当氢气与空气以宽的比例相混合而点火时会发生猛烈的爆炸声。而
且氢气在所有气体中具有最大的层流燃烧速度。因此，尽管乙炔焰的燃
烧速度约为大多数烃类燃料的3.5倍，氢气焰的燃烧速度却高于大多数
烃类燃料的6倍左右。
在某些化工作业，尤其是具有吸热反应的作业，例如天然气或其他
的烃类原料的蒸汽重整作业中，方便地使反应混合物例如烃类原料与蒸
汽的混合物通过多管反应器的反应管，这种反应管是安装在一种合适的
炉子内并由多个燃烧管加热的。化工厂作业中用的蒸汽重整炉和其他炉
子中的燃烧管可以供入合适的燃料，例如天然气、气油等。如果要燃烧
不同的燃料，可在炉子内安装多种燃烧管。通常采用可利用的可燃废气
源作为炉子的燃料是方便而且经济的。
蒸汽重整炉中的反应管的典型公称直径为5英寸(12.70cm)。上述
反应管通常安装成其轴线呈大致垂直排列，且彼此相隔较远，以便可进
行辐射和对流加热。燃烧管可安装在靠近炉子底部，以便使火焰大致垂
直向上喷出，而反应混合物则可同时向下供入装有催化剂的蒸汽重整炉
管。在另一种更普通的结构中，炉子是上部燃烧的，在此情况下，燃烧
管安装在接近炉子的顶部，这样就使火焰可沿装有催化剂的垂直安装的
重整炉管的长度方向向下喷入炉内。
其他类型的具有上述炉子的化工厂包括乙烯蒸汽裂化设备和催化重
整设备。在上述类型的工厂中的炉子一般是顶燃式或侧燃式的。一般而
言，用于加热的燃烧加热器例如精炼厂原油加热器和真空装置加热器也
具有多个燃烧管。它们可以燃烧各种各样的液态的和气态的任何燃料，
因此常常对不同的燃料采用不同的燃烧管。
在所有上述的炉子中，各燃烧管通常彼此相隔很远，按常规的作业
方式是用单个的导燃焰或点火器(通常是可伸缩的点火器)一个一个地
点燃燃烧管，因为各燃烧管之间通常相隔太远而难以使火焰可靠地扩展。
为了防止燃烧管和导燃器烧坏，可将它们缩入耐火材料炉衬内。为了按
上述方式进行点火并为了方便维修燃烧管，通常设置多个断流阀。这也
适用于成排组合的燃烧管，在此情况下，由偏离共用集流器的单一供料
管供给多个燃烧点。在上述所有情况下的共同作业是逐个地点燃燃烧管。
在一些情况下，可用废气流作为富氢气体。但是，若采用富氢气体
流作为装有许多燃烧管的炉子的燃料，可能在燃烧管上方形成大量的适
量混合的氢和空气，这会有在富氢气流点燃时发生严重爆炸的危险，这
种爆炸可损坏炉膛的陶瓷炉衬或炉内的其他部件，并对工厂操作人员带
来危险。
采用含氢气流作为炉子的燃料是众所周知的。例如，通常采用甲醇
厂提纯气体作为普通重整炉的燃料。但是，在甲醇厂起动时的提纯气流
是贫氢的，只有在该厂满负荷作业时富氢的提纯气体才变得可用，而此
时燃烧管已被点燃。因此，只有在燃烧管燃烧起来之后才会发生任何从
贫氢气体作为燃料向富纯提纯气体作为燃料的转变。
国际专利No.94/29013公开了一种所谓的小型重整炉。这种炉子具
有紧密堆积排列的反应管，这些管子的直径比常规的蒸汽重整炉的反应
管小得多。因此，上述小型重整炉的反应管的公称直径通常为例如1.5
英寸(3.81cm)，而常规的重整炉的反应管公称直径通常为5英寸
(12.70cm)。而且，小型重整炉中的反应管之间相隔比常规蒸汽重整炉
的反应管近得多，相应地，它的燃烧管也在反应管模板内安装成彼此之
间相隔较近。
由于在小型重整炉内的燃烧管彼此相隔比普通重整炉近得多，故通
常没有足够的空间来容纳用于每个燃烧管燃料喷嘴的单个控制阀。因此，
在这种情况下要由一个共用的集流管对所有燃烧管燃料喷嘴供料。而且，
由于空间有限，实际上难以设置多个点火器或导燃焰，而且与普通重整
炉相比，更有烧坏导燃燃料喷嘴的危险。另一种可能是采用自动点火，
但是尚不清楚如何安全地实施。再一种可能是，首先点燃在成排燃烧管
中排列在外面的燃烧管，然后，依靠火焰的扩展来点燃其他的燃烧管。
