前言：

氫是許多石油化工產(chǎn)品的重要原料。氨、甲醇等許多化學(xué)品的合成和燃料油的加氫所消耗的氫約占?xì)錃饽晷枨蟮娜种?。另外，化工、制藥、冶金、半?dǎo)體生產(chǎn)、食品、玻璃、航天等工業(yè)也使用氫。
現(xiàn)在，全球氫需求約為5000萬噸/年。而且，氫需求還會(huì)增長(zhǎng)，例如，石油化工和煉廠的氫需求以每年6-7％的速度增長(zhǎng)。目前，導(dǎo)致氫需求增長(zhǎng)的主要原因是日益增長(zhǎng)的環(huán)保要求和加工低質(zhì)量的原油；將來，燃料電池在汽車和各種分散供電設(shè)備中的應(yīng)用將導(dǎo)致氫需求的大幅度迅速增長(zhǎng)。
工業(yè)制氫的方式有很多種，而石化煉油廠根據(jù)其自身的特點(diǎn)，一般主要采用輕烴水蒸汽轉(zhuǎn)化法和重油部分氧化法制氫技術(shù)。輕烴水蒸汽轉(zhuǎn)化制氫因其工藝流程簡(jiǎn)單，條件緩和，不需要純氧，主要設(shè)備較少，投資省，氫氣成本低，被公認(rèn)為是煉油廠制氫*佳方案。
轉(zhuǎn)化爐是制氫裝置的核心設(shè)備。在這里，烴類原料和水蒸汽在催化劑的作用下，發(fā)生一系列的熱裂解、催化裂解、脫氫、加氫、積碳、氧化、變換、甲烷化反應(yīng)。其主要反應(yīng)為：
CmHn＋mH2O  → mCO＋（m/2＋n）H2 ＋Q
CO＋3H2 → CH4＋ H2O
CO＋3H2O → CO2 ＋ H2
所以轉(zhuǎn)化爐設(shè)計(jì)的好壞直接影響裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行。
轉(zhuǎn)化爐從結(jié)構(gòu)形式上看主要有頂燒爐、側(cè)燒爐、階梯爐和底燒爐四種，但目前在制氫裝置中廣泛應(yīng)用的爐型只有頂燒式和側(cè)燒式兩種。
頂燒爐的所有轉(zhuǎn)化爐管分幾排布置在一個(gè)爐膛內(nèi)，排列比較緊湊，燒嘴位于爐頂，火焰向下燃燒，直接加熱爐管。爐膛大致呈正方形。
側(cè)燒爐由兩個(gè)輻射室并列組成，每個(gè)輻射室內(nèi)排列一排爐管（傳統(tǒng)設(shè)計(jì)為每個(gè)輻射室內(nèi)排列兩排爐管的布置，以減小輻射室的長(zhǎng)度），其燒嘴為小型燒嘴，位于爐墻兩側(cè)，每側(cè)爐墻由下到上分布6排?；鹧娑绦?，向四周呈放射狀噴出，加熱爐墻，利用爐墻的輻射熱加熱爐管。
國(guó)內(nèi)*近十多年來，已不再建造側(cè)燒爐，原因是：
(1). 當(dāng)制氫裝置變換氣的凈化改為PSA提純技術(shù)后，由于PSA的尾氣要作為轉(zhuǎn)化爐的燃料氣，而PSA的尾氣壓力很低，為0.03Mpag，要把如此低的壓力平均分配到側(cè)燒爐的諸多火嘴，保證火嘴的正常燃燒，在技術(shù)上存在一定難度；
(2). 傳統(tǒng)的側(cè)燒爐外型結(jié)構(gòu)不科學(xué)，對(duì)流段向上延伸，造成爐體高聳，維修不便，由于對(duì)流段較高導(dǎo)致汽包位置過高；
(3). 由于爐管空速較低，為減少轉(zhuǎn)化爐占地面積，爐管在爐膛中采取交叉型“之”字排列，引起爐管左右兩側(cè)受熱不均，*終導(dǎo)致爐管彎曲。Tops¢e公司則擁有自己的專利技術(shù)，率先解決了上述技術(shù)難題。
雖然這兩種爐型都有自己先進(jìn)可靠的設(shè)計(jì)手段，但分別又有各自的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，它們將影響裝置的建設(shè)投資、能耗、可操作性及占地等。下面以100000Nm3/h制氫裝置為例，著重對(duì)其主要方面如技術(shù)參數(shù)，工藝特點(diǎn)，投資，占地等方面進(jìn)行探討。
