乙烯裂解爐爐膛燃燒過程研究.pdf

1、乙烯裂解過程是乙烯工業(yè)關(guān)鍵技術(shù)之一，裂解爐則是乙烯裝置的核心設(shè)備，其技術(shù)含量很高，一般為管式裂解爐結(jié)構(gòu)。目前世界上僅有少數(shù)公司掌握生產(chǎn)乙烯的成套技術(shù)，國內(nèi)對引進(jìn)、吸收此項(xiàng)技術(shù)十分重視。但是到目前為止，由于對裂解爐爐膛內(nèi)的流體流動(dòng)，燃燒反應(yīng)以及熱量傳遞等情況缺乏充分的認(rèn)識(shí)，我國乙烯裂解爐設(shè)計(jì)技術(shù)還比較落后。因此，深入研究裂解爐內(nèi)重要燃燒反應(yīng)傳遞過程對于裂解爐運(yùn)行分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)都具有十分重要的意義。 近年來，計(jì)算流體力學(xué)方法(CFD

2、)在化學(xué)反應(yīng)工程領(lǐng)域中有了越來越多的應(yīng)用，成為研究的一個(gè)新的有效工具，在裂解爐的設(shè)計(jì)中扮演越來越重要的角色。目前的裂解爐爐膛模擬中，主要是對輻射過程進(jìn)行模擬，對于燃料燃燒，煙氣流動(dòng)與傳熱過程的耦合影響缺乏考慮，不夠完善。因此需要綜合考慮爐膛內(nèi)燃燒反應(yīng)流動(dòng)與傳熱的耦合影響作用，爐膛內(nèi)燃燒反應(yīng)過程中的建模及計(jì)算仍需要改進(jìn)。 本研究在綜合考慮了爐膛燃燒反應(yīng)過程中的流體湍流流動(dòng)、傳質(zhì)和傳熱過程及其高度耦合作用情況下，采用了擴(kuò)散燃燒PDF

3、模型，離散坐標(biāo)輻射傳熱模型以及結(jié)合湍流κ-ε模型，建立了能夠描述爐膛燃燒反應(yīng)過程中眾多復(fù)雜傳遞反應(yīng)過程及其耦合作用的乙烯裂解爐爐膛燃燒反應(yīng)過程數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用CFD方法對爐膛燃燒過程進(jìn)行模擬。模擬結(jié)果表明，裂解爐內(nèi)所發(fā)生的各種過程密切相關(guān)，燃料的流動(dòng)情況影響組分濃度與溫度的分布情況。模擬結(jié)果與工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)基本吻合，驗(yàn)證了爐膛燃燒反應(yīng)數(shù)學(xué)模型的合理性和可靠性。 本研究應(yīng)用了已建立的爐膛燃燒反應(yīng)數(shù)學(xué)模型對SRT-GK-VI型乙烯裂解爐

4、爐膛湍流燃燒過程形成的速度場、濃度場以及溫度場進(jìn)行研究。結(jié)果表明，該裂解爐爐膛內(nèi)的流動(dòng)狀況十分復(fù)雜。獲得了該爐膛內(nèi)的速度、濃度以及溫度的詳細(xì)分布情況，了解了乙烯裂解爐爐膛燃燒過程中流動(dòng)、傳質(zhì)和傳熱過程的內(nèi)在相互作用，為掌握裂解爐內(nèi)各個(gè)復(fù)雜過程之間的內(nèi)在規(guī)律及相互作用影響提供了化學(xué)工程參數(shù)。并在此基礎(chǔ)上，對不同燃燒器情況以及空氣過剩系數(shù)的工況進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過對模擬結(jié)果的比較，了解了不同工況對爐膛內(nèi)燃燒過程熱量傳遞的影響，為裂解爐的優(yōu)化