焰冲击反应腔。
情形2不同于情形1是因为有五个未使用的氧化剂管道(下边会进一步描述)减少了30％处的面积比。与未使用的氧化剂管道关联的燃料管道也未被使用。
这些结果显示，对于纵横比大于0.8并使用燃料分段运输的燃烧器的炉子来说，当30％处的面积比大约为104％或者更小时，火焰冲击反应腔80可以避免。
表1
Figure S061E3290020061110D000081
根据本发明的实施方式，从内部末端50至内部末端60之间的平均距离的30％处的合并水平投影紊流自由射流面积减少到占内部末端50的水平投影面积的10％-105％。从内部末端50至内部末端60之间的平均距离的30％处的合并的水平投影紊流自由射流面积可以减少到占内部末端50的水平投影面积的90％-105％、或者90％-104％。
通过减少内部末端50至内部末端60之间的平均距离的30％处的水平投影紊流自由射流面积，提供了用于循环炉内气体的充分空间，因此矫正了火焰并更均匀地加热反应腔80。
内部末端50至内部末端60之间的平均距离30％处的水平投影紊流自由射流面积可通过多种方法减少。它可以通过向多个氧化剂管道11中的至少一个停止引入氧化剂而得到减少。当氧化剂的引入基本上或者完全停止时，就形成了未使用的氧化剂管道。当空气的所得射流缺少穿透从内部末端50至内部末端60的平均距离的10％所必须的动力时，氧化剂的引入基本上停止。对于没使用的氧化剂管道来说，对合并的水平投影的紊流自由射流面积的贡献是零。将燃料引入到与没使用的氧化剂管道关联和/或相邻的燃料管道21的动作也可以停止。
将氧化剂引入到多个氧化剂管道可以停止以减少从内部末端50至内部末端60之间的平均距离的30％处的合并的水平投影紊流自由射流面积。发明人发现，当没使用的氧化剂管道位于共同的第二排时，可以获得更有利的结果。图6展示了一个实例，其具有三个未使用的氧化剂管道14以及相应的未使用的燃料管道24。所显示的未使用的氧化剂管道位于共同的第二排。
情形1和2证明了未使用的氧化剂管道的正面影响。在情形2中，在炉子中央未使用位于第二排的五个氧化剂管道。对于每一个反应腔，使用一个光学高温计来测量接近于炉底的管壁温度。情形1和2的反应腔壁温的总标准偏差分别是51°F和34°F。
减少内部末端50至内部末端60之间的平均距离的30％处的合并的水平投影紊流自由射流面积的另一个方法是减少多个氧化剂管道出口中的至少一个的横截面积。从水平投影的紊流自由射流面积的计算中可以很容易地看出，氧化剂管道出口的横截面积的减少影响了从内部末端50至内部末端60之间的平均距离的30％处的合并水平投影紊流自由射流面积。氧化剂出口的横截面积可以通过例如加入耐热套或者陶瓷套来减少。该套可以是类似于管状的部件或者是被设计能安装在氧化剂管道内的衬套。图7举例说明了三个配有套15的氧化剂管道。
另一个用来减少内部末端50至内部末端60之间的平均距离的30％处的合并水平投影紊流自由射流面积的方法是用具有较小直径的氧化剂管道出口的炉瓦来代替其中至少一个炉瓦。
发明人还发明，燃料引入的角度会影响火焰的矫正。在图8所举例说明的本发明的一个实施方式中，该方法还包括将燃料以朝向相连的氧化剂管道11中心线成角度地从至少一个燃料管道21引入到炉子内。该角度可以是与垂直方向成1-90度、或者与垂直方向成15-60度、或者与垂直方向成25-60度、或者与垂直方向成25-45度。
在使用相对于相连的氧化剂管道中心线成角度的十个燃料枪中的四个的情况下进行计算流体动力学模拟。该模拟显示，通过有角度地引入燃料，也使得从内部末端50至内部末端60之间的平均距离的30％处的合并水平投影紊流自由射流面积相对于内部末端50的水平投影面积来说可以更大。燃料朝着相邻的、相连的空气射流成一定角度调节减少了氧化剂管道的有效直径，这使得紊流自由射流的水平投影面积相对于内部末端50的水平投影面积而言更大。
