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。     

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。     

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。     

乙烯裂解炉内传递和反应过程综合数值模拟研究Ⅲ.炉膛内燃烧和传热过程的数值模拟

在乙烯裂解炉综合模拟研究中，准确地描述炉膛内燃料燃烧和辐射传热过程极其重要。笔者采用乙烯裂解炉传递反应过程综合数学模型中的炉膛数学模型，对工业裂解炉炉膛中的流动、燃烧和传热过程进行了系统的数值模拟，得到了流场、浓度场和温度场等详细信息，揭示了炉膛内流动、燃烧和传热过程的基本特点。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，是造成反应管管壁热通量的非均匀分布的原因。     

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.     

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。     

延迟焦化炉的数学模拟Ⅱ.焦化炉的数学模型

叙述了焦化炉数学模拟的有关数学模型。考虑了管内反应、结焦和烟气回流，传热和压力降采用两相流均相模型计算。燃烧模型采用Ｒｏｅｓｌｅｒ模型。     

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。     

波纹管内湍流传热数值模拟

采用数值模拟方法研究了幅值分别为3mm、4mm的两种波纹管的湍流传热性能,发现幅值为4mm的波纹管换热效果优于幅值为3mm的波纹管,幅值为4mm的波纹管壁面剪切力更大是致其换热效果较好的直接原因。波纹管壁面剪切力沿轴向周期性变化,喉结处壁面剪切力最大。波纹管纵向涡及流道形状周期性变化是传热获得强化的根本原因。引入壁面剪切力、纵向涡等参数,并与传热性能相关联,为波纹管换热器研发提供借鉴。     

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。     

延迟焦化炉的数学模拟Ⅰ.梯形截面立式炉中辐射传热计算的直接交换面积

叙述了一种比较严格的用于焦化炉设计的方法。采用区域法计算辐射传热，系统被分为若干个表面区和气体区，焦化炉的温度分布通过联立求解每一区的能量平衡式而得。直接交换面积是区域法计算辐射传热的基础数据。Ｈｏｔｅｌ和Ｃｏｈｅｎ提出的直接交换面积限于立方体和正方形，本文给出的在立式炉中任意两区之间的直接交换面积公式可适用于任何大小的梯形表面与空间。     

延迟焦化加热炉炉管结焦原因分析及对策

通过对乌鲁木齐石化公司不同时期加工的延迟焦化原料的四组分含量及金属含量的变化分析,以及对辐射炉管结焦前后加热炉操作参数的对比分析,得出延迟焦化原料是一种饱和烃、胶质及沥青质含量高、芳烃含量低的易结焦渣油,在操作中宜采用较大循环比来提高芳烃与沥青质的比例,保证辐射炉管内冷油流速,控制好炉管壁温度,减缓加热炉炉管结焦,同时要对原料性质进行监控分析。     

乙烯裂解炉辐射段流动、传热和燃烧数值模拟研究进展

介绍了乙烯裂解炉辐射段流动、传热和燃烧数值模拟研究的发展过程,对湍流模型、模型建立和网格生成、辐射传热模型及湍流燃烧模型的研究历程进行了系统的回顾,对裂解炉管外流动、传热和燃烧数值模拟方法今后研究的方向及重点提出了建议。     

焦化加热炉炉管片状脱落腐蚀的原因分析

介绍了延迟焦化装置加热炉的主要技术参数，从外观及微观检测方面对炉管脱落的片状物进行分析。指出Na2SO4存在的高温环境、加热炉负荷加大而引起的炉管过热、燃烧气（瓦斯）中硫化物含量偏高、分馏塔顶压力高是炉管片状物脱落腐蚀的主要原因。     

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。     

雾化介质对燃油加热炉内流动和燃烧的影响

利用数值模拟方法,选用标准的κ-ε湍流模型、液雾喷射燃烧模型、离散坐标辐射传热模型,研究了雾化介质由高温蒸汽改成常温空气后对燃油常压炉内燃烧状况的影响,主要考察了炉内速度场、温度场、燃料和氧化剂的浓度场以及加热炉的热效率的变化.研究结果表明,将蒸汽雾化改成空气雾化的方案是可行的,不会引起加热炉操作和运行的较大变化,有利于提高加热炉热效率.     

延迟焦化加热炉的建模与分析

以国内某石化企业延迟焦化装置加热炉为例,采用减压渣油为原料,在计算机模拟与分析的基础上,探讨焦化加热炉的动力学、物性及反应器模型等的模拟策略,建立加热炉的数学模型,经过现场模型验证和工况分析,可得到沿加热炉炉管轴向的温度、压力、流速及气液组成的分布。结果表明,模拟结果与现场值偏差较小,温度、压力等参数的分布趋势与宏观认识一致。建立的数学模型可用于现场加热炉的工况分析,为延迟焦化加热炉的设计、操作与优化提供理论支持。     

延迟焦化加热炉阻焦剂的研制及工业应用

为解决炼油厂延迟焦化装置加热炉炉管结焦的问题 ,根据结焦机理 ,研制了以表面活性剂为主 ,添加复合分散剂和有机络合物组分 ,与原料相适应的CAF 1延迟焦化加热炉阻焦剂 ,它无毒无味、不污染环境。工业应用的结果表明 :阻焦剂通过原料泵连续加注 ,在加注量为新鲜原料的10 0 μg/ g时 ,加热炉运行周期可由原来的 10 1d延长至 171d ;每年可获经济效益近 2 0 0万元。