PDF《Characteristic in Tubular Furnace》

Numerical Simulation and Analysis of Jet Combustion Characteristic in Tubular Furnace Hong Laifeng1 , Sun Tie1 , Yang Xuefeng1 , Hui Huaiming2

1 Liaoning University of Petroleum and Chemical Technology, Liaoning Fushun, 113001, China

2 Petro China Fushun Petrochemical Company, 113015, China Email: Honglaifeng2008@163.

com Abstract: Numerical simulation method was applied to study the combustion characteristics of the jet com- bustion in tube furnace of delayed coking process. The simplified model of the furnace, the non-structural mesh, the k- ? turbulence model, the simplified PDF combustion model and the discrete ordinate transfer r a- diation model were used to simulate the three-dimension jet combustion in a combustion chamber. The effect of combustion parameters on combustion characteristics of furnace was discussed, when the fuel flow and excess air coefficient were changed, the change regularity of the temperature distribution in the combustion chamber was analyzed, and that can be used to direct the actual operating conditions. Key words: furnace;

combustion;

numerical simulation 管式加热炉内射流燃烧特性的数值模拟与分析 洪来凤

1 ,孙铁1,杨雪峰

1 ,惠怀明

2 1 辽宁石油化工大学,辽宁抚顺 113001;

2 中国石油抚顺石化分公司,辽宁抚顺

113015 [email protected] 摘要: 利用数值模拟的方法研究了延迟焦化工艺中管式加热炉内射流燃烧的燃烧特性.对加热炉进 行模型简化,采用非结构网格划分,选用 k- 湍流模型、PDF 扩散燃烧模型和离散辐射传热模型,对 一个燃烧室内三维射流燃烧过程进行了模拟.讨论燃烧参数对加热炉燃烧特性的影响,分析了燃料流 量和空气过量系数变化时,燃烧室温度分布的变化规律,从而对实际工况操作进行指导. 关键词: 加热炉,燃烧,数值模拟

1 引言 方箱管式加热炉是延迟焦化工艺中的关键设备, 燃料在炉膛内燃烧所产生的高温火焰和烟气作为热源 通过炉管管壁来加热炉管中流动的重质油,使其达到 工艺所需的温度.但如果由于设计或操作不当而使炉 温局部过高,就会发生炉管内流体结焦、炉管烧穿等 事故,迫使装置停工检修;

反之,如果由于设计或操 作不当而使炉温过低或局部过低,管内的流体就达不 到所需的反应温度[1] .以往的研究大多是通过实验来 进行的, 所得到的结果难以提供炉内燃烧状况的细节. 数值模拟方法速度快,重复性好,可以提供加热炉内 部过程的详细情况,有助于解释和理解观察到的燃烧 现象,指导加热炉及燃烧器的设计,甚至代替困难或 昂贵的试验,因此它作为研究燃烧过程的一种新方法 得到了迅速发展[2] . 本文利用 FLUENT 流体计算软件, 对延迟焦化工艺中的方箱管式加热炉进行三维模拟, 探讨了燃烧参数对炉膛燃烧特性的影响,为加热炉的 实际燃烧操作提供了理论指导.

2 数学模型 本文研究的是加热炉燃烧室内甲烷与空气燃烧过 程,计算区域内流动、燃烧和传热过程可以用气相燃 烧基本方程组来描述.气相燃烧的基本方程组包括: 连续性方程、 动量方程、 能量方程以及组分输运方程. 由于实际的加热炉内的燃烧过程都是湍流燃烧,而且 计算区域的传热主要是以辐射的方式,因此方程组还 基金项目:辽宁省自然科学基金(20092182) 需要湍流模型、燃烧模型、以及辐射传热模型加以封 闭. 2.1 气相燃烧的基本方程组及湍流模型方程 如果把这些方程中的未知数都用?来表示,所有方 程都可以表示成下式[3] t div div grad s ? ? ?? ??? ? ? ? ? ? ? ? (1) 左边第一项是非定常项,第二项是对流项.右边 第一项是扩散项, 第二项是生成项(也叫源项). 在式(1) 中,当?=1 时成为连续性方程;