TWI458920B - 加熱器及其操作方法 - Google Patents

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TWI458920B TW097118153A TW97118153A TWI458920B TW I458920 B TWI458920 B TW I458920B TW 097118153 A TW097118153 A TW 097118153A TW 97118153 A TW97118153 A TW 97118153A TW I458920 B TWI458920 B TW I458920B
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Description

加熱器及其操作方法
本文中揭示之實施例係關於加熱器，且更特定言之，係關於此等加熱器之有效設計及操作。
常在位於火加熱器中之管狀線圈中進行用於烯烴之生產的烴之蒸汽裂解或熱解。熱解過程被考慮為烯烴設備之核心，且對整個設備之經濟具有顯著影響。
烴原料可為廣泛多種典型裂解原料中之任一者，諸如，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、此等氣體之混合物、石腦油、汽油等。產品流含有多種組份；此等組份之濃度部分視選定之饋料而定。在習知熱解過程中，將汽化原料與稀釋蒸汽一起饋入至位於火加熱器內之管狀反應器。所需要的稀釋蒸汽之量視選定之原料而定；諸如乙烷之較輕原料需要較低蒸汽(0.2 lb./lb.饋料)，而諸如石腦油及汽油之較重原料需要0.5至1.0之蒸汽/饋料比。稀釋蒸汽具有降低烴之部分壓力及減小熱解線圈之污垢率的雙重功能。
輻射熱解線圈之內表面上之污垢為此等加熱器之運轉時間的決定性因素之一。隨著操作之時間增加，焦炭之累積形成對來自輻射火箱之熱轉移的抵抗。為了維持恆定的製程效能，如由線圈之恆定的出口溫度例示，必須維持至線圈的熱通量。線圈之內部上的焦炭層充當對熱通量之抵抗，且管之外部金屬溫度必須增加以允許經由較高抵抗之等效通量。加熱器在關閉前可操作以移除焦炭沈積物之時 間視兩個主要因素而定。第一者為污垢率。隨著焦炭在輻射加熱線圈上累積，出現污垢。隨著焦炭經沈積於線圈上，其抑制熱自線圈之轉移。結果，焦炭之累積需要將更多熱添加至系統以維持加熱器之效率。污垢率為製程負載(所需之熱通量)、稀釋蒸汽、在線圈之內部上的金屬表面處之溫度及原料自身之特性的函數。舉例而言，較重的饋料比較輕的饋料快得成為焦炭。需要使運轉時間最大化。
第二因素為輻射加熱線圈之構成。通常，線圈由金屬或金屬合金構成。金屬及合金對極端溫度敏感。亦即，若輻射線圈被曝露至其最大機械臨限值上之溫度，則其將開始惡化，從而引起對輻射加熱線圈之損壞。結果，必須仔細地監視典型熱解加熱器以維持具體溫度範圍。隨著焦炭累積於線圈上，此變得有問題，因為必須添加更多熱以維持系統之效率。
結果，需要設計具有長循環時間之熱解線圈以使最大管金屬溫度最小化，同時使經由線圈轉移的總熱量最大化。此允許在恆定污垢率下之最大溫度上升。
在典型熱解過程中，將蒸汽/饋料混合物預加熱至恰處於裂解反應之開始以下的溫度，其通常為約600℃。此預加熱發生於加熱器之對流部分中。此混合接著傳遞至發生熱解反應之輻射部分。大體而言，熱解線圈中之滯留時間處於0.2秒至0.4秒之範圍中，且反應之出口溫度大約為700℃至900℃。導致飽和烴至烯烴之變換的反應係高吸熱的，因此需要高位準之熱輸入。此熱輸入必須在升高的反 應溫度下發生。在該行業中大體認識到，對於多數原料，且尤其對於較重的原料(諸如，石腦油)，由於次降級反應將被減少，所以較短的滯留時間將導致對乙烯及丙烯之較高選擇性。此外，認識到，在反應環境內的烴之部分壓力愈低，則選擇性愈高。
火加熱器之輻射部分中的廢氣溫度通常在1,100℃以上。至線圈之熱轉移主要係藉由輻射。在一些習知設計中，將至加熱器內之作為燃料燃燒的大致32%至40%之熱量轉移至輻射部分中之線圈內。當饋料預加熱時或當蒸汽產生時，恢復對流部分中之熱平衡。給定小管容量之限制以達成短的滯留時間及高的製程溫度，至反應管內之熱轉移係困難的。結果，使用高的熱通量，且操作管金屬溫度接近機械限制(對於甚至外來冶金)。在多數情況下，管金屬溫度限制了作為在線圈出口處需要的較高製程溫度與導致較高通量及因此較高管金屬溫度之減小的管長度(因此管表面積)之組合的結果可減少的滯留時間之程度。管金屬溫度亦為在判定此等輻射線圈之容量過程中之限制性因素，因為當在較高容量下操作時，對於一給定管需要更大通量。位於裂解加熱器之輻射部分中的外來金屬反應管表示加熱器之成本之實質部分，因此充分地利用其係重要的。利用被界定為在與加熱器之設計目標一致的儘可能高且均勻的熱通量下操作。此將使需要用於一給定熱解容量的管之數目及長度及所得之總金屬表面積最小化。
在一典型裂解爐中，熱由爐床與壁燃燒器之組合供應。 熱解線圈通常自輻射部分之頂部懸置且懸掛於兩個輻射壁之間。爐床與壁燃燒器組合對爐壁加熱，爐壁接著輻射至線圈。所轉移的小部分熱由將熱直接轉移至線圈的火箱內之廢氣對流性地進行。然而，在典型爐中，輻射性地轉移大於85%的熱。爐床燃燒器經安裝於火箱之底板中且沿著壁垂直向上燃燒。壁燃燒器位於爐之垂直壁中，且沿著壁徑向地噴射燃燒。