1. 水碳比和爐出口溫度：
    輕烴水蒸汽轉(zhuǎn)化制氫裝置的氫氣成本構(gòu)成中，原料和燃料費(fèi)用約占?xì)錃獬杀镜?/font>80％，動(dòng)力消耗、催化劑及化學(xué)藥劑消耗、大修折舊以及人工費(fèi)等只占20%左右。由此可見，欲降低氫氣成本必須抓住原料和燃料消耗這兩個(gè)大頭。
而影響原料和燃料耗量的因素主要是轉(zhuǎn)化爐出口殘余甲烷的含量和轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的水碳比數(shù)量。水碳比是用來表示制氫轉(zhuǎn)化爐操作條件的一個(gè)術(shù)語，是指轉(zhuǎn)化進(jìn)料中水蒸汽的摩爾數(shù)和碳原子摩爾數(shù)的比值，可縮寫為S/C。它是轉(zhuǎn)化反應(yīng)*為重要的指標(biāo)，S/C過低的害處是轉(zhuǎn)化爐管容易結(jié)焦，增加爐管壓降，降低催化劑活性，甚至引起爐管損壞或者爆管；同時(shí)轉(zhuǎn)化效果不好，轉(zhuǎn)化爐出口殘余甲烷含量增加，導(dǎo)致原料消耗增加；而S/C過高，不但燃料耗量增加，同時(shí)流過裝置的質(zhì)量流量增加，增加了各種設(shè)備的尺寸，比如下游設(shè)備由于蒸汽冷凝所需的換熱面積增加而導(dǎo)致設(shè)備投資增加，因此在確保裝置安全和滿足工藝要求的前提下，S/C的數(shù)值越低越好。
現(xiàn)代制氫裝置設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)是盡可能降低S/C數(shù)值以*大程度地降低操作費(fèi)用和投資成本。因此需從經(jīng)濟(jì)和安全兩方面確定裝置的S/C數(shù)值，目前國(guó)內(nèi)技術(shù)S/C一般在4.0左右，國(guó)外頂燒爐在3.0左右，國(guó)外側(cè)燒爐在原料為液體時(shí)S/C為2.5，原料為氣體時(shí)為2.0。
側(cè)燒爐技術(shù)之所以能把S/C降到如此低的數(shù)值，主要原因是與其爐型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)。因?yàn)閭?cè)燒爐的火嘴分上下幾排加熱爐管，爐管受熱均勻，由于烴類的轉(zhuǎn)化反應(yīng)是強(qiáng)吸熱反應(yīng)，所以可以通過提高爐出口溫度來降低殘余甲烷含量；而頂燒爐由于存在距入口3米點(diǎn)處高的爐管熱強(qiáng)度的限制（參見圖2-1），使得其出口溫度不敢提高，因此為了降低轉(zhuǎn)化爐出口殘余甲烷含量，只有提高S/C的數(shù)值。
使用側(cè)燒式轉(zhuǎn)化爐，工藝上可以采用較低的S/C，這是側(cè)燒爐的優(yōu)勢(shì)之一。低S/C帶來的好處是明顯的。例如從裝置的瓦斯耗量分析，對(duì)于年產(chǎn)氫氣100000Nm3/h裝置，當(dāng)加工煉廠尾氣時(shí)，Tops¢e的瓦斯耗量是1.971t/hr，Linde是6.876t/hr，KTI是4.010t/hr。因此僅按照一套制氫裝置加工煉廠氣時(shí)，年開工8,400小時(shí)，每噸瓦斯1150元計(jì)算，Tops¢e比Linde每年可節(jié)省人民幣（6.876－1.971）*8400*1150＝4,700萬元，比KTI每年可節(jié)省人民幣（4.010－1.971）*8400*1150＝2,000萬元。
2. 工藝特點(diǎn)：

2.1 傳熱方式
