燃油燃烧器出口液雾燃烧及NOx生成的数值模拟研究

针对燃油燃烧器出口液雾燃烧的气液两相湍流流动、液雾扩散和蒸发、气相燃烧和传热、气体和液雾以及燃烧装置之间辐射传热等过程,分别采用κ-ε模型、随机轨道模型、EBU-Arrhenius模型、离散坐标模型进行描述,发展了液雾燃烧综合计算模型,并对某炼油厂油气联合燃烧器燃油燃烧过程进行了全三维的数值模拟,得到了燃烧器出口流场、温度场、组分分布、火焰形状以及污染物NOx分布的详细信息,揭示了计算区域内流动、燃烧和传热过程的特点,计算结果与现场测量数据吻合。     

圆筒炉内燃烧器出口湍流流动和燃油燃烧的三维数值模拟

针对一现场运行圆筒炉内油、气联合燃烧器燃油燃烧过程进行了详细的数值模拟。其中，对燃烧器的复杂几何形状没有进行任何简化，实现了计算区域的结构化网格划分。在前人的研究基础上发展了计算燃油液雾燃烧过程完整的数学模型，对气相的湍流流动采用κ-ε模型，对液雾颗粒相的湍流流动采用随机轨道模型，对湍流燃烧采用EBU-Arrhenius模型，对辐射传热采用离散坐标模型。模拟计算成功地得到了燃烧器出口流场、温度场、组分分布以及火焰形状等详细信息，揭示了计算区域内流动、燃烧和传热过程特点。计算结果与现场测量数据吻合。     

基于CFD计算的燃烧器结构改进研究

 以某石油化工炼油厂在用的燃烧器为研究对象,对燃烧器中燃烧道出口结构提出了3种改进方案,并应用 CFD 软件 FLUENT 对燃烧器结构改进前后的燃烧过程进行了数值模拟,得到了燃烧单元内速度、温度及组分分布等相关参数。结果表明,减小燃烧道出口截面积能有效地提高烟焰的射流影响,大幅增加燃烧单元内对流传热比例,燃烧器火焰稳定、刚劲有力,加热效果良好。在3种改进方案中,使用圆台形出口时燃烧器性能提升最为明显。     

延迟焦化加热炉内湍流流动和燃烧的数值模拟研究

利用数值模拟方法研究了炼油过程中延迟焦化管式加热炉内的流动和燃烧过程。计算中未作任何简化，实现了包括燃烧器和炉膛在内的复杂结构网格的划分，选用标准的κ-ε湍流模型、PDF扩散燃烧模型和离散坐标辐射传热模型，对炉内流动和燃烧过程进行了三维全尺寸的数值模拟，成功地计算出炉膛内的速率场、温度场和各组分的浓度场。该炉采用的燃烧器产生的扁平状火焰，可以均匀加热炉管中的流体，有利于反应的顺利进行。     

乙烯裂解炉辐射段三维流场和燃烧的数值模拟计算

采用计算流体力学方法以某种新型乙烯裂解炉辐射段为几何模型,保留特殊结构的瓦斯燃烧器原型未作简化,对计算域进行几何建模和网格划分,用标准的k-ε湍流模型、双δ概率密度函数扩散燃烧模型和蒙特卡洛辐射传热模型对炉内的燃烧和辐射状况进行三维全尺寸数值计算,以研究炉膛内的燃烧、传热和烟气流动情况。计算得到的流场合理,火焰形状和温度分布与实际吻合良好,说明对裂解炉辐射段的数值模拟计算是成功的。该模拟计算为指导燃烧器选型、优化设计裂解炉结构提供理论参考。     

空气过剩系数对瓦斯燃烧器燃烧和NOx排放性能影响的三维模拟计算

以某公司一种瓦斯燃烧器为几何模型,对燃烧器和稳焰锥附近的复杂结构未作简化,以实际瓦斯气为燃料,用标准的k-ε湍流模型、双δPDF气相燃烧模型和蒙特卡洛辐射传热模型对燃烧器的流动及燃烧性能进行全尺寸数值模拟,得到燃烧器内温度分布、火焰长度和NOx浓度分布,计算结果表明空气过剩系数对火焰温度、火焰长度和NOx的生成量具有显著的影响,NO的生成量主要与温度分布和氧气浓度的分布有关.     

