CN204903187U - 燃烧系统应用设计和试验设备 - Google Patents
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Abstract
一种燃烧系统应用设计和试验设备，包括：对至少两种试验燃料气体进行混合并输出至少一种混合燃料气体的混气系统；与混气系统连接的至少一个炉子和/或火炬试验系统，炉子内配备有供工艺流体流通的管道和加热工艺流体的燃烧器并从混气系统接收至少一种混合燃料气体以供燃烧器燃烧而产生热量，火炬试验系统构造成混气系统接收至少一种混合燃料气体以进行燃烧；与炉子和/或火炬试验系统相关联并检测和/或采集它们的至少一个工艺参数的工艺参数探查系统；和与工艺参数探查系统通信的控制系统，其构造成从工艺参数探查系统接收至少一个工艺参数并根据该工艺参数来调整混气系统和/或炉子和/或火炬试验系统的至少一个设计参数。
Description
技术领域
本实用新型涉及尤其是石油化学工业中的燃烧系统领域，更具体地涉及一种燃烧系统应用设计和试验设备。
背景技术
燃烧系统(例如加热炉和火炬)是石油化学工业中的重要装备。传统上，人们可通过一些基本的设计准则和模型来设计燃烧系统。随着经济的发展和社会的进步，市场对于燃烧系统的原料和产品种类的需求趋于多样化，对燃烧系统的环保要求也越来越高。鉴于燃烧系统的工艺复杂性，需要了解新设计的燃烧系统在实际工作条件下的工作状况，以此来校验或优化燃烧系统的设计，从而确保其满足特定的客户需求和规定的环境要求。
因此，有必要开发一种针对燃烧系统的各种不同应用和需求来设计和测试燃烧系统的设备。
实用新型内容
本实用新型的目的由此在于提供一种燃烧系统应用设计和试验设备，其能够按照客户的应用需求模拟和测试燃烧系统在实际工作条件下的工作状况，并根据测试结果来验证或优化燃烧系统的设计，以确保其满足特定的客户需求和规定的环境要求。
根据本实用新型的燃烧系统应用设计和试验设备包括：混气系统，所述混气系统构造成对至少两种试验燃料气体进行混合并输出至少一种混合燃料气体；与所述混气系统连接的至少一个炉子和/或与所述混气系统连接的火炬试验系统，所述炉子内配备有供工艺流体流通的管道和对所述管道内的工艺流体加热的燃烧器，所述炉子构造成接收来自所述混气系统的至少一种混合燃料气体以供所述燃烧器燃烧而产生热量，所述火炬试验系统构造成接收来自所述混气系统的至少一种混合燃料气体以进行燃烧；与所述炉子和/或所述火炬试验系统相关联的工艺参数探查系统，所述工艺参数探查系统构造成检测和/或采集所述炉子的和/或所述火炬试验系统的至少一个工艺参数；和与所述工艺参数探查系统通信的控制系统，所述控制系统构造成从所述工艺参数探查系统接收所述炉子的至少一个工艺参数并根据该工艺参数来调整所述混气系统和/或所述炉子的至少一个设计参数，和/或从所述工艺参数探查系统接收所述火炬试验系统的至少一个工艺参数并根据该工艺参数来调整所述混气系统和/或所述火炬试验系统的至少一个设计参数。
有利地，所述混气系统可包括对所述试验燃料气体的混合流量进行控制的流量测控装置，和/或对所述混合燃料气体的成分进行分析的在线分析装置。
作为示例性的构型，所述炉子包括立式方箱炉和/或卧式方箱炉，而所述燃烧器包括顶烧式、底烧式、侧烧式或辐射附墙式燃烧器。
所述工艺参数探查系统可包括配置在所述炉子内的压力传感器、温度传感器、燃烧产物采样装置和热通量测量装置中的至少一者。
有利地，在所述炉子上还可开设有观察窗口，用以查看所述炉子的内部状况，这也可视为所述炉子的一种工艺参数。
例如，所述火炬试验系统的工艺参数包括火炬热通量、火焰形貌、火焰锋温度分布和火炬烟气成分中的至少一者。
有利地，所述火炬试验系统包括火炬以及连接在所述混气系统和所述火炬之间的火炬气储罐和火炬气流量测控装置。
在一个实施例中，所述设备包括所述炉子和所述火炬试验系统两者，并且所述炉子与所述火炬试验系统可连接成使得所述炉子中的燃烧所产生的烟气被输送至所述火炬试验系统进行进一步的燃烧。