頂燒爐的燃燒器安裝在輻射室頂部，火焰從上往下燃燒，煙氣流動(dòng)方向與爐管內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)方向相同，傳熱方式為并流傳熱；側(cè)燒爐燃燒器安裝在輻射室側(cè)墻，火焰通過爐墻對(duì)爐管加熱，煙氣流動(dòng)方向與管內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)方向相反，傳熱方式類似逆流傳熱。從傳熱機(jī)理來講，在進(jìn)出口溫度相同的情況下，逆流傳熱比并流傳熱的傳熱推動(dòng)力要高一些。
2.2 管壁的溫度和熱強(qiáng)度分布
由于不同的傳熱方式，頂燒爐和側(cè)燒爐具有不同的爐管表面熱強(qiáng)度和管壁溫度分布。參見圖2-1。
頂燒爐火焰集中在爐膛頂部，所以該處輻射傳熱能力非常強(qiáng)，具有非常高的局部熱強(qiáng)度，同時(shí)該處的管壁溫度也*高。*高管壁溫度和*大熱強(qiáng)度同時(shí)在轉(zhuǎn)化管頂部約3米處出現(xiàn)峰值，這是頂燒式轉(zhuǎn)化爐的特點(diǎn)。該特點(diǎn)造成轉(zhuǎn)化爐管要有較高的設(shè)計(jì)壁溫。
據(jù)2000年《Hydrocarbon Processing》報(bào)導(dǎo)，對(duì)于常規(guī)穩(wěn)妥設(shè)計(jì)的制氫裝置，爐管的平均熱強(qiáng)度經(jīng)常在20,000~23,000 Btu/hr.ft2之間變化（55,000~63,000kcal/h.m2）；同樣，*大熱強(qiáng)度通常在35,000~40,000 Btu/hr.ft2之間變化（95,000~108,000kcal/h.m2）。熱強(qiáng)度如果超出這些范圍就說明轉(zhuǎn)化爐已被推向超出設(shè)計(jì)界限，并能減少爐管和催化劑的使用壽命。目前國(guó)外頂燒爐的平均熱強(qiáng)度為65,000 kcal/h.m2，*高熱強(qiáng)度達(dá)120,000kcal/h.m2，爐管外壁溫度在火焰前端高達(dá)950℃。
對(duì)于側(cè)燒式轉(zhuǎn)化爐，由于燃燒器均勻分布在沿管長(zhǎng)方向的不同標(biāo)高，輻射傳熱比較均勻，爐管熱強(qiáng)度分布曲線平緩，從而可以降低設(shè)計(jì)壁溫，減少轉(zhuǎn)化管壁厚，節(jié)約高合金爐管，或者允許有較高的轉(zhuǎn)化氣出口溫度，以降低殘余甲烷含量，提高氫氣產(chǎn)率。在管壁設(shè)計(jì)溫度相同時(shí)，側(cè)燒爐可以允許較大的總平均爐管表面熱強(qiáng)度，這樣傳熱面積會(huì)相應(yīng)減少，轉(zhuǎn)化爐管數(shù)量有所下降。目前國(guó)外側(cè)燒爐的平均熱強(qiáng)度為75,000 kcal/h.m2，爐管外壁溫度在爐出口附近為910℃。
圖2-1：



2.3  轉(zhuǎn)化反應(yīng)熱量的要求
轉(zhuǎn)化反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，維持反應(yīng)所需的熱量是通過輻射，由煙氣傳給反應(yīng)物。在爐管的進(jìn)口處，反應(yīng)物有著較低的平衡溫度，而且烴類原料的分壓較高，轉(zhuǎn)化反應(yīng)只受到催化劑活性和熱傳遞速率的限制。在爐管出口處，由于轉(zhuǎn)化已經(jīng)基本完成，原料的分壓較低，吸熱量較小。
頂燒爐由于上部火焰溫度高，爐管上部的傳熱速率快，因而恰好可以滿足轉(zhuǎn)化反應(yīng)上部新鮮原料反應(yīng)速度快，吸熱量大的要求。側(cè)燒爐有六排燒咀，通過每排燒咀的設(shè)計(jì)能量不同進(jìn)行調(diào)節(jié)，靠進(jìn)爐管的進(jìn)口前五排燒咀能量比*下面燒咀的能量大100%，這樣具有更靈活有效的調(diào)節(jié)手段，使全爐溫度分布趨于更合理。