在本发明的另一个实施方式中，本发明涉及一种能在炉内产生矫正火焰的炉子。该炉子可通过现有技术中的已知方式构造。参照图3，其举例说明了炉子1的横截面图，本发明的炉子包括多个氧化剂管道11。该多个氧化剂管道11可排列成第一排和第二排。氧化剂管道11具有与炉子1的内部流体连接的出口12，其中该出口12最接近于炉子1的内部末端50。如图3所示，炉子1也具有与内部末端50相对的内部末端60。炉子1可至少具有一个将内部末端50连接至内部末端60、并因此形成炉子内部的内表面。氧化剂管道11可具有相似的几何形状或者不同的几何形状。氧化剂出口12可具有相似的横截面积或者不同的横截面积。
如图4的炉子1的平面图中所举例说明的，内部末端50具有一个水平投影面积71，其由矩形阴影面积表示。水平投影面积就是以垂直于水平面的方向投影到水平面上的面积。在内部末端50不是平表面的情形下，例如是倾斜表面或者拱形表面，该表面也可以投影到水平面以得到一个水平投影面积。内部末端50可具有大于0.8的纵横比。
如图5所描绘的，在从内部末端50至内部末端60之间的平均距离的30％处，每一个氧化剂出口12限定了一个水平投影的紊流自由射流面积85。加在一起，这些水平投影的紊流自由射流面积85代表了一个合并的水平投影紊流自由射流面积。
再次参照图3，本发明的炉子包括多个燃料管道21。如图3所示，燃料管道21相对于氧化剂管道11间隔开。间隔开的燃料管道有时称作燃料分段运输枪，并且该分段运输燃料的技术可有效地减少上述炉子排出的氮氧化物。
多根燃料管道21可与单个氧化剂管道11相连。燃料管道21的数量可至少比氧化剂管道11的数量多四倍。或者如图4所示，燃料管道21的数量可至少比氧化剂管道11的数量多十倍。燃料管道21具有与炉子1的内部流体连接的出口22，其中该出口22最接近于炉子1的内部末端50。燃料管道出口22可以与内部末端50齐平，或者燃料管道21延伸进入炉子以使得出口22位于氧化剂出口12的下游。燃料管道21可具有相似的几何形状或者不同的几何形状。燃料出口22可具有相似的横截面积或者不同的横截面积。燃料出口22可具有如US6866503所描述的特有横截面。
在如图8所举例说明的本发明的一个实施方式中，燃料管道21可朝向相连的氧化剂管道11中心线成角度。该角度可以是与垂直方向成1-90度、或者与垂直方向成15-60度、或者与垂直方向成25-60度、或者与垂直方向成25-45度。
氧化剂管道11和燃料管道21可在炉瓦或者烧嘴砖内形成，其可以是耐火材料。
炉子还包括多个反应腔80。在蒸汽甲烷重整炉的情形中，反应腔80至少部分地填充重整催化剂。在乙烯裂化炉的情形中，反应腔80可以或者可以不至少部分地填充乙烯裂化催化剂。适当的重整或者乙烯裂化催化剂是现有技术中惯用并已知的。反应腔80从内部末端50横穿炉子至内部末端60。反应腔80具有与多个氧化剂管道11以及燃料管道21间隔开的末端部81。
根据本发明的一个实施方式，提供了这样的炉子1，其中从内部末端50至内部末端60之间的平均距离的30％处的合并水平投影紊流自由射流面积是内部末端50的水平投影面积的10％-105％。从内部末端50至内部末端60间的平均距离的30％处的合并水平投影紊流自由射流面积可以是内部末端50的水平投影面积的90％-105％、或者90％-104％。
炉子可以设计并构造成其从内部末端50至内部末端60间的平均距离的30％处的合并水平投影紊流自由射流面积是内部末端50的水平投影面积的10％-105％、或者90％-105％、或者90％-104％。另一选择是，炉子可以修改为其从内部末端50至内部末端60间的平均距离的30％处的合并水平投影紊流自由射流面积是内部末端50的水平投影面积的10％-105％、或者90％-105％、或者90％-104％。