在來自燃燒器之任何火焰中，存在特有的燃燒分布。隨著燃料與空氣混合物離開燃燒器，燃燒開始。隨著燃燒反應繼續，燃燒混合物之溫度增加，且熱被釋放。在距燃燒器之某距離處，存在最大燃燒點及因此最大熱釋放。在此過程期間，熱由製程線圈吸收。火焰之特性視來自彼燃燒器之全部燃燒及燃燒器設計之細節而定。視混合燃料與空氣之方式而定，不同的火焰形狀及熱釋放分布係可能的。爐床燃燒器通常在約5 MM BTU/hr與約15 MM BTU/hr之間的燃燒負荷下操作。在此等燃燒器中，最大燃燒點通常在燃燒器自身以上約3至4米處。由於來自此等燃燒器之特有的熱釋放分布，所以有時形成不均勻的熱通量分布(熱吸收分布)。輻射線圈之典型通量分布展示在火箱之中心升高附近(在最大燃燒點或爐床燃燒器之熱釋放處)的峰值通量，其中線圈之頂部部分及底部部分接收較小通量。在一些加熱器中，輻射壁燃燒器安裝於側壁之頂部中，以使線圈之頂部部分中的熱通量分布相等。在同一放熱速率下的爐床燃燒器及爐床與壁燃燒器之組合的典型線圈表面熱通 量分布及金屬溫度分布展示在火箱之下部中之低熱通量及金屬溫度，其意謂可能未充分利用此部分中之線圈。
已存在控制熱解加熱器內之通量分布之多個嘗試。已知將燃料分段運輸至爐床燃燒器可用以調整火焰形狀且因此影響最大熱釋放點。爐床燃燒器通常經設計有若干不同的燃料注入點。經由藉由自然或經誘發的氣流或藉由利用文氏管(venturi)系統用燃料吸氣，使空氣吸入至爐內。將主燃料注入至此空氣流內，其目的在於提供充分的燃燒以顯現出穩定的火焰。在一些情況下，僅在鄰近此主火焰處使用另一小燃料注入點以幫助使火焰穩定且防止火焰熄滅。較舊的爐床燃燒器通常饋入100%的藉由此等主燃料注入點點燃之爐床燃燒器燃料。該燃燒發生於稍高於化學計量(10%至15%過多空氣)之空氣對燃料比下。
當NOx 值為重要的考慮因素時，來自主注入點的燃料中之一些可自進入的氣流移除且被置放於恰好在燃燒器之邊緣處的第二或分段尖端中。引導此燃料，使得其將與流動空氣及主要的燃料流在燃燒器以上之某距離處混合。藉由對燃料與空氣之混合"分段"，可更改火焰之燃燒分布，從而導致較低的火焰溫度及因此較低的NOx 。此技術亦改變最大燃燒點且因此影響至線圈的所得通量分布。對燃料分段並不改變燃燒器之最終空氣對燃料比，其僅改變混合燃料之時間及地點。次級燃料注入之量、在燃燒器之邊緣處的彼注入點之位置及其經注入時之角度皆影響NOx 值、火焰形狀及因此線圈金屬溫度分布。
美國專利第4,887,961號描述輻射壁燃燒器，在輻射壁燃燒器中，空氣與燃料在文氏管中預混合至等於10%至15%過多空氣之比例。文氏管經定大小以將燃料用作文氏管之喉部中之原動力來吸入正確的空氣量。在美國專利第6,796,790號中，描述一種壁燃燒器，其獲取部分燃料且僅將其注入於"灌"或"導向器"外，且依賴於流體動力來將此"次級分段燃料－對於壁燃燒器"拉動至100%空氣及燃料之部分的流量中。
美國專利第6,616,442號描述一種爐床燃燒器，其緊接在燃燒器上具有一第一"區"，在該第一"區"處，燃料與空氣(過多空氣)之混合物離開塊且燃燒。第二"區"處於較高升高處，在該處，次級燃料與燃燒著的空氣/燃料混合物混合。在第二區處的最終所得空氣對燃料混合物稍高於化學計量比。
控制線圈金屬溫度之另一手段描述於美國專利第6,685,893號中。在本專利中，一壁燃燒器經特定地置放於爐之底板中，且沿著底板引導火焰以便加熱爐之耐火底板且對線圈之下部提供額外輻射表面。基本燃燒器可經設計以吸入空氣且產生比化學計量稍大之空氣對燃料混合物以用於燃燒。另外，基本燃燒器可利用自爐床燃燒器之次級分段尖端退回之燃料。為了具有來自基本燃燒器之穩定的火焰，需要與此燃料一起饋入某量的空氣。由於基本燃燒器位於很接近爐床燃燒器處，所以對於在加熱器之底板處或附近仍導致比化學計量稍大之燃燒混合物的此等獨立燃 燒器，存在空氣與燃料之多個組合。垂直燃燒著的爐床燃燒器可用過多空氣來操作，且基本燃燒器具有次化學計量之量的空氣，或者可相反地對其操作，其中基本燃燒器具有過多空氣且爐床燃燒器具有些許次化學計量空氣。一些重要的設計點為藉由使底板為輻射表面之部分，可降低管金屬溫度，且藉由經由藉由燃料(在底板處的過多空氣位置)之分段對燃燒分段，可減少NOx 產生。
在美國專利第7,172,412號中，可使用不同的方法來控制金屬溫度及通量分布。燃料自爐床燃燒器之次級分段尖端退回且經由爐壁在爐床燃燒器以上之某距離處注入至爐內。此注入用以沿著壁形成低壓區，且因此火焰被"拉"至壁，因此減小了最大燃燒點對熱解線圈之接近性。在此等條件下，在過多空氣條件下操作爐床燃燒器，同時在爐床燃燒器以上之一點處經由壁添加其餘燃料。此方法不僅對燃料分段以減少NOx ，而且藉由將其拉回至壁而更改了火焰形狀，因此降低了金屬溫度。
由於NOx 要求且由於對於較高燃燒器熱釋放之穩定增加的需求，改良爐床燃燒器通量分布可能為困難的。使通量分布相等之另一方式為藉由僅使用壁燃燒器。然而，由於壁燃燒器之最大熱釋放約10倍地小於爐床燃燒器之最大熱釋放，所以產生相等熱釋放分布所需要之大量壁燃燒器限制了此方法之實用性。
實施例之一所揭示的特徵為一種操作一加熱器之方法， 該加熱器包括一輻射加熱區，其具有一底部爐床部分及鄰近該底部爐床部分且自該底部爐床部分向上延伸之相對的壁。該加熱器亦包括：至少一管狀加熱線圈，其位於該輻射加熱區中；一爐床燃燒器部分，其包含位於鄰近該底部爐床部分處用於在該輻射加熱區中燃燒之複數個爐床燃燒器；及一壁燃燒器部分，其包含位於鄰近該等相對的壁處之複數個壁燃燒器。該方法包含將具有小於化學計量之量的用於引入至該壁燃燒器部分之燃料之燃燒的空氣之一第一空氣與燃料混合物引入至該壁燃燒器部分，及將具有大於該化學計量之量的用於引入至該爐床燃燒器部分之燃料之燃燒的空氣之一第二空氣與燃料混合物引入至該爐床燃燒器部分。引入至該等爐床燃燒器及該等壁燃燒器之全部量的空氣為至少一化學計量之量。