2.4 煙氣流動(dòng)影響
2.4.1  頂燒爐燃燒器的能量分配、燃燒器之間位置、以及燃燒器與爐墻的距離都嚴(yán)重影響煙氣的流動(dòng)，設(shè)計(jì)不慎引起煙氣返混，影響傳熱效果。這一點(diǎn)在茂名的制氫轉(zhuǎn)化爐內(nèi)得到證實(shí)（向爐膛內(nèi)噴干粉能觀察到返混現(xiàn)象）。因此，頂燒爐燃燒器設(shè)計(jì)更為關(guān)鍵，流體動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)難度大。
2.4.2  頂燒爐的煙氣從底部煙道格柵進(jìn)入煙道，在底部由于轉(zhuǎn)化幾乎完成，爐管溫度較高，煙氣進(jìn)入煙道時(shí)高速流動(dòng)引起的爐管沖刷（頂燒爐為不均勻沖刷），比側(cè)燒爐嚴(yán)重的多。因?yàn)閭?cè)燒爐的煙氣從頂部進(jìn)入煙道，在頂部原料分壓高，完成轉(zhuǎn)化需大量吸熱，而爐管管壁溫度卻較低（管壁溫度約700℃）。
2.4.3  據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)記載，從頂燒爐底部煙道格柵的孔隙中穿出的輻射熱也會(huì)造成爐管局部的溫度升高，影響爐管壽命，甚至有燒穿爐管的報(bào)導(dǎo)。
2.4.4  另外，當(dāng)煙氣引風(fēng)機(jī)故障停機(jī)時(shí)，爐膛內(nèi)的火焰方向就會(huì)改變?yōu)橄蛏先紵?，處理不及時(shí)會(huì)燒壞爐頂設(shè)備。
3. 操作情況

3.1  燃燒器周圍環(huán)境溫度
頂燒爐的燃燒器都集中在爐頂，空氣預(yù)熱溫度高達(dá)500℃以上，空氣分配管也集中在爐子頂部，爐頂?shù)臏囟染头浅８?，尤其在夏季，溫度達(dá)60℃，操作過程中調(diào)節(jié)燃燒器條件惡劣?，F(xiàn)在的轉(zhuǎn)化爐設(shè)計(jì)是通過計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，結(jié)合流體流量分析去確定操作中爐頂內(nèi)部的空氣流動(dòng)模型和空氣溫度。
而側(cè)燒爐的燃燒器均布置在側(cè)墻，操作過程中調(diào)節(jié)燃燒器條件比較好。
3.2  開工時(shí)燃燒器調(diào)節(jié)時(shí)間
側(cè)燒爐*明顯的劣勢(shì)就是燃燒器數(shù)量多，所以在開工過程中，點(diǎn)火時(shí)花費(fèi)的時(shí)間和調(diào)整時(shí)間比頂燒爐要長(zhǎng)。
3.3  燃燒器的維修工作量
    同樣的，側(cè)燒爐由于燃燒器數(shù)量多，如果燃燒器的質(zhì)量不好，或者管網(wǎng)瓦斯的質(zhì)量不好，都會(huì)增加維修燃燒器的工作量。
3.4  日常循檢
由于頂燒爐在距離頂部3米點(diǎn)處的局部爐管熱強(qiáng)度特別高，所以要求在日常生產(chǎn)中要特別注意加強(qiáng)循檢，注意觀察火焰是否燒偏導(dǎo)致火舌舔著爐管，或者在裝置切換原料時(shí)或改變負(fù)荷時(shí)，也要密切觀察火焰的燃燒情況；還要觀察該區(qū)域催化劑是否產(chǎn)生積炭現(xiàn)象，爐管是否存在花斑、熱管現(xiàn)象。
側(cè)燒爐由于是靠爐墻的輻射熱加熱爐管，所以爐管受熱均勻，爐管的故障幾率大大較低。國(guó)外側(cè)燒爐設(shè)計(jì)一般在爐膛內(nèi)不安裝溫度計(jì)，在日常循檢中，要求操作人員利用遠(yuǎn)紅外測(cè)溫槍，定期定量測(cè)量爐管外壁溫度，要求溫差在20℃以內(nèi)。
