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。     

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。     

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。     

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。     

延迟焦化加热炉炉管温度的红外监测

高负荷运行下的焦化加热炉,由于局部炉管过热引起管内结焦是一个普遍性的问题。利用红外测试仪器对炉管温度进行红外监测, 能及时掌握炉管和炉膛内温度分布情况, 因而可通过调节火嘴的燃烧,稳定炉内温度场, 以避免炉管局部过热, 延长加热炉运行周期。     

焦化炉管内工艺计算数学模型的开发及应用

针对减压渣油在延迟焦化炉管内复杂的流动、反应过程,运用物料、能量及动量平衡,开发了焦化炉管内工艺计算数学模型,可计算渣油沿炉管轴向的组成、温度、压力、汽化分率及转化率分布。结果表明：模型计算值与某炼油厂焦化炉实际操作数据的偏差较小,温度、压力、汽化分率等参数沿炉管的变化规律也与经验认识吻合;模型用于不同注汽工况及加热炉进料波动工况分析,可为延迟焦化加热炉的优化设计及操作提供理论指导。     

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。     

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.     

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。     

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。     

原油加热炉过渡段炉管受热量的计算方法

通过对原油加热炉过渡段炉管简化计算方法和合理计算方法对比。认为前者对炉管所受热应力考虑不足。在过渡段炉管的设计中应考虑炉膛高温火焰、高温烟气辐射和对流传热造成的热应力。文章给出了计算公式．可提高加热炉的设计安全性。     

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。     

乙烯裂解炉的蒸汽-空气烧焦过程模拟

裂解炉炉管内壁的蒸汽—空气烧焦操作是一个反应温度和浓度沿空间变化的动态过程。此过程可以用一组非线性双曲型偏微分方程描述。为了便于求解及积分的收敛，采用迎风差分格式计算。在烧焦过程模拟中，根据裂解炉炉管高温成焦的特点，采用了沿炉管不变的烧焦反应动力学参数和反应热，模拟计算20h内裂解炉炉管不同时刻的焦层厚度、气固相温度、氧气和水蒸气分压沿炉管的变化，计算结果与工业测量结果相符合，为开发先进的裂解炉在线烧焦技术提供了更加可靠的基础。     

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     

制氢转化炉炉膛温度场研究

以顶烧式制氢转化炉为对象,研究了辐射炉膛内烟气温度的分布规律,利用CFD软件对辐射炉膛温度场进行了数值模拟,并与实际测量数据进行了对比分析,结果表明,燃烧器火焰长度区域烟气温度最高,与炉管壁温最高点一致。炉膛高度的中间段烟气由炉膛四周向中心积聚比较明显,四周烟气温度较低,炉膛中心区域中上部的转化炉管容易出现管壁峰值温度。炉膛烟气出口负压偏大时烟气分布均匀性稍好。在炉底烟道侧壁开孔面积相同,炉底各烟道截面积相等时烟气分布更均匀。     

温度分布不均匀对炉管弯曲变形影响

制氢炉炉管的弯曲变形有可能造成炉管破裂从而导致重大事故发生。通过对制氢炉辐射室的温度场分布、炉管温度分布以及炉管热应力等的计算 ,分析了炉管弯曲变形的内在原因以及由炉管热应力引起的初变形对炉管弯曲变形的影响 ,炉管表面周向温度分布不均匀是炉管弯曲变形的主要原因     

高温纳米陶瓷涂层在加热炉炉管上的应用

介绍了某公司渣油加氢装置反应加热炉F101-Ⅱ炉管外壁高温纳米陶瓷涂层喷涂技术的应用情况,对喷涂前后燃料气消耗量、炉膛和炉管外壁温度、排烟温度及热效率等参数进行了对比和分析,结果表明使用高温纳米陶瓷涂层后排烟温度显著下降,与同期对比下降了约10℃左右,炉子的热效率提高了0.98个百分点,并可有效防止炉管腐蚀。     

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。     

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。     

延迟焦化加热炉过剩空气量对其运行周期的影响

延迟焦化装置加热炉过剩空气量不仅影响其热效率,还影响加热炉的运行周期。介绍了加热炉炉管结焦机理,分析了影响加热炉炉管结焦的影响因素,利用专业的焦化加热炉工程设计软件,考察过剩空气量对焦化加热炉对流段和辐射段热负荷、炉管表面热强度、炉管管壁温度及火焰燃烧温度的影响,同时分析了对焦化加热炉炉管运行周期的影响。通过考察,某石化公司延迟焦化加热炉过剩空气量从5%(y)提高到13%(y),炉膛温度由715.8℃降至709.4℃,炉管管壁温度由510.3℃降至505.8℃。结果表明:过剩空气量稍高可适当降低辐射炉炉管的表面热强度,从而降低辐射炉炉管的表面温度及辐射炉炉管内的结焦倾向,延长运行周期。