虽然小型重整炉中的燃烧管互相隔得足够近，以致在条件满足时可使火
焰从一个燃烧管扩展到另一个燃烧管，但是，重要的是，若要避免所有
燃烧管发生爆炸和非安全点燃的危险，就必须采用合适的速度、燃料成
分和空气/燃料比的范围，尤其是燃用氢气或富氢气体燃料的炉子更应如
此。
本发明的目的是提供一种以安全而又可靠的方式点燃装有一排相隔
较近的燃烧管的炉子例如小型重整炉的燃烧管的方法。另外，本发明的
目的还在于一种操作装有多个成排排列但不能单独控制(具有地说是没
有单独控制阀)的燃烧管的炉子的方法。本发明的再一个目的是提供一
种在装有多个燃烧管的炉子中不采用每个燃烧管的单独点火装置而起动
点燃的方法。本发明的目的还在于提供一种可安全地操作装有多个燃用
富氢气体燃料的炉子的方法，尤其是在炉子起动过程中的安全操作方法。
本发明的另外的目的是提供一种操作燃用富氢气体燃料的多燃烧管炉子
的方法。此方法可基本排除潜在危险的爆炸的可能性。本发明的再一个
目的是提供一种安全地利用富氢废气流的发热量的方法。
按照本发明，提供了一种操作燃用富氢气体的炉子的方法，上述炉
子具有多个用于燃烧供入其中的燃料的燃烧管，上述的方法包含如下步
骤：(a)提供一种用于在上述的多个燃烧管中的至少一个预定的燃烧管
点燃火焰的点火装置；(b)对上述的多个燃烧管中的每个燃烧管供给含
氧的气体和含有氢气的可燃气体，其供入量可形成可点燃的混合物；(c)
在至少一个预定的燃烧管点燃火焰；(d)使火焰从上述的至少一个预定
的燃烧管扩展到上述多个燃烧管中的其他燃烧管；和(e)经过一定时间
后，改变可燃气体的成分，为此，用富氢的气体替换至少大部分的烃类
气体，直至每个燃烧管都喷出至少主要是氢火焰为止。
因此，可以看出，本发明的方法首先使用除了含氧气体之外还有足
以形成可点燃的混合物的烃类气体。上述的含氧气体和可燃气体分别供
入炉子的多个燃烧管中的每一个燃烧管，然后，在选定的其中一个预定
燃烧管燃出火焰时，便可使所产生的扩散火焰燃遍该排所有剩余的燃烧
管，一旦炉子内每一个燃烧管都喷出合适的火焰时，便可逐渐调节可燃
气体的成分，以便由富氢气体替换烃类气体，同时调节空气和可燃气体
的流量而保持每个燃烧管的火焰，从而避免产生直接点燃富氢气体所固
有的问题。随后，当每个燃烧管都燃用富氢气体而喷出火焰时，便可将
富氢气体的流量增大到完全工作的流量。
本发明的方法关系到燃用富氢燃料的炉子的操作，上述炉子具有多
个用于燃烧供入其内的燃料的燃烧管。上述方法包含提供一个至少在一
个预先选定的燃烧管上点燃火焰的点火装置。将含氧气体和包括烃类气
体的可燃气体供入上述多个燃烧管中的每个燃烧管，供入量要足以形成
可燃的混合物。在至少一个预定的燃烧管点燃火焰并使之从上述的至少
一个预定的燃烧管扩展到其他所有的燃烧管。经过一定时间后，改变可
燃气体的成分，由富氢气体代替至少大部分的烃类气体，直至在每个燃
烧管上喷出至少重要是氢火焰为止。
在本发明的方法中，上述的多个燃烧管中的所有燃烧管都与用来供
入可燃气体的集气管相连接。
在步骤(a)～(e)的过程中，如果上述可燃气体是炉子燃用的燃
料，那么该可燃气体的用量最好比基本上完全工作时的流量(体积)小。
同理，在步骤(a)～(e)的过程中，所用的富氢气体的流量最好比燃
用富氢气体的炉子完全工作过程中所用的流量小。在步骤(a)～(e)
的过程中，富氧气体的流量也相应地减小。因此，在步骤(e)的过程中，
富氢气体的流量可比炉子设计者预计的满负载工作的流量低得多，通常
低约满负载工作流量的25％，甚至低至约10％或更低例如约5％。但是，一
旦在每个燃烧管都喷出氢火焰或者至少主要是氢火焰之后，富氢气体和
含氧气体的供入流量都可增大到完全工作时的流量。因此，在步骤(e)
的过程中，富氢气体的流量可减小至比炉子的随后作业过程中的富氢气