3.5  工作空間
由于頂燒爐的進(jìn)料管、燃燒空氣配管、瓦斯配管均集中在爐頂，所以爐頂?shù)目臻g狹小，日常維護(hù)和裝卸催化劑不方便；側(cè)燒爐頂部沒有火嘴，比較寬敞，裝卸催化劑容易。
3.6  催化劑的還原
    轉(zhuǎn)化催化劑的活性組分是還原態(tài)的單質(zhì)鎳，在生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格防止其被高溫蒸汽氧化為氧化鎳。不論是頂燒爐還是側(cè)燒爐，在裝置停工時(shí)都要求轉(zhuǎn)化催化劑要在還原氣氛下停車，即要求在停車的同時(shí)通入一定量的氫氣。這樣做的好處是保證轉(zhuǎn)化催化劑始終處于還原狀態(tài)，下次開工時(shí)不需單獨(dú)對(duì)催化劑進(jìn)行還原（需10～12小時(shí)），直接使用即可，節(jié)省了開工時(shí)間，節(jié)省了裝置能耗，又避免了轉(zhuǎn)化催化劑反復(fù)被氧化和被還原，延長(zhǎng)催化劑的使用壽命。
Tops¢e要求其預(yù)轉(zhuǎn)化催化劑在裝置停工時(shí)必須通入氫氣。因?yàn)橐坏┢浔徽羝趸?，下次開工時(shí)很難還原完全，即催化劑的活性將有所下降。而頂燒爐催化劑如果在停工時(shí)沒有及時(shí)通入氫氣，下次開工時(shí)也可重新對(duì)催化劑進(jìn)行還原。
3.7  爐管溫度的調(diào)節(jié)
    雖然頂燒爐的燃料放熱分布與反應(yīng)吸熱分布較協(xié)調(diào)，但爐管縱向溫度不能調(diào)節(jié)，在操作末期或催化劑積碳情況下，由于上部反應(yīng)較少，管內(nèi)介質(zhì)溫度升高很快，造成轉(zhuǎn)化爐管的管壁溫度升高，對(duì)爐管壽命有影響，設(shè)計(jì)管壁溫度也需要取較大的裕量；同時(shí)由于積碳導(dǎo)致催化劑活性下降，又不敢提高爐溫，所以會(huì)轉(zhuǎn)化爐出口殘余甲烷含量上升，裝置能耗增加。
    為防止頂燒爐的入口溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)溫度，國(guó)內(nèi)通常是在煙氣進(jìn)對(duì)流段的入口處增加幾個(gè)隧道火嘴，以增加換熱溫度。但實(shí)際操作中一般不點(diǎn)，因?yàn)槿绻c(diǎn)燃隧道火嘴，火焰會(huì)隨煙氣方向飄動(dòng)，容易燒壞對(duì)流段換熱盤管。如果轉(zhuǎn)化爐的出入口溫度提不起來，一般采用增加燃燒空氣量或多燒管網(wǎng)瓦斯的方法解決，無疑增加了裝置能耗。
側(cè)燒爐由于其燒嘴位于爐墻兩側(cè)，由下到上分布6排，可以根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)沿爐管長(zhǎng)度方向受熱的負(fù)荷，對(duì)不同工況的適應(yīng)情況較好。
4．爐管使用壽命

由于在頂燒式轉(zhuǎn)化爐中，火焰從上部向下直接加熱爐管，因此從爐管頂部到出口之間的爐管表面熱強(qiáng)度是不均勻的，爐管的管壁溫度也是不均勻的。爐管的管壁溫度和熱強(qiáng)度在距離頂部三分之一爐管處出現(xiàn)峰值，這是頂燒式轉(zhuǎn)化爐的特點(diǎn)，這一特點(diǎn)限制了的爐管的整體材質(zhì)使用；同時(shí)，由于頂燒爐管長(zhǎng)期受到高溫?zé)煔獾牟痪鶆驔_刷，也會(huì)降低其使用壽命。由于側(cè)燒式轉(zhuǎn)化爐爐管受熱均勻，側(cè)燒爐比頂燒爐壁平均熱強(qiáng)度高，因此爐管壽命更長(zhǎng)。在相同材質(zhì)情況下，側(cè)燒爐允許有較高的爐出口溫度。實(shí)際工業(yè)應(yīng)用裝置，側(cè)燒爐出口常常溫度超過900℃，在制甲醇工藝中，轉(zhuǎn)化出口甚至高達(dá)965℃。
