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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

一段转化炉运行分析及优化

某300kt／a合成氨装置一段转化炉投产后曾先后三次发生转化管爆管故障,为判断故障原因,针对实际生产运行中不同的操作工况进行了模拟计算,并根据计算结果进行了不同操作工况下转化炉性能分析。指出该炉存在的一些问题,提出了以下优化改进意见：操作中应注意合理调节各排燃烧器的供热比例,适当降低炉膛底部两排燃烧器的供热量,增加中间两排燃烧器的供热量,为防止烟气温度过高,可适当降低顶部燃烧器的供热量;尽量点燃所有燃烧器,保证每排燃烧器中每个燃烧器能量相同;保证每个燃烧器的火焰喷出部位都超过燃烧器砖的表面;提高预转化系统的在线率;注意转化管供热和吸热的匹配,严格杜绝炉管“干烧”现象。     

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。     

前置高温金属热管蒸汽发生器在烟机保护中的应用

该文主要介绍了前置高温金属热管蒸汽发生器在催化裂化能量回收机组中烟机降温保护工艺过程中的应用情况。在烟机前利用高温金属热管组装成的分离套管式蒸汽发生器替代喷水或喷蒸汽的降温方式有效地控制进入烟机作功的烟气温度 ,确保了烟机的安全稳定运行 ,取得了较好的经济效益     

中国石化裂解炉能耗现状分析与节能改造

中国石化裂解炉运行状况测试结果表明,目前裂解炉普遍存在排烟温度、排烟氧含量和炉体表面温度偏高以及热效率偏低等现象,严重影响了中国石化裂解炉的能耗水平。通过采用优化裂解炉操作条件、优化工艺及结构等措施对裂解炉进行改造,可实现装置节能降耗的目的。应用上述措施,对茂名某裂解炉进行节能改造,通过加装扭曲片强化传热管、改换炉管结构、改变对流段结构、采用新型燃烧器、更换辐射段衬里、共用引风机及改造文丘里分配器等措施,使裂解炉的进料量增加了9%,排烟温度降低53.6℃,炉管壁温降低40℃,热效率提高1.77百分点,裂解炉运行周期延长1倍以上。     

浸没燃烧天然气加热装置燃烧室设计优化

浸没燃烧天然气加热装置是一种新型天然气加热装置,通过理论分析计算与数值模拟实验研究的方法,并结合实际装置运行情况,对装置燃烧室进行优化设计,给出该类型燃烧室设计结构及运行工况的优化参数。结果表明:①综合考虑过剩空气系数对NO_x、CO排放以及烟气出口温度的影响,过剩空气系数建议取1.4;②在浸没式燃烧-圆筒形金属纤维燃烧器的燃烧室设计中,建议烟气流动空间设计流速取值不高于5 m/s。      

含硫烟气余热智能相变回收系统性能实验研究

为掌握含硫烟气余热智能相变回收系统的运行特性,设计并搭建了性能测试实验台,测试了烟气热负荷率、LiBr溶液质量浓度和循环泵频率等参数对系统运行特性的影响。结果表明:系统热回收系数随烟气热负荷率的增大呈线性增长;系统火用效率随烟气热负荷率的增大而减小,但火用效率较小,仅约为0.15~0.20,表明该系统不适用于做功,而适用于生产生活供热等用途;系统热回收系数和火用效率受LiBr溶液质量浓度和循环泵频率的影响均较小。LiBr溶液进出换热器温度差随烟气负荷率的增大先增大,再趋于平缓,后又增大,并在溶液质量浓度为53%低负荷运行时,对换热器壁面及烟气出口温度受烟气热负荷率影响较小。以上结论为智能相变系统运行提供了理论依据。     

石脑油裂解炉动态建模与仿真研究

基于已建立的大型裂解炉石脑油裂解过程稳态模型，根据热量守恒、传热特性和管内裂解反应规律，分别对操作工况发生扰动情况下的管外壁温度变化特性和管内裂解气温度变化特性进行了分析，建立了裂解炉辐射段的裂解过程动态模型。当某些裂解工况(如进料流量、稀释蒸汽流量、进料温度和炉膛温度等)发生扰动时，可以仿真描绘管外壁温度、裂解气出口温度和主要产物收率等状态变量的动态变化曲线。可以用传递函数的形式来表征这些状态变量的动态特性，进而可以进行裂解炉动态前馈控制及其控制系统的研究。     

乙烯裂解炉对流段工艺设计及数学模型

简单介绍了乙烯装置裂解炉对流段工艺设计的一般原则,为工艺计算开发了一套数学模型.采用该数学模型编制的程序在电子计算机上可以对裂解炉对流段进行传热和动量传递模拟,算出每个微元段内的物料温度、压力、管壁温度和热负荷,预测管内出现两相流的部位及流型变化。同时算出每排管外烟气温度和压力。     

燕化公司三催化装置余热锅炉的节能改造

中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司炼油二厂三催化装置的余热锅炉通过的再生烟气量较大,必须应用瓦斯补燃系统对烟气进行升温.补燃后烟气温度仅升高10℃左右,瓦斯补燃每年要增加能耗。通过余热锅炉改造,增加了一组高温过热器、一组高温省煤器和汽包给水预热器,使三催化装置余热锅炉停用了瓦斯补燃系统,保证了余热锅炉出口过热蒸汽温度达到420℃,余热锅炉排烟温度由改造前的230℃降低至165℃,中压蒸汽产量增加了5,8 t/h,还降低了装置能耗。