在特定情況下，引入至該等壁燃燒器中之每一者的空氣與燃料之混合物具有用於引入至彼壁燃燒器之燃料之燃燒的次化學計量之量的空氣。有時，引入至該等爐床燃燒器中之每一者的空氣與燃料之混合物具有用於引入至彼爐床燃燒器之燃料之燃燒的大於該化學計量之量的空氣。在一些情況下，引入至該等壁燃燒器中之每一者的空氣與燃料之混合物具有用於引入至彼特定壁燃燒器之燃料之燃燒的次化學計量之量的空氣。
實施例之另一所揭示之特徵為一種操作一加熱器之方法，該加熱器包含：形成一輻射加熱區之一底部爐床部分及鄰近該底部爐床部分且自該底部爐床部分向上延伸之相 對的壁；至少一管狀加熱線圈，其位於該輻射加熱區中；一爐床燃燒器部分，其包含位於鄰近該底部爐床處用於在該輻射加熱區中燃燒之複數個爐床燃燒器；及一壁燃燒器部分，其包含位於鄰近該等相對的壁處之複數個壁燃燒器。該方法包含：將一第一空氣與燃料混合物引入至一壁燃燒器部分，該第一空氣與燃料混合物具有用於燃燒的小於化學計量之量的空氣；在與該加熱線圈之長度大體平行之方向上將一第二空氣與燃料混合物引入至該加熱器中之該爐床燃燒器部分，該第二空氣與燃料混合物具有用於燃燒的大於化學計量之量的空氣；及在該輻射加熱區中燃燒燃料及空氣。在該壁燃燒器部分處引入的空氣及該燃料之一部分以一第一燃燒速率燃燒，且在該爐床燃燒器部分處引入的該空氣之一部分與在該壁燃燒器部分處引入的該燃料之一部分以比該第一燃燒速率慢之第二燃燒速率燃燒。與在該壁燃燒器部分中引入化學計量之量的空氣之系統相比，此減小了該加熱器之壁燃燒器部分中之總燃燒速率。在一些情況下，沿著該加熱線圈之長度之溫度差至少比沿著使用燃料與空氣之相等的總流量之在該壁燃燒器部分處引入一化學計量之量的空氣的加熱器之一加熱線圈的溫度差小10 K。
在特定實施例中，該第一空氣與燃料混合物具有用於燃燒之不超過約85%的該化學計量之量的空氣。有時，該第一空氣與燃料混合物具有用於燃燒之處於約50%至80%的該化學計量之量之間的空氣。
根據本文中說明之態樣，亦提供一種加熱器，其包含：一輻射加熱區，其具有一底部爐床部分及自該底部爐床部分向上延伸之相對的壁；至少一管狀加熱線圈，其位於該輻射加熱區中；一爐床燃燒器部分，其包含位於鄰近該底部爐床部分處之複數個爐床燃燒器且經組態以用比化學計量之量大的空氣燃燒；及一壁燃燒器部分，其包含位於鄰近該等相對的壁處之複數個壁燃燒器且經組態以用比化學計量之量小的空氣沿著該輻射加熱區中之該等相對的壁燃燒。
另一實施例為一種用於一具有一爐床燃燒器部分及一壁燃燒器部分之氣體加熱器的燃燒型樣。該燃燒型樣包含用用於燃燒之小於化學計量之量的空氣操作該壁燃燒器部分，且將額外空氣饋入至該爐床燃燒器部分以導致總體的最終過量空氣被饋入至該加熱器。在一些情況下，當該氣體加熱器為一具有一加熱線圈之熱解加熱器時，與使用同一燃料分配型樣但使用至少一化學計量之量的空氣操作該壁燃燒器部分之燃燒型樣相比，該燃燒型樣將沿著該加熱線圈之長度的最大與最小外表面溫度之間的差減少了至少10 K。在一些情況下，當該氣體加熱器為一具有一加熱線圈之熱解加熱器時，與使用同一燃料分配型樣但使用至少一化學計量之量的空氣操作該壁燃燒器部分之燃燒型樣相比，該燃燒型樣將沿著該加熱線圈之長度的最大熱通量減少了至少4%。
本文中揭示之實施例包括一用於諸如乙烯爐之熱解爐中之燃料燃燒系統的燃燒型樣。該燃燒型樣包括在燃料充足條件下操作之複數個壁燃燒器。燃燒壁燃燒器燃料所需要之其餘空氣由複數個爐床燃燒器供應，爐床燃燒器在大於化學計量之空氣的條件下操作。與在等效燃料燃燒條件下操作但在爐床燃燒器及壁燃燒器中使用化學計量或接近化學計量之空氣/燃料分配型樣之爐相比，修改火箱內之空氣分配的最終結果為管金屬溫度之實質降低。所揭示之燃燒型樣提供在需要製程管之除焦前之增加的操作運作長度，及/或准許加熱器在增加之嚴格性(火箱中之較高溫度)的條件下操作，同時維持與習知爐操作方法相等或比習知爐操作方法長之運作長度。
如本文中所使用，"壁燃燒器部分"為加熱器之包括壁燃燒器及視情況包括與壁燃燒器相關聯的用於空氣及/或燃料之其他補充引入點的部分。在本揭示案中，引入"至一壁燃燒器"或"至該等壁燃燒器"之空氣及/或燃料包括經由壁燃燒器直接引入之空氣及/或燃料且亦包括經由與該等壁燃燒器相關聯之其他引入點添加至壁燃燒器部分之空氣及/或燃料。與壁燃燒器"相關聯"之空氣及/或燃料引入點通常位於遠離壁燃燒器之約1/3米至5米處。
如本文中所使用，"爐床燃燒器部分"為加熱器之包括爐床燃燒器及視情況包括與爐床燃燒器相關聯的用於空氣及/或燃料之其他補充引入點的部分。在本揭示案中，引入"至一爐床燃燒器"或"至該等爐床燃燒器"之空氣及/或燃料 包括經由爐床燃燒器直接引入之空氣及/或燃料且亦包括經由與該等爐床燃燒器相關聯之其他引入點添加至爐床燃燒器部分之空氣及/或燃料。與爐床燃燒器"相關聯"之空氣及/或燃料引入點通常位於遠離爐床燃燒器之約1/3米至5米處。將位於爐床燃燒器與壁燃燒器之間的一空氣及/或燃料引入點看作與較接近之燃燒器相關聯。將位於兩個壁燃燒器之間或兩個爐床燃燒器之間的一空氣及/或燃料引入點看作與兩個燃燒器中之較接近者相關聯。
如本文中所使用，"空氣與燃料混合物"指代一起引入的空氣與燃料之組合。空氣與燃料可在引入前經預混合或可在引入後變得混合。
