燃料对重整加热炉燃烧过程影响的数值模拟_图文

1、 维普资讯 工 业 炉 第 卷 第 期 年 月 本不变 。不 同组 分燃烧 时 ， 丁烷燃 烧时空 气质量 分率 在炉膛下 方 最高 ， 丙烷 次之 ， 甲烷 和 乙烷则 差 别不 而 大。而在上层燃烧器 以上 ， 种燃料燃烧时 的空气质量 分 率非常接近。造成该现象 的原 因是 由于丙烷和丁烷 燃烧时 ， 燃烧速度较慢 ， 射流卷吸能力 比 甲烷和 乙烷要 差， 从而使空气进人炉膛后 向炉膛底 部沉积 的较 多 ， 而 在炉膛上方 ，种燃料燃 烧时的空气质量分率非常接近 是 因为燃烧 时保证 了过量空气 系数一致 ， 故剩余 的过 炉 膛 高度 量空气相差不大。 图 炉膛 高度方 向温度分布

2、 炉 内各组 分浓 度场 分析 燃料 气质 量分 率分布 燃料 主要 集 中在 燃 料 喷孔 附 近 ， 由于燃 烧 反应 的速 度极快 ， 在离 开 喷孔 很 短 的距 离 内就 将 大部 分 燃料 燃烧 完毕 ， 剩余 的极 少 量 的则 要 延 伸 较 长 的 而 距离 。这 主要是 因为 随 着燃 烧 的开 始 ， 料 浓度 降 燃 低， 氧气的浓度也急剧下 降， 燃烧产物浓度加大 ， 造 成在 稀薄 空气 中剩 余 的燃 料燃 烧 比较 困难 ， 因此 要 达 到完全燃 烧所 需 要 的时 间 增 长 ， 而延 伸 较 长 的 从 距离 。下 层燃烧 器 的燃 料 燃 烧 的较 快

3、， 层 燃烧 器 上 的燃 料燃 烧 的较慢 。其 主要 原 因是因为 冷 的助燃 空 燃烧 产物 质量 分率 分布 炉 膛 高度 图 炉膛 中心沿高度空气质量分率分布 气在 进人 炉膛后 因 为密 度 差 而 聚集 于 炉 膛底 部 ， 使 得炉 膛 内空气 越往 上 部 越 稀 少 ， 而 下层 燃 料 射 流 从 因为空气 的局 部过 剩 系数 较 大 而燃 烧 的更 快 ， 层 上 燃 烧产 物 质量分 率最 大 的地 方处 于燃烧 最剧 烈 的燃烧 器 喷头 射流位 置 ， 在 个燃料 气喷 孔射 流 位 置， 由于燃 料气 和空 气都很 充足 ， 燃烧 在此处 非 常剧 烈 ， 料

4、也 基本 在一 个很有 限 的空 间燃 烧完 毕 ， 剩 燃 所 余 的燃 料含 量极 少 ， 因此 该 区域 的燃 烧 产物 质 量 分 率很 高 。在 回流 区 内存 在较 多 的燃 烧产 物 ， 组 成 其 主 要有两 部分 ， 一部 分是 当地燃 烧产 生 的 ， 另一 部分 则 是 由于 回流 区的作 用将 已经 到下 游 的燃 烧产 物重 新 卷吸 回来 。但 由 于有 大 量空 气 进 人 回流 区 内 ， 故 其 质量分 率较 小 。如 前 所 述 ， 由于 重组 分 燃烧 时进 人 回流 区 内的空气 较 轻 组 分要 少 ， 因此 重 组 分燃 烧 时 ， 丙烷 和丁烷 ，

5、 如 回流 区内燃 烧产 物 的质量分 率相 对较高， 而轻 组分 如 甲烷和 乙烷燃 烧时 ， 回流 区 内燃 烧 产物 的质 量分 率相 对较低 。 由于燃烧 反应 的产物 温度都 很高 ， 密度差 的作用 下 ， 在 其质量 分率 分布呈 的燃料 射流则 燃烧 的较 慢 。其表 现为燃 料射 流 的尾 迹 上层 燃烧 器 的较长 ， 下层燃 烧 器 的较 短 。 空气质 量分 率 分布 由于燃料气射 流的卷 吸 ， 回流 区 内聚集 了较多 的 新鲜空气 ， 在射流下 游有一段 区域空气 质量分率 为 而 零 ， 区域为燃烧火焰峰 面 ， 于多股燃料气射流 的汇 该 处 集处 ， 离开火

