常压加热炉辐射段耦合传热的数值模拟

 采用分区耦合的方法研究了某常压加热炉辐射段内的流动、燃烧和传热的全部工艺过程,并系统地分析了炉管表面温度和热强度分布。计算中,实现了燃烧器、炉膛、炉管整体几何结构的建模和网格划分,选用标准k-ε湍流模型、非预混燃烧模型和离散坐标辐射传热模型,将炉管黑度定为0.8,模拟得到了炉内的流场、温度场及炉管表面温度和热强度分布的详细信息。结果表明,底部燃烧器的高速射流在炉膛下部产生较大回流区,对炉膛下部烟气温度分布的均匀性至关重要;炉管管壁温度和热强度分布存在明显非均匀性,影响炉管使用寿命。炉膛温度及炉管管壁热强度模拟结果与常压炉测定数据和设计数据一致,证明了模拟计算的可行性和准确性,为常压炉的设计和优化提供理论参考。     

大型制氢转化炉温度场及烟气流场分析

介绍了运用CFD方法对某大型制氢转化炉的温度场及烟气流场进行模拟计算的结果,特别强调大型化后更要重视温度场及烟气流场的均匀性等问题。通过全尺寸建模和计算,获得了炉内烟气流动、燃烧和传热过程的详细信息,计算结果表明：炉膛内烟气流动受边壁作用影响较大;炉内高温区域主要集中在炉顶燃烧器区域,占炉膛高度约1／4;炉管强吸热区域主要集中在炉管上部与燃烧器火焰对应位置;应充分认识低NOx燃烧器对转化炉炉膛温度分布均匀性的影响。     

采用数值模拟研究不同供热形式对裂解炉运行的影响

利用计算流体力学Fluent软件,选择标准k-ε湍流模型、有限速率/涡耗散燃烧模型和P1辐射模型等计算模型,对全部由底部燃烧器供热(简称全底烧供热)和由底部和侧壁燃烧器联合供热(简称联合供热)的工况进行三维数值模拟计算,得到了底部燃烧器喷口面、炉管位置中心面、横跨段出口面烟气温度分布以及炉管管壁温度分布和烟气组成分布的数据。模拟计算结果表明,全底烧供热时炉膛底部形成高温区,炉膛上部温度低;联合供热时在炉膛上方采用侧壁燃烧器补充热量,炉膛烟气温度场比全底烧供热更加适合于管内的烃类裂解反应,联合供热时炉管管壁温度分布优于全底烧供热;全底烧供热时横跨段出口面烟气温度平均值高于联合供热。     

CFX软件对焦化炉数值模拟的初探

利用CFX软件对某单面辐射焦化炉辐射室管外燃料燃烧、烟气湍流流动及高温辐射过程进行了数值模拟,结合标定数据,对辐射室内烟气流动、炉管表面热强度、炉膛烟气出口温度及辐射室关键部位烟气温度等数据进行了分析对比.CFX软件能较好地模拟炉内烟气流动、炉膛内烟气温度分布,能反映炉管表面热强度分布的一般规律,CFX软件在加热炉工程设计中可起到一定的参考作用.     

乙烯裂解炉内燃烧、传热与裂解反应的模拟计算

 为了揭示SL-II型乙烯裂解炉炉膛内燃烧与其反应管内石脑油裂解反应历程，对炉膛内燃烧、传热与反应管内裂解反应进行了综合模拟计算，得到了炉膛内烟气速度、组分分布、烟气温度分布及反应管内裂解反应历程。应用非预混燃烧模型及DO辐射传热模型进行炉膛内燃烧、传热的计算；采用分子反应模型预测反应管内石脑油裂解反应的产品分布。结果表明，底部烧嘴的高速射流引起炉膛内组分分布的较大变化，从而影响烟气温度分布。通过裂解产品及反应管壁温度模拟结果与烯烃厂测定数据的比较，证明了模拟计算的可行性，同时选出反应管壁高温区在管长的16~20m处。     

连续重整装置加热炉改造温度场数值模拟研究及优化

针对某企业连续重整装置反应进料加热炉部分炉管管壁温度较高的问题,采用数值模拟方法对加热炉和燃烧器建模并还原计算,对模拟计算出的炉膛烟气速度场、温度场及炉管表面温度分布进行定性和定量分析,发现炉管管壁最高温度已非常接近炉管材料的极限设计金属温度。研究了影响燃烧器火焰的各种因素,结合加热炉烟气余热系统的升级改造,明确了优化改造方向,优选出了燃烧器结构参数调整方案。改造后的炉膛温度场分布均匀,实现了炉管管壁温度均匀化,同时炉膛温度较改造前降低了15～25℃,炉管管壁最高温度降低了20℃左右,NO_x排放浓度得到了有效控制。     

