大型管式加热炉燃烧传热CFD数值模拟-论文.pdf

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1、第27卷第4期石油化工高等学校学报VO1．27No．42O14年8月J()URNALOFPETR()CHEM1CAIUN1VERSIT1ESAug．2014文章编号：1006—396X(2014)04—0092—05大型管式加热炉燃烧传热CFD数值模拟刘德新(中国石油中国昆仑工程公司，北京100037)摘要：为了研究大型管式加热炉内部流动、传热和传质情况，采用计算流体力学的方法对石化行业中广泛应用的大型加热炉炉膛内部进行了数值模拟，用标准的k-e湍流模型描述烟气湍流情况，非绝热的简化PDF燃烧模型计算了燃烧情况，离散坐标辐射传热模

2、型对炉膛内辐射传热状况进行模拟。计算结果和工业运行数据吻合较好，模拟计算结果为大型加热炉优化设计提供了理论指导。关键词：大型管式加热炉；计算流体力学；燃烧；速度分布；组分浓度；温度分布中图分类号：TE905；TP93文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1006—396X．2014．04．020NumericalSimulationofCombustionofIargeTubeFurnaceLiuDexin(ChinaKunLunContracting&EngineeringCorporation，ChinaNati

3、onalPetroleumCorporation，Beijing100037，China)Abstract：Astatecomputationalfluiddynamics(CFD)modelwasdevelopedtOpredictthecombustionandheattransferofalargetubefurnace．Themodelstudiedthethree—dimensiona1numericalsimulationofcombustion．flow。heatandmasstransferprocess。byus

4、ing一￡turbulentflowmodel。compositionPDFtransportmodelandDOradiationmode1．TheCFDsimulationsreflectchaotichydrodynamicsflowinfurnace．Thepredictedresultswereingoodagreementwiththeindustrialprocessdata．Thismodelprovidedthetheoreticalreferencefordesigningandoptimizingfurnac

5、e．Keywords：Largetubefurnace；Computationalfluiddynamics(CFD)；Combustion；Velocitydistribution；Concentrationdistribution；Temperaturedistribution．管式加热炉已发展为近代石油化工工业中必不CFD数值模拟多用于燃烧器机构改进等方面。为可少的工艺设备，在生产和建设中具有十分重要的了研究较低过剩空气系数条件下燃烧器结构及一次地位。它利用燃料在炉膛中燃烧产生热能，通过炉风量对燃烧过程的影响，李元青等L3对

6、石化管式加管把能量传递给流动的物料，使其满足下游工艺的热炉燃气燃烧器进行CFD模拟研究，得出了不同的要求，是运行中的耗能大户。加热炉效率受炉膛内一次风量对炉内速度分布、火焰长度和NO。生成部流体流动、传热、传质和燃烧反应的影响，所以研量的影响规律。张振奎等_4]对多点喷射模拟燃烧室究炉膛内部温度场和速度场分布对于提高加热炉热性能进行了cFD分析，得到了不同空气过剩系数的效率有着重要的意义。影响及旋流器下游各截面的温度分布。应用CFD随着计算机数值模拟技术的发展，使得利用计对工业装置中运行的加热炉炉膛内部的模拟报道较算机数值求解带有

7、复杂的三传一反过程成为可能。少，张朝环等应用CFD对工业装置中运行的乙烯计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics，裂解炉炉膛内部的流场和温度场进行了模拟分析。简称CFD)软件已经成为工业热工过程模拟计算的吴德飞等利用CFD对乙烯裂解炉内的燃烧和辐有利工具。CFD软件的特点在于可以部分甚至全射状况进行三维数值计算，以研究炉膛内的燃烧、传部取代试验，在计算机上模拟设备内部的流体性能，热和烟气流动情况。刘波等[7]以某炼油厂管式加相当于“虚拟实验室”l1]。目前在加热炉研究方面热炉空气分级燃烧器为研究对象，应

8、用计算流体力收稿日期：2014-01—17修回日期：2Ol4一O3—18基金项目：中国石油科研项目(2012GJTC一02—02)。作者简介：刘德新(1980一)，男，博士，工程师，从事芳烃联合装置的设计研发工作；E—mail：liudexin01