6、焰峰面后 ， 空气质 量分率开始上升 到与炉 膛内其他 区域相同的水平 。不 同燃 料组分射流 速度有 差别 ， 的射 流速度 最小 ， 丁烷 因此 ， 回流 区的卷 吸作 其 用也较小 ， 丙烷次之 ， 和 甲烷则相差 不大。而沿炉 乙烷 膛中心高度方 向， 如图 ， 可以看出， 在炉膛底部空气 质量分率较高 ， 而在燃烧器上方， 空气质量分率基本保 持不变。其原 因是 由于冷 空气进 人炉膛 后 ， 由于其密 度相 对于炉膛 内的高 温烟气要 大许多 ， 因此 在重力 的 作用下 ， 大都沉积在炉膛 底部 ， 而炉膛上方 则是燃烧后 剩余 的过量空 气 ， 因此 在燃 烧器上方 空气质 量

7、分率基 现炉膛下部质量分率较小 ， 炉膛上部质量分率较高， 如 图 所 示 ， 中重 组 分 燃烧 时 ， 于炉 膛 下 部 相 其 由 对较 冷 的空 气质 量 分 率 较 高 ， 而燃 烧 产 物 的质 量 因 分率 较 轻组分 燃烧 时要 小很多 。 维普资讯 实验研究 ： 燃料对重整加热炉燃烧过程影响 的数值模拟 髂 鲫 鹋 诣 状影 响较 ， 大 结果 表 明不 同燃 料组 分 对瑚 焰 形 枷 瑚 。 保 火 咖啪 在 证相 同热值的情况下 ， 轻组分的火焰受重力影响小 ， 而重 组 分 的火 焰受 重力 影 响较大 ， 向炉膛 下方倾 斜 。 本文对该现象从数值模拟的流场和组分分

8、布浓度场 的差 别 给 出了合理 解释 。本 文 的计算结 果 给连续 重 整加 热 炉 以及 其他 管式 加热 炉 的研究 和设 计提供 了 重要的帮助 ， 同时对燃烧器使用不同燃料时 的表现 形式有了深刻理解 ， 也说 明流动和燃烧的数值模拟 炉膛 高度 ， 方法 对 于工程 实 际问题 具有 重要 的指 导作用 。 参考文献 ： 黄祖祺 ， 等 石油化工管式炉 的模拟 与计算机计算 北京 ： 图 沿炉膛高度燃烧 产物质量分率 结 论 本文实现了对连续重整加热炉在使用不 同燃料 下包括 三维 流场 、 燃烧 及 传 热 耦 合 的数 值 模 拟 。在 计算 中没有 对燃 烧 器 结 构 和

9、炉 膛 形状 做 任 何 简 化 ， 化 学 工 业 出版 社 ， 周力行 湍流气粒两相流动和燃烧的理论与数值模拟 北 京 ： 学 出版 社 ， 科 一 日 自 ， ， ， ， 脚 】 ： ， （ ） ， 实现对整个计算 区域的结构化网格划分。数值模拟 （ 上接 第 页） 实 际正 常生 产 中真空 系统 的极 限真 空度 略低 于参 考 极限真空度 ， 但可以达到工作真空度 ， 说明随着使用 时间的延长 ， 设备 的性能也在逐步下降。系统漏气、 水蒸汽及冷凝水 的过程量的变化对系统的性能下降 有 较 大 的影 响 。 参考文献 ： 山 、 【 相对 时间 图 有负荷抽 真空（ ） （） ， ： ， 住 田 夫， 藤井 也 ， 口征南 ， 加 吹转炉 小 底 流式 真空脱 疗灭装 置 ：上否 低碳 素钢 制度 川崎技 ， （ ） ， ， ， ， （ ）： 一 杀 出 张春霞 ， 刘浏 ， 杜挺 及其 真空精炼方 法 炼钢 ， ， ， ： （ ） 蠹 ； ， 毗 蜘 ， ， ， 相对时间 ， ： （ ） 汪明东 ， 李扬洲 ， 仲剑丽 钢水 真空处理技 术现状 钢铁 ， 钒 钛 ， （ ） ， ： 图 有负荷抽真空 （ ） 汪周 勋 炼钢真空脱气 系统泄漏 的控制 炼钢 ， ， ： ， （ ） 结 论 无 负荷抽 真空 工 况 下 的稳 定 真 空 度