制氢转化炉辐射室温度分布的Monte Carlo模拟

用蒙特卡罗方法对制氢转化炉辐射室、炉管以及烟气的温度分布进行模拟计算。计算与实际测量结果表明 ,模拟计算结果反映了辐射室的温度分布情况。通过计算炉管的温度分布 ,有助于研究制氢转化炉炉管弯曲的机理     

传统双面辐射焦化炉与阶梯式双面辐射焦化炉的对比研究

对传统的双面辐射焦化炉和阶梯式双面辐射焦化炉内烟气湍流流动、燃烧和传热过程进行了数值模拟研究。计算得到了炉内流场、温度场、炉管表面热流密度分布的详细信息,揭示了不同炉型焦化炉炉膛内流动、燃烧和传热过程的特性。计算结果表明通过采用直墙与斜墙组合的辐射室炉墙结构和附墙燃烧器燃烧方式,改善了炉膛内流场结构,一方面增强了炉管表面热强度分布的均匀性、防止局部过热、提高炉管平均热强度,另一方面辐射室传热效率有所提高,有利于焦化炉的节能。     

关于采用下进下出的辐射管介质走向的研究

本文根据目前克拉玛依石化厂30万吨延迟焦化炉运行的情况，管壁温度的分布，炉膛温度的分布，进行分析后，提出新设计的延迟焦化炉应采用下进下出的辐射管介质走向方案。并预测该方案将减少辐射管结焦速度和提高延迟焦化炉的热效率。     

大型重整加热炉的设计与优化

介绍了重整加热炉的设计特点。通过区域法模拟分析,对大型侧烧U形管重整加热炉传热影响因素(如炉膛宽度、火焰长度、燃烧器的布置、空气流速及入炉温度等)进行了分析。研究结果表明:①炉膛越宽,传热均匀度越差,管壁峰值温度越高,管内工艺介质温度分布越不均匀;②改进燃烧器的能量分布可以改善炉膛温度场分布,显著降低最高管壁温度;③火焰越长,炉膛温度场分布越均匀,传热均匀度越好;④在强制通风条件下,燃烧器空气流速越高,炉膛温度场分布越均匀;⑤空气预热温度对传热均匀度的不利影响有限,但在较高的燃烧器空气流速下,传热均匀度改善,最高管壁温度降低。指出重整加热炉采用高温预热器在技术上是可行的。     

乙烯裂解炉非均匀传热对裂解产物收率的影响

 采用计算流体力学（CFD）的方法,对 KTI 公司GK-V型乙烯裂解炉的炉膛流动传热和炉管的裂解反应进行数值模拟。采用炉管壁面热通量和温度为边界条件的耦合方法进行炉膛与炉管的求解,分析各炉管壁面传热以及管内产物收率的差异。结果表明,数值模拟实验值与工业数据吻合较好;裂解炉炉管在炉膛中的非均匀传热影响了每根炉管管壁的传热以及管内的主要产物收率;计算结果可以为炉管在炉膛中的合理分布、燃烧器的位置安排以及炉膛的尺寸等结构改进提供参考依据。     

裂解炉炉膛流动及传热状况的数值模拟

以计算流体力学软件为工具,采用合适的燃烧模型和湍流模型,对乙烯裂解炉炉膛燃烧中的烟气流动分布和温度分布进行数值模拟,得到乙烯裂解炉炉膛中的流场和温度场等详细信息,揭示了炉膛内烟气流动、燃烧和传热过程的基本特点。模拟结果表明,烟气在底部烧嘴的射流核心区周围形成回流,沿着燃料气的射流方向,烟气的流速分布趋于平坦,回流现象消失;炉膛各方向上烟气温度分布不均匀,在炉膛的中部出现了炉膛的高温区域;烧嘴位置的不同造成炉管周向存在温度差异。     

制氢装置顶烧转化炉炉膛传热问题探讨

制氢装置转化炉的炉膛内包括多组炉管,如何保证这些炉管在操作时都处在等同的条件,是设计过程需要考虑的主要问题。文章主要从炉膛烟气侧烟气流动场及烟气温度场的设计、工艺侧流体分布设计以及转化炉操作问题等方面进行讨论,以期达到转化炉长周期运行,所有炉管都具有同期寿命的目的。     