在乙烯加熱器中，歸因於對藉由在製程線圈之內部上煉焦引起的熱轉移之增加的阻力，加熱線圈之外表面之典型溫度上升為每天約1 K至3 K。當製程管由高溫冶金術建構而成時，典型最大機械可允許管金屬溫度大約為1388 K。爐操作循環長度由可允許之金屬溫度上升判定。將可允許之金屬溫度上升界定為開始清潔線圈金屬溫度與最大機械可允許金屬溫度之間的差，以自煉焦引起的每天的溫度上升除該差。若以同一燃料速率操作系統，則在需要除焦前，15 K的管金屬溫度降低將導致約5至10天的操作時間增加。若需要在清潔前保持同一循環時間，則可在較高燃燒速率下運作該系統，因此增加了歸因於煉焦之每天的溫度上升(若初始管金屬溫度已降低)。較高的燃燒速率將導致增加的轉換或爐容量。
在於10%至15%之過多空氣下操作之習知爐中，存在於該爐內設立之廢氣再循環型樣。來自爐床燃料器的燃料之垂直流沿著壁上升，直至其接觸壁燃燒器為止。在此點處，沿著壁徑向燃燒的壁燃燒器之動量接觸來自爐床燃料器之垂直流。在此點處，使垂直流脫離壁且形成漩渦。該習知情況展示於圖1中，圖1展示計算流體動力學(CFD)模擬，該模擬呈現由自爐床燃料器釋放無重粒子而界定之流型。在壁燃燒中存在如此之多的能量，以致漩渦短小且紊亂。此外，爐床流並不重附著至壁。漩渦形成處之點通常為熱釋放為最大且因此金屬溫度為最高之點。
若火焰正朝向線圈"翻轉"，則壁穩定燃燒將火焰拉回至壁。其亦增加了爐床燃燒器流之垂直動量，且因此對使此流脫離壁且形成漩渦之壁燃燒器提供更多阻力。在許多情況下，漩渦在火箱中較高處向上發生。
當顯著地在化學計量燃燒下(例如，包括經由壁燃燒器以下之壁注入之任何燃料的理論空氣之85%)操作壁燃燒器且用高過多空氣(包括用於基本燃燒器或爐床燃燒器上之次級分段尖端之任何燃料)操作爐床燃燒器時，爐床流具有比壁燃燒器流多得多之流動能。由於自壁之空氣/燃料混合為次化學計量，所以燃燒較慢(急需氧)且徑向強度較小。因此，爐床流可能佔優勢。
次化學計量壁燃燒器燃燒允許較好的更均勻漩渦形成(在最低列之壁燃燒器以上的位準處)，且因此藉由控制熱釋放或燃燒分布來使通量分布變平。結果，金屬溫度較 低。圖2展示在將空氣自壁燃燒器移至爐床燃燒器時獲得的較平滑之流動路線。圖1及圖2中展示之模擬使用基於至爐的全部燃燒之10%的過多空氣。
在一些情況下，在壁燃燒器中使用次化學計量之量的燃料，其中將額外空氣添加於爐床燃燒器中以導致總體上至少化學計量之條件(且在許多情況下，總體上10%至15%之過多空氣)，從而導致最大管金屬溫度降低量為約10 K至約70 K，或約12 K至約40 K，或約15 K至約30 K(對於習知燃料而言)。降低之量值視與爐床燃燒器相比的壁燃燒器之相對燃燒而定，其中對於具有較高百分比之燃燒壁燃燒器之爐，得出較高值。對於合成氣體，作為在壁燃燒器中使用次化學計量之量的空氣(其中將額外空氣添加於爐床燃燒器中)之結果，最大管金屬溫度之降低可為約10 K至約80 K，或約12 K至約50 K，或約15 K至約40 K。較高值反映出燃料組合物之差異。
在許多例項中，在壁燃燒器中使用次化學計量之量的燃料，其中將額外空氣添加於爐床燃燒器中以導致總體上至少化學計量之條件(且在許多情況下，總體上10%至15%之過多空氣)，從而導致沿著線圈之長度的最大熱通量降低至少3%至約15%，或約4%至約12%，或約5%至約10%。
如本文中所使用，"習知燃料"指代包含甲烷、氫及較高烴(當其進入爐時作為蒸氣存在)之混合物。習知燃料之非限制性實例包括精煉或石化燃料氣體、天然氣體或氫。如本文中所使用，將"合成氣體"界定為包含一氧化碳及氫之 混合物。合成氣體燃料之非限制性實例包括石油焦、減壓渣油、煤或原油之氣化或部分氧化的產物。本文中使用之所有比率及百分比值係基於質量，除非另有具體指示。
圖3展示熱解加熱器10之橫截面。加熱器10具有一輻射加熱區14及一對流加熱區16。位於對流加熱區16中的是熱交換表面18及20，在此情況下，說明用於對烴饋料22預加熱之熱交換表面18及20。此區亦可含有一用於產生蒸汽之熱交換表面。在24處將來自對流區之經預加熱的饋料饋入至位於輻射加熱區14中大體表示為26之加熱線圈。來自加熱線圈26之裂解產物在30處退出。加熱線圈可為包括垂直及水平線圈之任何所要組態。
輻射加熱區14包含表示為34及36之壁及一底板或爐床42。裝配於底板上的是垂直燃燒之爐床燃燒器46，其在輻射加熱區14內部經向上引導。每一燃燒器46容納於爐床42上與壁34及36中之一者相抵之塊48內。
爐床燃燒器可具有不同的設計。在圖4中所示之配置中，爐床燃燒器46由爐床42上與壁34相抵的燃燒器塊48組成，主要的燃燒空氣及燃料經由壁34進入加熱器。此等燃燒器46中之每一者含有用於主要燃燒空氣之一或多個開口49及用於燃料之一或多個主燃料噴嘴50。另外，可能存在一擾流器以形成擾動且允許火焰保持於塊(未圖示)中。可能存在位於塊之外部的額外燃料噴嘴52。在其他實施例中，開口49及燃料噴嘴50並非用於燃燒器46之空氣及燃料之唯一來源。相反，額外的開口及燃料噴嘴(未描繪)位於 接近燃燒器46處，使得此等額外開口及燃料噴嘴與燃燒器46相關聯。
除了爐床燃燒器之外，壁燃燒器56包括於火箱之上部中。壁燃燒器56經裝配於壁上。壁燃燒器經設計以產生平坦的火焰型樣，其散布於壁上以避免在線圈管上之火焰撞擊。空氣流由爐之天然氣流、藉由燃料用以將空氣吸入至爐的文氏管系統由位於對流加熱區16之出口處之扇形成的經誘發氣流或者以上之組合形成。將燃料注入於燃燒器中之若干地點。在入口50處將主燃料注入至流動的氣流以起始通常處於塊開口內之燃燒且提供至火箱內之垂直加速。此加速沿著壁向上推動火焰。對於經設計以用較低NOx 操作之燃燒器，通常存在位於塊之邊緣處的次級燃料噴嘴52。此噴嘴將燃料"分段運輸"至流動的氣流。藉由對燃料分段，燃燒之速率因需要用於燃料－空氣混合之時間而減慢，從而導致較低溫度及因此減少的NOx 。此等次級噴嘴通常被考慮為爐床燃燒器系統之部分。視注入之角度而定，來自噴嘴52之燃料在燃燒器塊以上之不同高度處到達氣流。此導致升高或降低最大燃燒點。