体的流量小，通常，在步骤(e)的过程中的富氢气体的流量可小于炉子
设计的完全工作时的富氢气体的流量的25％左右。
在许多情况下多个燃烧管中的单一的一个预定的燃烧管都可在步骤
(c)中点燃起火焰，但是，若在步骤(c)中在多个燃烧管中的两个或
多个预定的燃烧管点燃火焰可能是更方便或更有利的。
最好将上述的多个燃烧管在炉子内排列成一个阵列，这样在预定的
燃烧管或每个预定的燃烧管例如位于排列在外部的燃烧管上点燃的火焰
可以从上述的至少一个预定的燃烧管扩展到该阵列的其他燃烧管。
在一个最佳实施例中，上述的多个燃烧管安装在炉子的顶部，这样，
多个燃烧管在工作时便向下喷出火焰。这类炉子可以是例如装有多个重
整炉管的蒸汽重整炉，每个重整炉管内装有蒸汽重整催化剂，上述重整
炉管安装成其轴线大致沿垂直的方向延伸，而多个燃烧管则成排安装在
炉子的顶部以便由上述多个燃烧管的向下喷出的火焰将重整炉管加热至
蒸汽重整温度，上述的反应混合物是蒸汽与待重整的烃类原料的混合物，
该混合物在重整条件下向上流过加热了的重整炉管。本发明采用上述的
结构可克服下列问题：若要直接点燃含氢气体，向下流动的空气可能不
足以产生流速足够高的向下气流来克服氢的自然浮性，这就会在可以按
爆裂方式或非控制方式点燃的燃烧区内形成大的氢包层。如果在按本发
明方法的下燃式炉子内燃用其他的气态燃料如甲烷或天然气来起动点
燃，那么，其较高的密度、较窄的可燃范围及较低的燃烧速度也会使点
火时发生爆炸的危险减至最小。
另外，也可将上述的多个燃烧管安装在炉子的底部，这样，在炉子
工作时便从上述的多个燃烧管向上喷出火焰。
用于在上述的一个预定的燃烧管点燃火焰的点火装置可以是任何普
通类型的点火装置，例如可以是致动时产生火花的压电装置。另外，也
可以是一种导燃喷嘴，该喷嘴可在对多个燃烧管开始供入可燃气体之前
形成导燃焰，它可以是一种普通类型的可伸缩式点火装置。
上述的烃类气体优选地是甲烷或天然气，但是，需要时也可用其他
的烃类气体例如乙烷、丙烷、丁烷或其中两种或多种的混合物来代替燃
气或甲烷或与天然气或甲烷混合的混合物。上述烃类气体可与惰性气体
例如氮、氩等相混合，只要它们与空气或其他含氧气体混合时所形成的
混合物仍可燃烧即可。
在一种特别有利的实施例中，被操作的炉子是一种用于生产可在相
关合成厂使用的合成气体的蒸汽重整炉，上述的合成厂是例如甲醇合成
厂、费-托法合成厂、或用于烯烃原料加氢甲酰化的羰基合成厂。另外，
富氢气体可以包括来自合成厂的未反应的废气流。
上述的含氧气体可以是氧气、富氧的空气或空气，优选地是空气。
在此情况下，供给到上述预定的燃烧管的可燃气体可以是天然气，而含
氧气体是空气。供入上述多个燃烧管的可燃气体和空气的量足以在每个
燃烧管形成约4％(体积)的天然气与约96％(体积)的空气的混合物。
在每个燃烧管喷出火焰后，供入上述多个燃烧管的天然气的量可以递增
地或连续地逐渐增加，以使在每个燃烧管形成约8％(体积)的天然气与
约92％(体积)的空气的混合物。
在一个优选实施例中、在步骤(e)要改变可燃气体的成分，直至可
燃气体基本上是富氢气体为止。在此情况下，实施步骤(e)的时间可以
从1秒左右至15分钟左右，优选地为从2秒左右至5分钟左右，更优选
地是从5秒左右至1分钟左右。
在本发明方法的步骤(e)中，要改变可燃气体的成分，直至至少大
部分(也就是约50％)的烃类气体被富氢气体替代为止。通常，最好在步
骤(e)由富氢气体代替步骤(b)中的可燃气体中的至少80％左右(更常
见的是大致100％)的烃类气体。
最好将燃烧管安装在炉子的顶部，这样就可从至少一个燃烧管或从
一排燃烧管向下喷出火焰。
按照本发明的方法操作蒸汽重整炉可在炉内安全地形成氢火焰。
上述的富氢气体可以是纯的氢气，或者是氢气与一种或多种其他气