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。     

基于CFX燃烧炉内燃烧过程分析

针对现阶段燃烧炉内部燃烧过程的未知性,本文对硫化氢燃烧炉内流动、燃烧以及传热过程进行了分析,建立了相应的物理和数学模型。对燃烧器内的复杂湍流流动和传热过程,采用RNGk～ε双方程模型来模拟;对燃烧过程,利用概率密度函数(PDF)模型进行计算;模拟结果给出了燃烧炉内气体流动过程中的速度、温度和组分的详细分布。所得的结果为全面了解燃烧炉内情况提供了定量数据,也为燃烧炉的改进等指明了方向。     

延迟焦化炉内湍流流动、燃烧和传热综合过程数值模拟

 在焦化炉综合模拟研究中，准确描述出炉膛内的燃烧和传热过程极其重要，采用分区耦合的计算方法，实现了对工业焦化炉从燃烧器、炉膛、炉管整体几何结构的完全仿真，并且对焦化炉内流动、燃烧和传热全部工艺过程进行了完全的真实模拟。计算得到了炉内流场，温度场，以及炉管表面热流密度分布的详细信息，揭示了焦化炉炉膛内流动、燃烧和传热过程的特性。模拟结果表明，炉膛中存在着流动、燃烧反应与传热的不均匀分布，是造成炉管管壁热流的非均匀分布的原因。     

测试燃烧器放喷流动及燃烧特性数值模拟

针对气井测试大流量放喷时燃烧产生的高热辐射和噪声对人员及设备造成的危害问题,采用RSM湍流模型、简化的甲烷-氧气2步反应组分输运模型、离散坐标法辐射传热模型、宽频噪声及F-W-H噪声模型对页岩气测试燃烧器大流量放喷燃烧过程进行了数值模拟,考察了大流量放喷时放喷流场及噪声传播规律。分析结果表明:测试燃烧器放喷为扩散燃烧方式,燃烧效率较低,燃烧不完全易冒黑烟,同时扩散燃烧形成上浮火焰形态,火焰根部距离套筒出口较近,形成的高温热辐射使燃烧器本体受热变形而失效;燃烧器内放喷头径向喷孔流速过高导致高射流噪声,进而产生高燃烧噪声,严重威胁人员和设备安全;采用提高燃气和空气混合效果的预混燃烧方式,并合理设计喷孔流速可以抑制现有燃烧器缺陷。所得结果可为大流量测试放喷燃烧器结构改进提供理论指导。     

不同CO_2抽出比的PSA尾气对制氢转化炉燃烧及传热的研究

应用REFORM-3PC软件,对不同抽出比例CO2的PSA尾气制氢转化炉燃烧及传热进行分析研究。计算结果表明,随着CO2抽出比例的增加和转化管上部平均热强度和外壁温度的升高,燃烧器理论燃烧温度也随之增加,火焰长度却不断缩短。提出了解决PSA尾气中CO2抽出后对燃烧及传热不利影响的初步方案。     

燃烧器结构对气体火焰形状和炉内温度分布的影响

利用数值模拟方法,选用标准的K-ε湍流模型、PDF扩散燃烧模型、离散坐标辐射传热模型,研究了燃烧器结构对气体火焰形状和炉内温度分布的影响,主要考察了不同燃烧器喷孔直径、喷孔角度和旋流角度下速度、温度、火焰形状等参数的变化规律.结果表明, 喷孔直径越小,喷孔出口速度越大,速度峰值也越大,射流的影响区域越大,燃料与空气的混合越好,燃烧速率越高,燃烧的火焰越短、越窄;喷孔角度和旋流配风也可以增强混合、强化燃烧,但其对火焰形状及长度和炉内整体的温度分布影响很小.因此,若要提高辐射传热效率,只能从配风和火道形状的优化入手,开发新结构的高效燃烧器.     