根据本实用新型的上述一个或多个方面的燃烧系统应用设计和试验设备，能利用混气系统来精确地混合出不同客户的各种燃烧系统应用所需的不同种类的混合燃料气体，并供给至构型多样的炉子和/或火炬来模拟实际工况下的各种燃烧过程，然后能利用工艺参数探查系统来监测和收集燃烧过程的关键测试数据，并根据这些数据来验证和/或调整燃烧系统的设计，从而确保所设计的燃烧系统满足特定的客户需求和规定的环境要求。
附图说明
图1是根据本实用新型的燃烧系统应用设计和试验设备的一种示例性构型的结构框图。
图2至4分别是根据本实用新型的燃烧系统应用设计和试验设备中的三种示例性炉子的示意图；
图5和6分别是根据本实用新型的燃烧系统应用设计和试验设备中的火炬试验系统的一种示例性构型的结构框图和示意图。
具体实施方式
下面参照附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
图1示意性地示出根据本实用新型一个实施例的燃烧系统应用设计和试验设备100的总体结构。设备100主要包括混气系统1、至少一个炉子2和/或一火炬试验系统5、工艺参数探查系统3和控制系统4。
混气系统1构造成对至少两种试验燃料气体进行混合并输出至少一种混合燃料气体。所述试验燃料气体可为按照客户的应用需求所选择的任何种类的燃料气体，包括而不限于在图1的实施例中示出的氢、天然气、丙烷、二氧化碳和氮中的两种或更多种。各种试验燃料气体以预定的流量、压力和温度输入至混气系统1。混气系统1尤其可包括对试验燃料气体的混合流量进行控制的流量测控装置11。在图1所示的实施例中，混合系统1输出了两种混合燃料气体A和B，它们分别可包括混合种类和混合比例不同的多种试验燃烧气体。混气系统1还可包括在线分析装置12，在线分析装置12能对所述混合燃料气体的成分进行实时和精确的分析。包括流量测控装置11和在线分析装置12的混合系统1能实现对各种试验燃料气体的精确混合，以模拟出不同客户的多种燃烧系统应用所需的不同种类的混合燃料气体。
混气系统1可例如经由管路连接到至少一个炉子2，以将从混合系统1输出的至少一种混合燃料气体输送给炉子2。炉子2可例如为石油化工领域常见的管式加热炉，在炉子内配备有供工艺流体流通的管道(未示出)和对管道内的工艺流体加热的燃烧器(以图1中的火焰示意性地示出)。具体说来，炉子2构造成接收来自混气系统1的混合燃料气体以供燃烧器燃烧而产生热量，所产生的热量通过辐射和对流传递给管道，进而经由管道壁传递给管道内的工艺流体，以达到加热工艺流体的目的。在被加热到特定温度的情况下，管道内的工艺流体能发生各种化学和/或物理反应，从而生成期望的产物。应当指出，为了使燃烧器燃烧，除了燃料气体之外，还要向燃烧器供给优选为富氧的助燃空气。助燃空气在被引入炉子2之前可被预热，以提高炉子的燃烧和传热效率。此外，为了确保燃烧器的安全操作，可向燃烧器单独供给一路天然气以保证燃烧器长明灯的稳定工作。另外，炉子2可与给水系统21连接，以向炉子通入冷水以及从炉子输出热水，从而为炉子实现必要的冷却和热量回收。炉子2中的燃烧所产生的烟气可从烟囱22例如排向大气或被收集作进一步处理。
所述至少一个炉子2的具体构型可包括，例如而不限于，立式方箱炉和/或卧式方箱炉，而所述燃烧器可例如包括顶烧式、底烧式、侧烧式或辐射附墙式燃烧器。不同构型的炉子2与不同构型的燃烧器的结合能够用来进行各种不同的应用模拟。图2-4分别示出了不同的炉子和燃烧器的三种示例性的组合。在图2中，炉子为立式方箱炉，燃烧器的燃烧取向为顶烧和底烧，其可优选地应用于诸如低Nox重整/裂解、焦化、除焦(De-coker)、原油常压/真空蒸馏等操作的应用模拟。在图3中，炉子为卧式方箱炉，燃烧器的燃烧取向为侧烧，其可优选地应用于例如催化脱氢工艺和催化重整工艺(包括但不限于UOP公司的OleflexTM和PlatformingTM)的应用模拟。在图4中，炉子为立式方箱炉，燃烧器的燃烧取向为辐射附墙式，其可优选地应用于例如各种常规裂解或重整的应用模拟。在一个实施例中，燃烧系统应用设计和试验设备100可恰好包括图2-4所示类型的上述三种炉子。当然，炉子2不限于上述的形状和取向，而是可采用本领域中已知的任意其它构型(例如，圆筒型)。另外，这些炉子的通风形式可为自然通风或强制通风。