体例如惰性气体(如：氮、氩等)或烃类气体(如甲烷、乙烷、丙烷、
丁烷等)的可燃混合物。富氢气体优选地含有至少约50％(体积)的氢，
更优选地是至少80％(体积)而高达约98％(体积)或更高的氢。如果炉
子是用于通过蒸汽重整甲烷或天然气来产生用于生产甲醇的合成气体的
蒸汽重整炉，那么，对于费-托法合成或羰基合成的用途来说，所产生
的合成气体都含有过量的氢(这一点在下面进一步说明)，在这种情况下，
富氢气体可以是在随后的合成步骤之后留下的未发生反应的气体。
在上述蒸汽重叠炉管内发生的主要反应如下：
和
结果，产生的合成气体具有H2∶CO的摩尔比约为3∶1，即高于甲醇合
成所需的H2∶CO的摩尔比2∶1。在从一氧化碳和二氧化碳(它们在合成气
体混合物中一般以次要组分存在)合成甲醇的过程中发生的反应是：
和
在所有情况下，由甲烷或天然气的蒸汽重整产生的合成气体来合成
甲醇都会产生适用于本发明方法的富氢的废气流，该废气流在必要时可
进行合适的纯化处理(例如压力回转吸附)以便在用作炉子的燃料之前
提高气体中的氢含量，而使其余的富有二氧化碳的气体返回到甲醇合成
区的反应管内。
通常，优选地将供入炉子内的可燃气体和/或含氧气体(例如空气)
进行预热，这种预热可按普通的方法通过与一种便利的热源例如炉子流
出的烟道气的热交换来实施。这样就可使从炉子的燃烧管产生的燃烧热
发挥最佳的效率。在上述的预热步骤中可将可燃气体和/或含氧气体加热
至约300℃～800℃。
在本发明的一个优选实施例中，通过一个集流管向分别通往各燃烧
管的各供气管并与含氧气体分开地供入预热过的可燃气体。上述的各供
气管不设供气控制阀。上述含氧气体通过与重整气体的热交换而预热，
而热的含氧气体则用来加热各个供入可燃气体的供气管的外部而使可燃
气体得到预热。
如果想要关闭燃用富氢气体燃料的炉子，则将富氢气流转换为相当
流量(体积)的惰性气体(例如氮)流，而保持含氧气体流。由于惰性
气体代替富氢气体，故在一定时间后火焰将会熄灭。在惰性气体流过足
够长的时间后，便可消除各燃烧管中发生爆炸的危险。从而避免回爆的
可能性。火焰的熄灭将使蒸汽重整反应停止，并使重整气体得以冷却而
排出反应管外。保持流过空气入口集流管的空气流可帮助冷却炉子。
为了更清楚地了解本发明并且容易付诸实施。下面仅结合实例并参
看附图说明本发明的最佳实施例，附图中：
参看附图，图1示出一种燃烧试验装置1，它具有一种隔热的矩形六
面体壳体，该壳体的内部尺寸为长470mm×宽115mm×高1625mm，该壳体
与一个副壳体(长142mm×宽115mm×高1625mm)相连接。上述两个壳体
之间没有隔墙。故它们一起组成一个大致为偏T形的壳体。试验装置1
的外壁由低碳钢板2、3、4、5、6、7、8和9组成，装置的顶端10是敞
开的，但其下端由低碳钢板11封闭。该底板11之上方装一块也是低碳
钢制成的横隔板12，该横隔板12构成集气室13的顶部，并成为装置1
内的燃烧区的底板。横隔板12钻有直径为3mm的通孔14，通过该孔14
将燃用空气从集气室13抽入燃烧室15。试验装置1的全部接缝都是密封
的。
在燃烧室15内安装一排18个外径为45mm并彼此等距离相隔70mm
的铝质供气管16，该供气管16的上述排列重现小型重整炉内的重整炉管
的外观形式。在上述供气管16之间的间距的中点处安装外径为19mm、长
度为150mm的燃烧管17，一共8个。其中6个燃烧管17安装在直线部分，
另两个安装在由外壁6、7和8构成的侧支部分。在各供气管16与燃烧
管17之间的间隙内填充氧化铝球的高度为50mm(未示出)，这样，可使
每个燃烧管17伸出氧化铝球上方约100mm。燃烧管17分别从高度为25mm
的燃料集流腔18通过相应的直径为2mm单孔19供入燃料。每个燃烧管