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。     

连续重整加热炉内流动及燃烧过程

对连续重整加热炉进行了多个燃烧器组合燃烧的数值模拟。对燃烧器的复杂几何形状没有进行任何简化 ,实现了包括炉膛结构化网格的划分。采用炼油厂瓦斯为燃料 ,用标准的k ε湍流模型、双δ混合燃烧模型和离散传播辐射模型对连续重整加热炉进行了三维全尺寸数值模拟 ,计算出了复杂结构燃烧器附近的流场、炉膛内的温度场和各组分的分布。数值模拟结果对于连续重整加热炉设计和燃烧器研究很有意义。计算结果也表明 ,采用标准的k ε湍流模型、双δ混合燃烧模型和离散传播辐射模型计算工程湍流燃烧问题是可行的。     

克劳斯反应炉内流动及燃烧反应过程数值模拟研究

采用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法建立了复杂结构克劳斯反应炉(包括燃烧器)的三维模型,结合酸性气燃烧反应的计算模型,较为真实地再现了克劳斯反应炉内流动及燃烧过程。数值模拟结果表明,模拟计算值与工艺包数据吻合良好,说明了计算结果是可靠的。反应炉内燃烧反应主要发生在燃烧器出口反应炉前端位置,酸性气和燃烧空气的混合越剧烈,燃烧反应高温区域越小。CFD计算结果展示了炉膛内烟气速度、温度分布,反应物及反应产物组分浓度分布,可直接作为反应炉设计合理性的理论依据。     

基于CFD计算的管式加热炉燃气分级低NO_x燃烧器研究

以某石化公司低NO_x燃烧器改造项目中管式加热炉内0.7 MW扩散式燃气燃烧器为研究对象,提出了两种低NO_x改进方案。方案A采用传统燃料分级供给形式,方案B在采用燃料分级供给的同时还采用了特殊耐火砖结构。应用计算流体力学(CFD)软件Fluent对燃烧器两种改进方案的燃烧过程和NO排放进行了数值模拟,获得燃烧室内温度分布、组分分布、NO生成速率以及火焰形态等参数。比较计算结果发现,燃烧器方案B的结构能够合理地组织燃烧区的流场,改善火焰形态,提高火焰传热效率,防止局部热点的形成,使温度分布更均匀。与方案A相比,方案B的峰值温度降低了233K,出口处NO的平均体积分数降低了19.3μL/L,抑制NO排放的效果更好。     

大型方箱炉烟气流动和燃烧及传热过程的数值模拟

采用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法,实现了对大型方箱式二甲苯塔重沸炉从燃烧器、炉膛、炉管整体几何结构的仿真,并且对二甲苯重沸炉内烟气湍流流动、燃烧和传热过程进行了数值模拟研究,计算得到了炉膛内流场,温度场,以及炉管表面热强度分布的详细信息,揭示了炉膛内流动、燃烧和传热过程的特性。模拟计算结果表明,双排双面辐射炉管平均热强度值约是单排单面辐射炉管平均热强度值的1.2倍,为工程设计提供了理论依据。     

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。     

测试燃烧器油气双旋流雾化喷嘴射流流场模拟研究

喷嘴为燃烧器的核心部件,其结构及雾化方式与燃烧效果和噪音产生有很大关系。采用雷诺应力模型和欧拉双流体模型对一种装有油气双旋流雾化喷嘴的海上平台测试燃烧器的三维射流流场进行了模拟计算,获得了喷嘴内、外部的详细流场信息,为揭示该喷嘴流动机理、有效预测其雾化特性从而提高原油燃烧效率提供理论基础。     

新型的陶瓷纤维燃烧器

Alzeta公司开发制造了热棒型的陶瓷纤维(CF)燃烧器.它可限定燃烧过程在燃烧器表面的多孔材质上进行.其原理为直接辐射传热.堪称是加热炉、锅炉等高温传热设备设计的一项重大改革. 陶瓷纤维(CF)燃烧器的优点在于能很好确定火焰形状、烟气的NOx污染极低、热通量均匀和噪音低.