含有扭曲片的裂解炉线性废热锅炉的数值模拟和工艺计算

利用数值模拟技术对纽带和扭曲片强化传热管进行了模拟,将模拟结果应用于商业传热软件中,对含有扭曲片的裂解炉线性废热锅炉进行了工艺计算。计算了两种强化传热管的速度场、压降场和温度场,给出了不同雷诺数下的压降、努赛尔数、强化传热因子、压降比和努塞尔数比。数值模拟结果表明,扭曲片强化传热管的强化传热性能优于纽带强化传热管,前者的压降和努塞尔数均小于后者,前者的强化传热因子大于后者。工艺计算结果表明,裂解原料分别为加氢尾油、石脑油及乙烷时,具有扭曲片强化传热管的线性废热锅炉的传热量比普通线性废热锅炉的传热量增加了8.2%,6.1%,2.4%。     

30万t/a乙烯裂解炉—废热锅炉的模拟与调优

一、前言 30万t/a乙烯的轻柴油裂解炉,是石油化工生产龙头装置的关键设备。其工艺过程是,轻柴油与稀释蒸汽按0.75重量流量比混合后,送入裂解炉预热段预热至538℃。然后进入辐射段继续加热裂解。物料在辐射段的停留时间为0.47秒。辐射段裂解气出口温度为775～790℃。裂解气进入废热锅炉尽快冷却,以防止二次反应的发生,并回收裂解气的显热,副产1176798×10~5pa的高压蒸汽。     

废热锅炉故障原因分析

废热锅炉是乙烯装置裂解炉的重要组成部分之一,其运行效果直接影响到单台裂解炉投用率、运行周期、乙烯收率及热效率等主要技术指标。通过对设计数据和现场损伤设备的分析,查明了废热锅炉损伤的原因,采取可靠方法修复后重新投入生产,有效地保证了乙烯装置生产的连续运行,取得了较好的效果。     

乙烯裂解炉及急冷锅炉结焦抑制技术研究进展

在阐述乙烯裂解炉辐射段炉管及急冷锅炉结焦和渗碳机理的基础上,综述了目前工业上已使用或正在研究的结焦抑制方法,阐述了近年来国内外在该领域所取得的最新研究成果,重点介绍了改善炉管材质、使用结焦抑制剂、采用强化传热炉管及开发新型急冷锅炉等结焦抑制方法,并对今后结焦抑制技术的开发提出了建议。     

乙烯装置废热回收的工艺特点分析

蒸汽热裂解的乙烯装置能量输入的主要部位是裂解炉,在裂解过程中,生产目的产物的同时也会产生大量的废热。为降低乙烯装置能耗,必须尽可能地回收裂解气中的热量。文中依据某石化公司裂解车间的生产实际,针对KBR乙烯流程,分析了乙烯装置废热回收的过程及其工艺特点。     

裂解炉数值模拟技术进展

管式裂解炉作为石油化工的龙头装置,对其进行准确详尽的模拟是不断改进其性能的重要前提,裂解炉数值模拟技术在裂解炉的设计和操作优化方面起着越来越重要的作用。分别针对裂解炉的辐射段管内反应过程、炉膛内燃烧及传热过程和对流段热量回收过程的数值模拟进展进行了综述,同时对裂解炉数值模拟技术的发展方向进行了展望。     

乙烯裂解炉管强化传热研究进展

综述了国内外乙烯裂解炉管强化传热技术的最新研究状况。从实验和数值模拟两方面,分析了不同强化传热技术的传热效果和实际应用情况,并且比较了各技术的优缺点。设计新型强化传热构件,并利用先进的CFD技术模拟优化设计过程是目前乙烯裂解炉管强化传热研究的主要方向。计算机技术带动CFD技术的迅速发展为其在乙烯裂解炉管强化传热研究上的应用展示了广阔的前景。     

大型燃气乙烯裂解炉燃烧过程的优化模拟

采用CFD-FLUENT软件建立了乙烯裂解炉炉膛模型,并按照裂解炉实际运行工况,将内燃机清洁燃烧概念,即富氧和烟气再循环引入到炉膛燃烧计算中,计算不同富氧率下燃料气体的放热量和不同烟气再循环率下NO_x的分布。结果表明,使用烟气再循环可以有效降低NO_x排放,但对燃料燃烧温度以及燃料燃尽率有影响,而利用富氧燃烧可以提高炉内燃料的燃烧放热量,但却增加NO_x排放,而使得锅炉排放恶化;采用适宜的富氧率和烟气再循环率,可以达到节能减排的目的。     

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。     

燕山石油化工公司30万t／a乙烯装置改造

阐述了燕山石油化工公司的乙烯装置乙烯产量从３０万ｔ／ａ改扩建到４５万ｔ／ａ的技术改造方案和路线、采用的先进技术、节能措施及具体的改造内容；并阐明了改造的原则、注意事项、自控和公用工程等情况。     

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。     

大型裂解炉用底部燃烧器的国产化研发

针对大型裂解炉用底部燃烧器对火焰形状、火焰刚性、热通量分布和NOx排放的要求,利用燃料分级原理,结合喷嘴和配风方面的研究确定了燃烧器的结构型式;通过多方案流体动力学模拟计算对燃烧器的结构进行改进,同时通过热态试验验证了燃烧器的污染物排放、热通量分布等性能,最终开发出具有自主知识产权的大型裂解炉用底部燃烧器。在1 Mt/a乙烯装置裂解炉的工业应用结果表明,裂解炉内燃烧完全,火焰扁平刚直,运行55 d时管壁最高温度为1 044℃,NOx排放量为127mg/m3(标准状态),燃烧器的性能完全满足裂解炉的工艺要求及环保要求。     

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。     

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。