5. 占地面積

從占地面積上看，由于頂燒爐的輻射室呈正方形，因此節(jié)省占地面積，同時(shí)其燒嘴數(shù)量相對(duì)較少，適于大型化。但頂燒爐由于煙氣是從爐膛下部流出，因此其對(duì)流段大多采取平臥地面式布置，所以其對(duì)流段的占地較大。對(duì)于100000Nm3/h制氫裝置，根據(jù)對(duì)流段布置的差異，如Linde公司對(duì)流段設(shè)計(jì)為7段，Krupp Uhde公司對(duì)流段設(shè)計(jì)為9段。根據(jù)不同的工藝設(shè)計(jì)要求，頂燒爐系統(tǒng)的總長(zhǎng)度一般在85米左右。參見圖5-1：

由側(cè)燒爐的特點(diǎn)決定了其輻射室為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，因此占地面積較大，但由于煙氣是從爐膛頂部流出，所以其對(duì)流段有4段位于空中，只有2段位于地面，因此其對(duì)流段占地面積較少。對(duì)于100000Nm3/h制氫裝置，根據(jù)不同的工藝設(shè)計(jì)要求，側(cè)燒爐系統(tǒng)的總長(zhǎng)度一般在90米左右。參見圖 5-2：

6.  建設(shè)投資

6.1  燃燒器數(shù)量
100000Nm3/h制氫裝置，頂燒爐的燃燒器數(shù)量為84個(gè)，側(cè)燒爐燃燒器數(shù)量為360個(gè)。雖然單個(gè)燃燒器頂燒爐比側(cè)燒爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜些，造價(jià)高一些，但總的數(shù)量比側(cè)燒爐少許多，因此這部分總體的投資較少。側(cè)燒爐燃燒器投資比頂燒爐多20％。
6.2  爐管數(shù)量
轉(zhuǎn)化爐管是轉(zhuǎn)化爐中*貴的部件。不管采用何種爐型，由于爐管材料的改進(jìn)，轉(zhuǎn)化爐熱強(qiáng)度得到普遍提高，碳空速也有了很大的提高，頂燒爐為1200 h-1，側(cè)燒爐為1400h-1。碳空速的提高，減少了轉(zhuǎn)化爐管的根數(shù)，Topsøe的側(cè)燒轉(zhuǎn)化爐僅有250根爐管，KTI和Linde的爐管數(shù)量分別為276根、282根。轉(zhuǎn)化爐管的減少，直接減少了轉(zhuǎn)化爐的外觀尺寸，降低了工程投資。
6.3  催化劑裝填數(shù)量
由于側(cè)燒爐比頂燒爐的碳空速高，因此減少了轉(zhuǎn)化爐管的根數(shù)，也減少了轉(zhuǎn)化催化劑的裝填量，頂燒爐的催化劑裝量為37.6m3，側(cè)燒爐為30.6m3。
6.4  配管
頂燒爐的燃燒器數(shù)量較少，密集排列在爐頂，燃料配管及空氣配管相應(yīng)簡(jiǎn)化。側(cè)燒爐燃燒器數(shù)量較多，分布在輻射室側(cè)墻，因此其燃料配管及空氣配管較多，投資比頂燒爐增加很多。
6.5  熱部件
6.5.1 上部集合管系統(tǒng)
頂燒爐的所有爐管分幾排布置在一個(gè)爐膛內(nèi)，排列緊湊，爐膛大致呈正方形。高溫原料氣先進(jìn)入一根橫向總?cè)肟诩瞎?，由此引?/font>4～5根豎向集合管，分別與4～5根橫向集合管相連，這樣的集合管引出許多上尾管，每根上尾管連接一根爐管。因此其上部集合管系統(tǒng)排列復(fù)雜，投資較高。
側(cè)燒爐由兩個(gè)輻射室并列組成，每個(gè)輻射室內(nèi)排列一排爐管，而且爐管數(shù)量較少，因此上部集合管系統(tǒng)排列簡(jiǎn)單，投資較低。
6.5.2 下部集合管系統(tǒng)