基于蒙特卡罗方法的双面辐射方箱炉热强度分布的模拟

采用蒙特卡罗方法,分别考察了空间燃烧和附墙燃烧方式对双面辐射方箱炉热强度分布的影响。实验结果表明,对空间燃烧方式的炉膛温度和炉管平均热强度模拟结果与工业数据基本一致,蒙特卡罗方法能够模拟炉膛内的辐射传热过程,对双面辐射方箱炉具有良好的适用性。附墙燃烧方式较空间燃烧热强度分布有明显改善,热强度峰值由58.0 k W/m~2降至52.5k W/m~2,热强度不均匀系数由4.6降至3.7,有利于减少炉管局部过热;相同条件下附墙燃烧的平均热强度略高于空间燃烧方式,原因是炉墙辐射能力比高温烟气辐射能力更强,有利于辐射传热。     

乙烯裂解炉辐射段流动与燃烧的三维数值模拟

用计算流体力学软件Fluent6.2对中国石油化工股份有限公司燕山分公司E-BA-107乙烯裂解炉辐射段内的流动和燃烧做了三维数值模拟研究。为保证计算的准确性,使用GAMBIT2.2软件建立了与裂解炉实际尺寸完全一致的几何模型;在计算过程中采用了标准k-ε湍流模型、离散坐标辐射模型和有限速率/涡流耗散燃烧反应模型等计算模型。通过模拟计算得到了裂解炉炉膛内的温度、烟气流速及烟气组成的分布:底部燃烧器和侧壁燃烧器的燃烧使附近的炉墙处于温度分布均匀的高温区,为裂解反应提供了均匀的辐射墙面;炉管底部比其他部位的温度低;底部燃烧器的高速射流产生的旋涡可为炉管提供一定的对流热;出口烟气的平均温度和组成的模拟计算值与设计值接近,表明数值模拟有较高的精度,具有实际意义。     

半圆形圆筒炉辐射传热数学模型

本文对玉门炼油厂减压炉辐射室建立了半圆形圆筒炉传热的数学模型.管外采用Monte Carlo方法模拟辐射传热过程;管内采用改进的Soave模型计算渣油的相平衡.通过管内、外的综合传热计算,得到了辐射室内烟气的温度分布、管壁的温度分布和热强度分布,以及管内流体的温度、压强和汽化分率.计算应用重要抽样和能差迭代的概念,对Monte Carlo抽样进行了改进,缩短了计算时间.计算结果与实际操作数据进行了比较,证明该模型是可行的.     

双面辐射管式加热炉

箱式加热炉存在的缺点管式加热炉为炼油厂不可缺少的加热设备。目前我国各炼油厂装置内普遍采用箱式加热炉,箱式加热炉分为辐射室和对流室两部分,辐射室炉管一般均排在炉顶、炉底及炉壁上。辐射管靠炉膛中心的一面吸收火焰及衬砖的直接辐射热,另一面则吸收较少的反射热。因此沿管子任何截面圆周的受热强度是不同的(见图1)。热强度的大小直接影响到管壁温度的高低,而管壁温度一般是受结焦程度,工艺条件或管子的机械强度所限制。因此炉管表面的热强度是根据     

炉膛传热分段计算初探

本炉膛传热分段计算方法可计算烟气温度沿炉膛轴向的一维分布、炉管热强度和管壁温度沿管长度的分布,可用于加热炉的设计及评定操作中热流对炉管和管内工艺流体的影响。     

制氢装置低负荷运行的操作优化

介绍了中国石油兰州石化公司5万m^3／h制氢装置低负荷运行的生产情况及操作优化措施。低负荷运行时,应控制合理的水碳比,尽量降低转化反应温度,控制转化炉炉膛横面温差不高于30℃,出口支路温差不高于10℃,确保转化炉炉膛温度分布均匀;合理利用变换余热,防止设备超温,同时降低装置能耗;配氢量控制在600—800m^3／h,上限为不超过天然气加工量的10％（体积分数）。通过采取操作优化措施,转化炉运行良好,造气系统各类催化剂使用寿命达52个月。     

双原料制氢一段转化炉的模拟计算

采用炼厂干气和石脑油双原料制氢生成合成氢,一段转化炉工况与单一石脑油做原料相比发生了一系列变化。通过对一段炉工况进行模拟计算,得出炉膛各区域温度、热负荷的分布以及沿管长的管外壁温度,床层温度、压力、烷含量的分布,为系统的工况分析及优化提供可靠的、有理论依据的指导性数据。