设备100还包括与炉子2相关联的工艺参数探查系统3，其构造成检测和/或采集炉子2的至少一个工艺参数。工艺参数探查系统3可例如包括配置在炉子内的压力传感器、温度传感器、燃烧产物采样装置和热通量测量装置(如红外相机)中的一者或多者。压力传感器和温度传感器可在炉子内沿各个方向固定在各个位置，而燃烧产物采样装置和热通量测量装置可设定成能够移动到炉子的任意位置。这样，工艺参数探查系统3可检测和/或采集炉子内的各个位置的温度和压力，以及关于燃烧产物和热通量分布等的数据，从而能够了解炉子内的燃烧状况特征。有利地，燃烧气体可由燃烧产物采样装置采集并被送至气体分析装置(例如，混气系统1中的在线分析装置)进行成分分析。此外，在炉子2上可开设有观察窗口，设备操作人员可通过该窗口查看或用照相机/摄影机拍摄炉子的内部状况，例如火焰形貌(形状、大小、颜色)等，所得到的观察或拍摄结果也可视为由工艺参数探查系统3采集到的炉子2的工艺参数。有利地，上述观察窗口可根据炉子2的设计而在竖直方向或水平方向上沿炉子的中部设置。
由工艺参数探查系统3检测和/或采集到的炉子2的上述各种参数数据可传送给燃烧系统应用设计和试验设备100的控制系统4。控制系统4构造成与工艺参数探查系统3通信并接收这些参数数据，并且根据它们来调整混气系统1和/或炉子2的至少一个设计参数。这些设计参数可例如包括混气系统1中各种试验燃料气体的种类、混合比例、温度、压力、流量等；炉子2的燃料气体和助燃空气的入炉流量和温度，燃烧器及其喷嘴的类型、燃烧器的位置和数量；给水系统的水流量等，以及本领域技术人员已知的其它参数。控制系统4可为基于计算机的自动控制设备，不过也可以是设备操作人员自己。通过反复进行上述设计参数的调整，能够优化燃烧系统的设计，以确保满足客户的应用需求和环保标准。
根据本实用新型的燃烧系统应用设计和试验设备100还可包括与混气系统1连接并与工艺参数探查系统3相关联的火炬试验系统5作为前述炉子2的附加或替换。如图5和6所示，火炬试验系统5构造成接收来自混气系统1的至少一种混合燃料气体以进行燃烧。火炬试验系统5可包括形式为在顶部开口的封闭燃烧室的火炬51，以及连接在混气系统1和火炬51之间的火炬气储罐52和火炬气流量测控装置53。来自混气系统1的混合燃料气体经由气体压缩机60可调地加压后可作为试验火炬气(模拟实际生产中火炬气的成分、温度和压力等)被输送到火炬气储罐52，然后在流量测控装置53的控制下以可调的预定流量供给到火炬51进行燃烧。可选地，前述至少一个炉子2可与火炬试验系统5连接成使得炉子2中的燃烧所产生的烟气也被输送到火炬试验系统5进行进一步的燃烧。这里，为了辅助火炬燃烧以及抑制燃烧产生的黑烟和噪声，还可如图6所示向火炬51供给蒸汽。此外，也可向火炬51单独地供给天然气以保证火炬长明灯的工作，以便能够随时点燃火炬。火炬51可例如为多点或单点的高压/小型常规式，其燃烧方式可为顶烧/侧烧。
工艺参数探查系统3也可检测和/或采集火炬试验系统5的至少一个工艺参数。例如，工艺参数探查系统3可利用红外相机系统来检测火炬燃烧的辐射热通量，可利用照相机/摄像机来拍摄火焰的形貌(包括大小、形状、颜色等)，可利用温度传感器(热电偶)来检测火焰锋的温度分布，以及利用燃烧产物采样系统和分析装置来收集和分析火炬烟气的成分，等等。上述这些工艺参数可同样发送给控制系统4，控制系统4根据它们可评判火炬燃烧状况并且适当地改变混气系统和/或火炬试验系统的至少一个设计参数，例如混气系统1中各种试验燃料气体的种类、混合比例以及流量测控装置53的流量开度等，以实现火炬51的反馈调整，从而优化火炬51的设计。
根据本实用新型的燃烧系统应用设计和试验设备100可包括前述的至少一个炉子2和火炬试验系统5中的任一者或两者。在同时包括这两者的情况下，有利地，火炬试验系统5可与前述的至少一个炉子2同时工作。
在根据本实用新型的燃烧系统应用设计和试验设备100的上述各个系统之中，在需要记录数据的系统(如在线分析系统、工艺参数探查系统等)上可连接有参数数据记录装置，以便于数据的保存、分析和整理，也有助于为燃烧系统的设计开发经验数据系统。