Linde公司和KTI公司設(shè)計(jì)的頂燒爐，下部集合管系統(tǒng)布置與上部集合管系統(tǒng)類似，爐管的出口連接下尾管，轉(zhuǎn)化氣通過一排下尾管匯集于一根熱壁集合管，4～5根熱壁集合管*后匯于一根冷壁集合管。這部分過渡的熱壁管由于溫度高、壓力高、臨氫，使用的材料是和轉(zhuǎn)化爐爐管同等的高合金材料，因而投資將有所增加。
Topsoe公司設(shè)計(jì)的下集合管系統(tǒng)是采用全冷壁管，即取消了下尾管和熱壁集合管。轉(zhuǎn)化氣自爐管出來后通過接頭直接連在冷壁管上，簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)，減少了故障幾率，將低了建設(shè)投資。
熱部件的投資頂燒爐比側(cè)燒爐多30％。
6.6  輻射室鋼結(jié)構(gòu)
頂燒爐輻射室的長(zhǎng)度14米，寬度14米，總高度32米（因其上下集合管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以高度增加）；側(cè)燒爐單個(gè)輻射室的長(zhǎng)度34米，寬度3米，總高度22米。因此側(cè)燒爐在鋼結(jié)構(gòu)方面的投資比頂燒爐多約60％。
6.7  耐火材料
側(cè)燒爐在耐火襯里方面的投資比頂燒爐多約60％。
6.8  恒力彈簧吊架
側(cè)燒爐的爐管數(shù)量少于頂燒爐，因此在彈簧吊架方面的投資少于頂燒爐。

結(jié)束語：
頂燒式和側(cè)燒式這兩種轉(zhuǎn)化爐型在大型化制氫工業(yè)中都有非常成功的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，它們都有自己先進(jìn)可靠的設(shè)計(jì)手段，不管采用哪種爐型，都能保證裝置長(zhǎng)周期正常運(yùn)行。只不過側(cè)燒爐型在中型制氫裝置中其優(yōu)勢(shì)將更為突出，而頂燒爐則更適宜于裝置大型化，因?yàn)殡S著裝置規(guī)模的增加，側(cè)燒爐輻射室占地面積呈線性增長(zhǎng)；同時(shí)，轉(zhuǎn)化爐本身的投資也將超過頂燒爐。因此，如果選擇制氫專利商的話，不能僅看轉(zhuǎn)化爐的爐型，還需比較其它工藝設(shè)計(jì)、裝置能耗、可操作性、設(shè)備投資、占地面積、技術(shù)指標(biāo)、相關(guān)業(yè)績(jī)等等。

結(jié)論：
（1）    由于使用側(cè)燒爐在工藝上允許使用較低的水碳比，所以可以極大節(jié)省轉(zhuǎn)化爐瓦斯耗量，對(duì)降低裝置能耗很有好處。
（2）    可操作性方面總體上是側(cè)燒爐好于頂燒爐，例如爐溫可調(diào)、故障幾率小等，但是側(cè)燒爐由于火嘴多，在開工點(diǎn)火和溫度調(diào)節(jié)方面花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。
（3）    側(cè)燒爐輻射室占地面積大于頂燒爐，對(duì)流段占地面積小于頂燒爐。一般的，如果裝置規(guī)模大于80000Nm3/h，總占地面積是側(cè)燒爐多于頂燒爐。
（4）    頂燒爐在爐管、催化劑和其它熱部件的投資較高，而側(cè)燒爐在鋼結(jié)構(gòu)、耐火襯里、瓦斯和燃燒空氣管線方面的投資較高，因此兩種爐型在轉(zhuǎn)化爐本身方面的投資基本持平。但是使用側(cè)燒爐時(shí)裝置的總體投資將下降。
（5）    由于頂燒爐存在局部高的爐管表面熱強(qiáng)度和受煙氣沖刷的影響，所以側(cè)燒爐的爐管壽命要高于頂燒爐。
（6）    側(cè)燒爐型在中型制氫裝置中其優(yōu)勢(shì)將更為突出，而頂燒爐則更適宜于大型化裝置。