爐床燃燒器及壁燃燒器通常經設計以各自獨立地操作，且通常按具體地意欲達成化學計量燃燒或在許多情況下稍大於化學計量燃燒(例如，10%過多空氣)之空氣對燃料比被操作。一些習知燃燒器操作方法之缺點在於，其產生強烈的最大燃燒點，從而導致在爐中之彼點處的熱解線圈上之熱點。當在化學計量燃燒附近之條件下操作爐時形成的 熱點比當遠離化學計量燃燒操作時強烈。一避免熱點之方法涉及將過多空氣引入至爐內。然而，引入過多空氣亦傾向於降低爐之總體熱效率。
一用於調整爐中之燃燒溫度的已知方法涉及燃料分段或者將燃料移出燃燒區且使燃料與過多空氣混合之過程。如上所指示，習知爐床燃燒器用稍處於化學計量條件以上的燃料與空氣之混合(大致10%至15%之過多空氣)操作。此等條件在火箱內產生緊密的火焰，且存在線圈上之最小火焰撞擊。在NOx 要求之開始的情況下，已使用了燃料分段。對於使用爐床燃燒器之系統，已在更遠及更遠離起始燃燒的"主混合"之位置的點處引入了"次級"爐床燃燒器燃料。在此等條件下，隨著貧焰向上移至火箱內，"次級"燃料慢慢地混合至火焰內且在最終較低溫度下完成燃燒。當在爐中使用壁燃燒器時，所獲得之熱釋放分布為爐床燃燒器控制火箱之下部的熱釋放特性之結果，而壁燃燒器控制火箱之上部的熱釋放特性。在使用爐床燃燒器及壁燃燒器兩者之爐中，來自底板之高熱釋放在火箱中形成一"熱點"，其在熱釋放分布中形成一對應的高點。
來自任何燃燒器之熱點的位置及強度視一特定燃料與空氣混合物之燃料燃燒動力學而定。燃燒愈接近化學計量，則熱點之溫度愈大。此外，在接近或靠近化學計量之條件下，峰值燃燒發生於距燃燒器某距離處，亦即，遠離燃燒起始之點。燃燒之動力學及混合空氣與燃料之動力學界定火焰之熱釋放分布。通常，火焰之下部涼，但隨著發生混 合，更多的熱量被釋放，其最終形成高熱釋放之集中區或"熱點"。
在使用爐床燃燒器及壁燃燒器兩者之爐中，來自底板之高熱釋放在火箱中形成一"熱點"，其在熱釋放分布中形成一對應的高點。最大熱釋放點通常處於沿著壁向上垂直移動的來自爐床燃料器之燃燒接合自壁燃燒器徑向移動的來自壁燃燒器之燃料的點處。在相反方向上移動之燃燒混合物傾向於放大任何熱點。自燃燒之最大熱釋放之點界定至製程線圈的最大熱通量及因此最大管金屬溫度之點。
本文中揭示之用於操作用於烴之熱解的熱解加熱器之方法提供一燃燒型樣，其中爐床燃燒器藉由用於在爐床燃燒器處引入之燃料的燃燒之大於化學計量之量的空氣而操作，且壁燃燒器藉由小於化學計量之量的空氣(基於在壁燃燒器處引入之燃料量)而操作。在一些實施例中，方法提供一輻射加熱區，其具有藉由在火箱周圍分配空氣以達成特定空氣/燃料比之實質上均勻的熱釋放分布。此與先前已知實踐形成對比，在先前已知實踐中，對於熱解加熱器，燃料在火箱周圍移動(分段)，但對於任何給定燃燒器之最終空氣對燃料比保持處於稍在化學計量以上之狹窄範圍內。
在本文中描述之特定實施例中，該壁燃燒器空氣與燃料混合物具有用於燃燒之不超過約85%的化學計量之量的空氣。在一些情況下，壁燃燒器空氣與燃料混合物具有用於燃燒之處於約50%至80%的化學計量之量之間的空氣。爐 床燃燒器提供過多空氣以導致至加熱器的在化學計量之量上約10%至15%過量的空氣總量。考慮到單一爐床燃燒器之燃燒大致為單一壁燃燒器之燃燒的約6至10倍，爐床燃燒器中之過多空氣量視在小於化學計量之條件下操作的壁燃燒器之數目而定。重要準則為在次化學計量條件下的壁燃燒器之操作。在一些實施例中，爐床燃燒器用約15%至約100%的過多空氣，或約20%至約90%的過多空氣，或有時約20%至約80%的過多空氣操作。過多空氣之量視需要用於爐床燃燒器及壁燃燒器之特定燃燒型樣及使用之特定燃料而定。通常，整個爐之總體過多空氣保持處於與達成良好熱效率一致的大致10%至15%過多空氣。所揭示之燃燒型樣導致若干效應：與習知爐操作條件相比，具有過多空氣之爐床燃燒器火焰具有較低濕度。此導致減少的NOx 及穩定的火焰。
來自爐床燃燒器火焰之過多空氣與來自壁燃燒器之燃料充足排出物混合且在火箱中之較高升高處燃燒(與習知爐操作條件相比)。此減小了爐床燃燒器－壁燃燒器相互作用，從而防止了爐床燃燒器之垂直火焰自壁分開及形成熱點。其亦負責減少NOx 。
垂直移動的較高質量之爐床空氣允許在火箱之頂部處的更好之燃料－空氣混合，從而導致對於熱解線圈之上部的經改良之熱釋放及更大的通量。
儘管並不意欲受到理論約束，但咸信，此等效應係歸因於自與用於壁燃燒器之小於化學計量之空氣組合的在爐床 燃燒器處引入的高量之過多空氣得到的燃燒型樣之改變。通常，爐在10%至15%過多空氣下運作以確保燃料之完整及穩定燃燒。在根據所揭示之燃燒型樣操作之爐中，來自爐床燃燒器之較高的過量空氣垂直地增加了燃燒氣體之質量流。來自爐床燃燒器之較高量之過多空氣及自減少之空氣得出的在壁處之較低燃燒"強度"組合以在存在習知爐床/壁燃燒爐中所形成之熱點的點處產生動量差且使火焰自壁之分開最小化。所揭示之燃燒型樣亦改變在箱內之"典型"熱流型以增加漩渦區之長度。在隨著燃料充足混合物與在爐床燃燒器中引入的來自火箱之下部之過多空氣混合而改變至更逐漸的燃燒前，在壁燃燒器中的燃料與空氣之次化學計量混合之使用允許壁燃燒器燃料在燃料充足環境下之快速燃燒，直至可利用之空氣幾乎消耗完為止。爐床燃燒器中之更多過多空氣與壁燃燒器中之次化學計量之空氣的組合因此亦減少了NOx，且提供在火箱之垂直長度上的較平滑之熱釋放分布，且提昇了更均勻的線圈金屬溫度及線圈冶金術之更好使用。總而言之，根據所揭示之燃燒型樣操作熱解爐藉由實現在管金屬溫度中之較大均勻性及在火箱之整個升高上於線圈上之通量分布而改良了線圈利用，如由以下提供之資料所證明。