上面借助具体实施例对本实用新型的燃烧系统应用设计和试验设备进行了描述。对于本领域技术人员而言显而易见的是，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可对上文所公开的实施例作出各种修改和变型。本说明书及其公开的示例应被认为只是示例性的，本实用新型的真正范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种燃烧系统应用设计和试验设备(100)，包括：
混气系统(1)，所述混气系统构造成对至少两种试验燃料气体进行混合并输出至少一种混合燃料气体；
与所述混气系统连接的至少一个炉子(2)和/或与所述混气系统连接的火炬试验系统(5)，所述炉子内配备有供工艺流体流通的管道和对所述管道内的工艺流体加热的燃烧器，所述炉子构造成接收来自所述混气系统的至少一种混合燃料气体以供所述燃烧器燃烧而产生热量，所述火炬试验系统构造成接收来自所述混气系统的至少一种混合燃料气体以进行燃烧；
与所述炉子和/或所述火炬试验系统相关联的工艺参数探查系统(3)，所述工艺参数探查系统构造成检测和/或采集所述炉子(2)的和/或所述火炬试验系统(5)的至少一个工艺参数；和
与所述工艺参数探查系统(3)通信的控制系统(4)，所述控制系统构造成从所述工艺参数探查系统接收所述炉子(2)的至少一个工艺参数并根据该工艺参数来调整所述混气系统(1)和/或所述炉子(2)的至少一个设计参数，和/或从所述工艺参数探查系统接收所述火炬试验系统(5)的至少一个工艺参数并根据该工艺参数来调整所述混气系统(1)和/或所述火炬试验系统(5)的至少一个设计参数。
2.根据权利要求1所述的燃烧系统应用设计和试验设备(100)，其特征在于，所述混气系统(1)包括对所述试验燃料气体的混合流量进行控制的流量测控装置(11)，和/或对所述混合燃料气体的成分进行分析的在线分析装置(12)。
3.根据权利要求1所述的燃烧系统应用设计和试验设备(100)，其特征在于，所述炉子(2)包括立式方箱炉和/或卧式方箱炉。
4.根据权利要求3所述的燃烧系统应用设计和试验设备(100)，其特征在于，所述燃烧器包括顶烧式、底烧式、侧烧式或辐射附墙式燃烧器。
5.根据权利要求1所述的燃烧系统应用设计和试验设备(100)，其特征在于，所述工艺参数探查系统(3)包括配置在所述炉子(2)内的压力传感器、温度传感器、燃烧产物采样装置和热通量测量装置中的至少一者。
6.根据权利要求1所述的燃烧系统应用设计和试验设备(100)，其特征在于，在所述炉子(2)上开设有用以查看所述炉子的内部状况的观察窗口。
7.根据权利要求1所述的燃烧系统应用设计和试验设备(100)，其特征在于，所述火炬试验系统(5)的工艺参数包括火炬热通量、火焰形貌、火焰锋温度分布和火炬烟气成分中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的燃烧系统应用设计和试验设备(100)，其特征在于，所述火炬试验系统(5)包括火炬(51)以及连接在所述混气系统(1)和所述火炬之间的火炬气储罐(52)和火炬气流量测控装置(53)。
9.根据权利要求1所述的燃烧系统应用设计和试验设备(100)，其特征在于，所述设备包括所述炉子(2)和所述火炬试验系统(5)两者，并且所述炉子与所述火炬试验系统连接成使得所述炉子中的燃烧所产生的烟气被输送至所述火炬试验系统进行进一步的燃烧。
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Cited By (1)
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| CN106153362A (zh) * | 2015-03-30 | 2016-11-23 | 霍尼韦尔国际公司 | 燃烧系统应用设计和试验设备 |
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2015
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