修改的炉子可具有用来减少从内部末端50至内部末端60间的平均距离的30％处的合并水平投影紊流自由射流面积的装置。该用来减少合并水平投影紊流自由射流面积的装置可包括至少一个未使用的氧化剂管道。该用来减少合并水平投影紊流自由射流面积的装置可包括至少两个未使用的氧化剂管道。在这种情形下，该至少两个未使用的氧化剂管道可位于共同的第二排内。
该用来减少合并的水平投影紊流自由射流面积的装置可包括一个用来减少多个氧化剂管道中的至少一个的出口横截面积的装置。该氧化剂出口的横截面积可例如通过增加一个耐火套或者陶瓷套得到减少。该套可以是类似于管状的部件或者是被设计能安装在氧化剂管道内的衬套。图7举例说明了三个配有套15的氧化剂管道。
用来减少内部末端50至内部末端60之间的平均距离的30％处的合并的水平投影紊流自由射流面积的另一装置是用具有较小直径的氧化剂管道出口的炉瓦来代替其中至少一个炉瓦。
虽然本文参照某些特定实施方式进行描述和举例说明，但是本发明不受这些具体描述的限制。相反地，在权利要求等同物的范围内，以及不背离本发明实质的条件下可具体地进行各种变形。

Claims (20)

1. 一种在炉内产生矫正火焰的方法，包括：
将氧化剂引入到多个氧化剂管道内，多个氧化剂管道中的每一个都具有一个与炉子的第一内部末端最接近的与炉子内部流体连接的出口，炉子的第一内部末端具有一水平投影的面积，多个氧化剂管道出口在从炉子的第一内部末端至炉子的第二内部末端之间的平均距离的30％处限定了一个合并的水平投影的紊流自由射流面积，炉子的第二内部末端与炉子的第一内部末端相对；
将燃料引入多个燃料管道内，多个燃料管道中的每一个都具有一个与炉子的第一内部末端最接近的与炉子内部流体连接的出口，多个燃料管道相对于该多个氧化剂管道间隔开；
将燃料和氧化剂在炉子内部混合；
燃料和氧化剂反应而形成多个火焰部；
将多个火焰部的热量传递至多个反应腔，所述的多个反应腔从炉子的第一内部末端横穿至炉子的第二内部末端，所述的多个反应腔具有一末端部，该末端部相对于多个氧化剂管道间隔开，并且相对于多个燃料管道间隔开；以及
减少从炉子的第一内部末端至炉子的第二内部末端间的平均距离的30％处的合并的水平投影紊流自由射流面积至占第一内部末端的水平投影面积的10％-105％。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，从炉子的第一内部末端至炉子的第二内部末端间的平均距离30％处的合并的水平投影紊流自由射流面积被减少到占第一内部末端的水平投影面积的90％-105％。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，减少从炉子的第一内部末端至炉子的第二内部末端间的平均距离的30％处的合并的水平投影紊流自由射流面积的步骤包括停止向多个氧化剂管道中的至少一个引入氧化剂。
4. 如权利要求3所述的方法，还包括停止向多个燃料管道引入燃料，该燃料管道与所述停止引入氧化剂的多个氧化剂管道中的至少一个相邻。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，减少从炉子的第一内部末端至炉子的第二内部末端间的平均距离的30％处的合并的水平投影紊流自由射流面积的步骤包括停止向多个氧化剂管道中的至少两个引入氧化剂。