應理解，以下實例經給定僅用於說明之目的及為了可更充分地理解本文中所揭示之燃燒方法。此等實例並不意欲以任何方式限制本揭示案之範疇，除非另有具體指示。
實例1
圖5及圖6表示來自計算流體動力學(CFD)模擬之資料，以論證使用習知燃燒型樣及本文中描述之新燃燒型樣燃燒甲烷/氫燃料的乙烯爐之各別垂直溫度分布。使用Fluent(可自Fluent,Inc.獲得之市售計算套裝軟體)執行所有實例之計算流體動力學模擬。此項技術中已知之其他套裝軟體可與本發明一起利用來再形成本文中描述之結果。
對於兩個燃燒型樣，乙烯爐燃燒總共348 MM BTU/hr，且燃料分配由84%的爐床燃燒器及16%的單列壁燃燒器組成。壁燃燒器位於爐床以上約31英吸(9.45米)之距離處。模擬展示管金屬溫度作為自爐床燃燒器至爐之頂部的升高之函數。多個線表示在任何升高處的線圈之圓周上之各種位置。在兩者情況下，使用無文氏管型系統之爐床燃燒器。"習知情況"具有經定大小用於達成稍高於化學計量之空氣的開口及氣流。新實施例之實例具有一開口及氣流，其經定大小以達成比習知情況高的空氣流(對於爐床燃燒器中之主與次級燃料之總和)。
在圖5中，根據習知燃燒型樣操作乙烯爐，在習知燃燒型樣中，壁燃燒器及爐床燃燒器兩者皆具有19.6之空氣對燃料比，其表示大致10%過量的化學計量空氣。
在圖6中，乙烯爐具有同一燃料分配型樣，例如，84%的爐床燃燒器中之燃料及16%的壁燃燒器中之燃料。但，與圖5之習知燃燒型樣對比，壁燃燒器經設計及操作具有9.8之空氣對燃料質量比或需要用於燃燒的大致50%之化學計量空氣。未注入於壁燃燒器中之大量空氣經移至爐床燃 燒器。給定壁燃燒器之較小負荷，壁燃燒器空氣對燃料比之實質改變並不主要地表示對爐床燃燒器空氣對燃料比之影響。在21.5之空氣對燃料比下操作爐床燃燒器，該空氣對燃料比表示大致21%過多空氣。總體在10%過多空氣下操作整個爐(爐床燃燒器及壁燃燒器)。
比較兩個曲線，自圖6之燃燒型樣得出之管金屬溫度分布較平，其指示在線圈長度上的最大溫度與最小溫度之間的較小差。在線圈之高度上的較平之溫度分布亦指示經改良之線圈利用及較低峰值金屬溫度。此外，儘管對應於圖5及圖6之實例皆具有至製程線圈內之相同的熱輸入，但最接近圖6之火焰(頂部曲線)的管表面具有1293 K之最大溫度，而圖5中所示之習知方法產生1308 K之最大管表面溫度。差為15 K。對於圖6，可看出，存在在線圈之頂部(較高升高)中吸收的實質上更大量之熱。在此區中不存在金屬溫度之急下降，其將指示在彼點處的至線圈之較低熱通量。熱解線圈之底部具有如由類似金屬溫度證明之類似條件。更均勻的熱通量表示線圈之更好利用。
實例2
圖7及圖8表示來自CFD模擬之資料，以論證燃燒同一甲烷/氫燃料的乙烯爐之各別垂直熱通量分布。該等情況與圖5及圖6中展示之情況等同。根據一習知燃燒型樣及本文中描述之新燃燒型樣之一實施例而操作爐。在圖7中，在自火箱之底部大致9米之升高處，曲線具有1.2 e＋5 w/m2之明顯的"峰值熱通量"。此處於彼加熱器中單一列之壁燃燒 器之升高處。線圈之頂部部分及底部部分相對地比線圈之中間部分冷。因此，圖7之更明顯的峰值說明作為在爐床燃燒器火焰遇到壁燃燒器火焰之點處在習知燃燒條件下增加火箱中之通量的結果而形成的"熱點"之存在。
圖8之曲線並不展示在圖7中顯而易見的在線圈之頂部部分、底部部分與中間部分之間的極端熱通量差。結果，本揭示案之燃燒型樣在爐床以上大致11米之升高處或顯著地在該列壁燃燒器之升高以上產生具有1.12×105 w/m2 之最大通量之較平的通量分布。最大通量之減小為約6.7%。此減小轉變為15 K最大管金屬溫度減小。
實例3
當燃燒備用燃料時，在火箱周圍移動空氣之效應甚至更明顯。進行CFD模擬，其中用合成氣體替代習知90：10甲烷：氫混合物來點燃熱解爐。合成氣體之組合物為：
合成氣體燃料需要每單位燃料相當低量之空氣。此合成氣體燃料之化學計量空氣對燃料比為2.6。
圖9A及圖9B為展示在習知燃燒條件下及在根據本發明之一實施例的條件下燃燒合成氣體燃料的乙烯爐之整個升高上之各別出口管金屬溫度分布的曲線圖。圖9A及圖9B表示來自乙烯爐之CFD模擬之資料，其中45%之燃料被分配至爐床燃燒器且55%之燃料被分配至沿著爐定位之六(6)列壁燃燒器。
在圖9A中，所有燃燒器(爐床燃燒器及壁燃燒器)之空氣對燃料質量比為3.02，其反映15%過多空氣條件。如由曲線圖指示，習知燃燒型樣產生具有1355 K之最大溫度的"尖峰狀"溫度分布。作為在此燃料中之較高氫含量之結果，彼燃料之燃燒很快速地進行。注意，氫組份具有很高的熱釋放且快速地燃燒。此導致在相當劇烈的爐中較低之最大燃燒點。
在圖9B中，使用同一乙烯爐及燃燒分配型樣；然而，至壁燃燒器之空氣被減少至化學計量之量的63%或2.19之質量空氣對燃料比(包括為了壁穩定性在壁上燃燒之燃料)。將其餘空氣引導至爐床燃燒器。在於壁燃燒器中燃燒高得多的百分比之燃料且此等燃料器在次化學計量條件下操作之情況下，爐床燃燒器在化學計量之60%過量下操作。如在圖9B之曲線圖中所說明，所使用之燃燒型樣具有對管金屬溫度之顯著效應。曲線並非尖峰狀高峰，而為平滑的曲線，其具有1280 K之最大溫度。如與習知燃燒條件相比，根據本文中描述之新燃燒型樣的爐之操作產生75 K之最大管金屬溫度減小。