被4个用于供入空气的孔14包围。燃烧管17和供气孔14的上述排列与
上述氧化铝球的分散效应相结合，使空气有效地散布至各燃烧管17，这
相当于对装有重整炉管的敞开式炉膛的强制供气。
为了可观察到燃烧的火焰及火焰的扩展情况，在装置1的纵长侧壁3
上安装一个玻璃窗20，该玻璃窗20的底边与燃烧管17的顶端21齐平。
在壳体的壁2、4和7上分别具有一个直径为18mm的孔22，该孔22的底
部也与燃烧管17的顶部21齐平。该孔22用于插入用作导燃焰的氧-丙
烷焰以便点燃相邻的燃烧管17中的燃料，并用作为附加的观察设施。在
试验装置1的敞开的顶端10的上方呈一角度安装一个反射镜(未示出)，
以便可方便地向下看到装置1之内部情况而不会使观察者受害于热和烟
气。
通过下列实例进一步说明本发明，在这些实例中，所有的流量都是
在0℃和760mmHg(101.33kpa)的压力下测量的，单位是l/h。
实例1
通过燃料集流腔18对试验装置1供入作为燃料的基本上纯的氢气并
通过集气室13供入空气。可通过合适的流量计(未示出)测量它们的流
量。进行了一系列的试验。每次试验之间只相隔几秒钟，所用的程序包
括形成从集气室13通过孔14进入燃烧室15的空气流，然后形成从燃料
集流腔18通过孔19进入燃烧管17的燃料流。首先，将氧-丙烷导燃焰
插入其中一个点火孔22内，这样，当随后通过燃料集流腔18供入氢气
时，便可在邻近的燃烧管17点燃起火焰。如果点火不发生，燃料流便停
止流动，而空气流则改变到一个新的流量值。然后再供入燃料，再进行
点火。在一些情况下，邻近于由氧-丙烷导燃焰点着的燃烧管的燃烧管17
也会燃烧，并且常使火焰扩展到所有的燃烧管。对每次点火都进行录象。
在点火成功的情形下，向燃烧室15通入氮气，使火焰熄灭，并停止燃料
供入。在停止通入氮气的情况下，频繁地观察回爆现象。然后，再以新
的流量值重新供入燃料，并在新的流量下按上述方法进行点燃操作。对
每个燃料流量值试验供给几个不同的空气流量值。试验表明，氢气流量
为1600～5000l/h和过分的空气流量为约200％～400％时，点火和火焰扩
展是成功的。换言之，在氢与空气的混合气体中氢含量约为10％v/v～15
％v/v时，点火是可行的。但是，试验中观察到，采用氢作为燃料时，点
火和火焰扩展一般是猛裂的而且是不稳定的。当每个燃烧管被来自每个
燃烧管17上方的火焰点燃时，发出清晰的“爆裂声”。业已表明，在较
高的燃料流量下，能量释放较快，造成反应太激烈。尤其在过分的空气
流量较小的情况下是如此。在较低燃料流量下，燃烧管17上方则或者不
能形成火焰，或者火焰太弱而难以成功地扩展。这在过分的空气流量较
大的情况下也是这样。试验表明，在上述的几种不满意的低燃料流量的
情况下计算的燃料/空气混合物接近于报导过的空气中含氢4％的可燃性
的下限值。
实例2
重复实例1的程序，但采用天然气体为燃料。试验表明，在天然气
流量为1450～2900l/h和过分的空气流量约为80％～100％的情况下，可以
点燃并使火焰扩展。试验中观察到，采用天燃气时，点火和火焰扩展都
不激烈且较稳定。
实例3
重复实例2的程序，其空气流量为35000l/h，天然气流量为1700l/h，
结果在每个燃烧管上都形成稳定的火焰。然后进行一系列试验，其中以
流量为4800l/h的氢气代替天然气。试验时间约为5～60s。结果表明。
在上述燃料更换过程中和更换之后，火焰没有激烈的或不稳定的变化。
实例4
将试验装置1倒置，并加一个丝网以阻止氧化铝球下落。重复实例1
的程序，获得与之类似的结果，但火焰是向下燃烧的。
实例5
采用倒置的试验装置1，重复实例2的程序。获得与之类似的结果，
但火焰是向下燃烧的。
实例6
还是采用倒置的试验装置1，重复实例3的程序。获得与之类似的结
果，其火焰向下燃烧。