6. 如权利要求5所述的方法，其特征在于，该多个氧化剂管道中的至少两个位于共同的第二排。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，减少从炉子的第一内部末端至炉子的第二内部末端间的平均距离的30％处的合并的水平投影紊流自由射流面积的步骤包括减少多个氧化剂管道出口中的至少一个的横截面积。
8. 如权利要求1所述的方法，还包括基本上垂直向下地将氧化剂从多个氧化剂管道中的至少一个引入到炉内。
9. 如权利要求1所述的方法，还包括以朝着相邻的氧化剂管道中心线成角度地将燃料从多个燃料管道中的至少一个引入到炉内，其中该角度为与垂直方向成25-60度。
10. 一种炉子，包括：
具有水平投影面积的第一内部末端；
与第一内部末端相对的第二内部末端；
多个与第一内部末端最接近的氧化剂管道，多个氧化剂管道中的每一个具有一个与炉子内部流体连接的出口，所述的多个氧化剂管道出口在从第一内部末端至第二内部末端间的平均距离的30％处限定了一个合并的水平投影的紊流自由射流面积；
多个与第一内部末端最接近的燃料管道，多个燃料管道中的每一个具有一个与炉子内部流体连接的出口，所述的多个燃料管道相对于多个氧化剂管道间隔开；以及
多个拉长的反应腔，其从第一内部末端横穿至第二内部末端，该反应腔具有一个相对于多个氧化剂管道以及多个燃料管道间隔开的末端部；
其特征在于，从第一内部末端至第二内部末端间的平均距离的30％处的合并水平投影的紊流自由射流面积为第一内部末端的水平投影面积的10％-105％。
11. 如权利要求10所述的炉子，其特征在于，从第一内部末端至第二内部末端间的平均距离的30％处的合并水平投影的紊流自由射流面积为第一内部末端的水平投影面积的90％-105％。
12. 如权利要求10所述的炉子，其特征在于，第一内部末端具有大于0.8的纵横比。
13. 如权利要求10所述的炉子，其特征在于，燃料管道的数量比氧化剂管道的数量多至少4倍。
14. 如权利要求10所述的炉子，还包括用来减少从第一内部末端至第二内部末端间的平均距离的30％处的合并水平投影的紊流自由射流面积的装置。
15. 如权利要求14所述的炉子，其特征在于，用来减少从第一内部末端至第二内部末端间的平均距离的30％处的合并水平投影的紊流自由射流面积的装置包括用来减少多个氧化剂管道中的至少一个的出口横截面积的装置。
16. 如权利要求10所述的炉子，还包括至少一个未被使用的氧化剂管道。
17. 如权利要求10所述的炉子，还包括至少两个未被使用的氧化剂管道。
18. 如权利要求17所述的炉子，其特征在于，所述至少两个未被使用的氧化剂管道位于共同的第二排。
19. 如权利要求10所述的炉子，其特征在于，多个燃料管道中的至少一个朝着相邻的氧化剂管道中心线成一角度，其中该角度为与垂直方向成25-60度。
20. 一种炉子，包括：
具有水平投影面积以及纵横比大于0.8的第一内部末端；
与第一内部末端相对的第二内部末端；
多个与第一内部末端最接近的氧化剂管道，多个氧化剂管道中的每一个具有一个与炉子内部流体连接的出口，所述的多个氧化剂管道出口在从第一内部末端至第二内部末端间的平均距离的30％处限定了一个合并的水平投影的紊流自由射流面积；
多个与第一内部末端最接近的燃料管道，多个燃料管道中的每一个具有一个与炉子内部流体连接的出口，所述的多个燃料管道相对于多个氧化剂管道间隔开；以及
多个拉长的反应腔，其从第一内部末端横穿至第二内部末端，该反应腔具有一个相对于多个氧化剂管道以及多个燃料管道间隔开的末端部；
其特征在于，从第一内部末端至第二内部末端间的平均距离的30％处的合并水平投影的紊流自由射流面积为第一内部末端的水平投影面积的90％-104％。
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