實例4
進行CFD，其中與習知燃料一起使用三個不同的燃燒位準。隨著壁燃燒器中之空氣被減少至化學計量以下，漸漸地產生較低管金屬溫度。燃料為90/10甲烷氫混合。結果展示於以下表2上。
表2展示隨著燃料比改變，最大管金屬溫度(TMT)變化。最高爐床空氣導致最低金屬溫度(情況4－2)。
本文中描述之實施例在烯烴之產生中特別有用，且在使用習知以及低NOx 燃燒器之系統中有用。該等實施例特別可用於使用較大數目之壁燃燒器之情況中及使用備用燃料之情況中。
儘管已參照乙烯爐來描述了該等實施例，但燃燒型樣不限於此等燃燒器或者其配置或細節。包括用壁燃燒器與爐 床燃燒器之組合燃燒之爐，其中用小於約80%之所需要的化學計量空氣或處於50%至80%之間的所需要的化學計量空氣來操作壁燃燒器，在爐床燃燒器處引入其餘空氣，爐床燃燒器用約20%至100%之間的過多空氣來操作。亦可使用較高量之空氣。範疇亦不受爐內壁燃燒器及/或爐床燃燒器之型樣或位置之限制。類似地，對於熟習此項技術者而言，在不脫離本文中描述之實施例之精神及範疇的情況下，可出現其他修改、更改及替代。
10‧‧‧熱解加熱器
14‧‧‧輻射加熱區
16‧‧‧對流加熱區
18‧‧‧熱交換表面
20‧‧‧熱交換表面
22‧‧‧烴饋料
26‧‧‧加熱線圈
34‧‧‧壁
36‧‧‧壁
42‧‧‧底板或爐床
46‧‧‧爐床燃燒器
48‧‧‧燃燒器塊
49‧‧‧開口
50‧‧‧主燃燒噴嘴/入口
52‧‧‧額外燃料噴嘴
56‧‧‧壁燃燒器
圖1為在具有爐床燃燒器之加熱器之火箱內的一典型流型之圖。
圖2展示經由具有用高過多空氣操作的爐床燃燒器之加熱器之流型。
圖3為一熱解加熱器之簡化垂直橫截面表示。
圖4為一爐床燃燒器之橫截面。
圖5為展示根據一習知燃燒型樣操作的乙烯爐之整個升高上的典型金屬溫度分布之計算流體動力學模擬。
圖6為展示根據本揭示案之燃燒型樣之一實施例操作的乙烯爐之整個升高上的金屬溫度分布之計算流體動力學模擬。
圖7為展示在一習知熱解加熱器之升高上的一典型垂直通量分布之計算流體動力學模擬。
圖8為展示根據本揭示案之燃燒型樣之一實施例操作的爐之整個升高上的垂直通量分布之計算流體動力學模擬。
圖9A及圖9B為展示使用習知燃燒條件(圖9A)及根據本揭示案之燃燒型樣之一實施例(圖9B)燃燒合成氣體燃料的乙烯爐之整個升高上之出口管金屬溫度分布之曲線圖。
(無元件符號說明)

Claims (34)

  1. 一種操作一加熱器之方法，該加熱器包括：一輻射加熱區，其包含一包括一爐床燃燒器部分之下部及一包括一壁燃燒器部分之上部；至少一管狀加熱線圈，其位於該輻射加熱區中，該加熱線圈具有一長度；該爐床燃燒器部分，其包含位於鄰近該底部爐床處用於在該輻射加熱區中燃燒之複數個爐床燃燒器；及該壁燃燒器部分，其包含位於鄰近該等相對的壁處之複數個壁燃燒器，該方法包含：將一具有小於化學計量之量的用於引入至該壁燃燒器部分之燃料之燃燒的空氣之第一空氣與燃料混合物引入至該壁燃燒器部分，及將一具有大於該化學計量之量的用於引入至該爐床燃燒器部分之燃料之燃燒的空氣之第二空氣與燃料混合物引入至該爐床燃燒器部分，引入至該爐床燃燒器部分及該壁燃燒器部分之全部量的空氣為至少一化學計量之量。
  2. 如請求項1之方法，其中該第一空氣與燃料混合物包含用於燃燒之不超過85%的該化學計量之量的空氣。
  3. 如請求項1之方法，其中該第一空氣與燃料混合物包含用於燃燒之50%至80%的該化學計量之量的空氣。
  4. 如請求項1之方法，其中引入至該等壁燃燒器中之每一者的空氣與燃料之該混合物具有用於引入至該壁燃燒器之燃料之燃燒的一次化學計量之量的空氣。
  5. 如請求項4之方法，其中引入至該等爐床燃燒器中之每一者的空氣與燃料之該混合物具有用於引入至該爐床燃燒器之燃料之燃燒的大於該化學計量之量的空氣。
  6. 如請求項2之方法，其中引入至該等壁燃燒器中之每一者的空氣與燃料之該混合物具有用於引入至該壁燃燒器之燃料之燃燒的一次化學計量之量的空氣。
  7. 如請求項4之方法，其中該複數個爐床燃燒器供應用於引入至該壁燃燒器部分之燃料之該燃燒的該化學計量之量的空氣中之其餘空氣。
  8. 如請求項1之方法，其中該加熱器總體上用用於燃燒之比化學計量之量大10%至15%之空氣操作。
  9. 如請求項1之方法，其中用於引入至該爐床燃燒器部分之燃料之燃燒的大於該化學計量之量的空氣包含20%至100%過多空氣。
  10. 如請求項1之方法，其中該壁燃燒器部分及該爐床燃燒器部分中之至少一者包括一用於空氣及燃料中之至少一者的補充引入點。
  11. 如請求項1之方法，其中該燃料含有至少25莫耳%氫氣。
  12. 如請求項1之方法，其中相較於一化學計量之量的空氣引入至該壁燃燒器部分內之一系統，使用少於該化學計量之量的空氣於該壁燃燒器部分中，減少沿著該加熱線圈之溫度差。
  13. 一種操作一加熱器之方法，該加熱器包括一輻射加熱區，其包含一包括一爐床燃燒器部分之下部及一包括一 壁燃燒器部分之上部；至少一管狀加熱線圈，其位於該輻射加熱區中；該爐床燃燒器部分，其包含位於鄰近該底部爐床處用於在該輻射加熱區中燃燒之複數個爐床燃燒器；及該壁燃燒器部分，其包含位於鄰近該等相對的壁處之複數個壁燃燒器，該方法包含：將一第一空氣與燃料混合物引入至該壁燃燒器部分，該第一空氣與燃料混合物具有用於燃燒的小於化學計量之量的空氣；在一與該加熱線圈之長度大體平行之方向上將一第二空氣與燃料混合物引入至該爐床燃燒器部分，該第二空氣與燃料混合物具有用於燃燒的大於該化學計量之量的空氣；及在該輻射加熱區中燃燒該燃料及空氣，其中在該壁燃燒器部分處引入的空氣及該燃料之一部分以一第一燃燒速率燃燒，且在該爐床燃燒器部分處引入的該空氣之一部分與在該壁燃燒器部分處引入的該燃料之一部分以一比該第一燃燒速率慢之第二燃燒速率燃燒。
  14. 如請求項13之方法，其中沿著該加熱線圈之該長度之溫度差至少比沿著使用燃料與空氣之相等的總流量之在該壁燃燒器部分處引入一化學計量之量的空氣之一加熱器之一相等的加熱線圈的溫度差小10K。
  15. 如請求項13之方法，其中該第一空氣與燃料混合物具有用於燃燒之不超過85%的該化學計量之量的空氣。
  16. 如請求項13之方法，其中該第二空氣與燃料混合物具有 用於燃燒之比該化學計量之量大20%至100%之間的空氣。
  17. 如請求項13之方法，其中該壁燃燒器部分包括一用於空氣及燃料中之至少一者的補充引入點。
  18. 如請求項13之方法，其中該爐床燃燒器部分包括一用於空氣及燃料中之至少一者的補充引入點。
  19. 如請求項13之方法，其中該加熱器總體上用至少比該化學計量之量大10%之空氣操作。
  20. 如請求項13之方法，其中該燃料含有至少25莫耳%之氫氣。
  21. 一種加熱器，其包含：a.一輻射加熱區，其包含一包括一爐床燃燒器部分之下部及一包括一壁燃燒器部分之上部；b.至少一管狀加熱線圈，其位於該輻射加熱區中，該加熱線圈具有一長度；c.該爐床燃燒器部分，其包含位於鄰近該底部爐床部分處之複數個爐床燃燒器，該爐床燃燒器部分經組態以用比化學計量之量大的空氣燃燒；及d.該壁燃燒器部分，其包含複數個壁燃燒器，該等壁燃燒器經組態以用比化學計量之量小的空氣沿著該輻射加熱區中之相對的壁燃燒，該加熱器經組態以用至少10%過量的空氣操作。
  22. 如請求項21之加熱器，其中用於燃燒該等壁燃燒器之其餘空氣係在該等爐床燃燒器處引入。
  23. 如請求項21之加熱器，其中該爐床燃燒器部分包括一用於空氣及燃料中之至少一者的補充引入點。
  24. 如請求項21之加熱器，其中該壁燃燒器部分包括一用於空氣及燃料中之至少一者的補充引入點。
  25. 如請求項21之加熱器，其中該壁燃燒器部分用比該化學計量之量小85%的空氣燃燒。
  26. 如請求項21之加熱器，其中該爐床燃燒器部分用比該化學計量之量大20%至100%之間的空氣燃燒。
  27. 如請求項21之加熱器，其中該壁燃燒器部分用該化學計量之量之50%至80%之間的空氣燃燒，且該爐床燃燒器部分供應用於引入至該等壁燃燒器之燃料的該燃燒之該化學計量之量的空氣中之至少該其餘空氣。
  28. 如請求項21之加熱器，其中該等爐床燃燒器及該等壁燃燒器係用一含有至少25莫耳%氫之燃料操作。
  29. 一種製造一用於一具有一下方爐床燃燒器部分及一上方壁燃燒器部分之氣體加熱器之燃燒型樣之方法，該製造該燃燒型樣之方法包含將一具有用於燃燒之小於化學計量之量的空氣的空氣及燃料混合物引入該壁燃燒器部分，及將額外空氣饋入至該爐床燃燒器部分以導致一總體最終過量之空氣被饋入至該加熱器。
  30. 如請求項29之方法，其中該壁燃燒器部分用比該化學計量之量小85%的空氣燃燒。
  31. 如請求項29之方法，其中該爐床燃燒器部分用比該化學計量之量大20%至100%之間的空氣燃燒。
  32. 如請求項29之方法，其中該氣體加熱器為一具有一加熱線圈之熱解加熱器，且與使用同一燃料分配型樣但使用至少一化學計量之量的空氣操作該壁燃燒器部分之一具有一燃燒型樣的相等的加熱器相比，該燃燒型樣將沿著該加熱線圈之長度的最大外表面溫度與最小外表面溫度之間的差減少了至少10K。
  33. 如請求項29之方法，其中該氣體加熱器為一具有一加熱線圈之熱解加熱器，且與使用同一燃料分配型樣但使用至少一化學計量之量的空氣操作該壁燃燒器部分之一具有一燃燒型樣的相等的加熱器相比，該燃燒型樣將沿著該加熱線圈之該長度的最大熱通量減少了至少4%。
  34. 一種操作一加熱器之方法，該加熱器包括一輻射加熱區，其包含一包括一爐床燃燒器部分之下部及一包括一壁燃燒器部分之上部；至少一管狀加熱線圈，其位於該輻射加熱區中；一爐床燃燒器部分，其包含位於鄰近該底部爐床處用於在該輻射加熱區中燃燒之複數個爐床燃燒器；及該壁燃燒器部分，其包含位於鄰近該等相對的壁處之複數個壁燃燒器，該方法包含：將一包含用於燃燒之不超過85%的化學計量之量的空氣之第一空氣與燃料混合物引入至該壁燃燒器部分，該第一空氣與燃料混合物具有用於燃燒之小於該化學計量之量的空氣；在一與該加熱線圈大體平行之方向上將一包含用於燃燒之比該化學計量之量大20%至100%之間的空氣之第二 空氣與燃料混合物引入至該爐床燃燒器部分，該第二空氣與燃料混合物具有用於燃燒之不超過該化學計量之量的空氣；及在該輻射加熱區中燃燒該燃料及空氣，其中在該壁燃燒器部分處引入的該空氣及該燃料之一部分以一第一燃燒速率燃燒，且在該爐床燃燒器部分處引入的該空氣之一部分與在該壁燃燒器部分處引入的燃料之一部分以一比該第一燃燒速率慢之第二燃燒速率燃燒，以減小在該加熱器之該壁燃燒器部分中之總體燃燒速率，其中該加熱器總體上用至少比該化學計量之量大10%之空氣操作。
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