蒋静硫磺回收用燃烧炉cfd数值模拟及花墙结构优化研究

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1、Master’sThesis论文题目硫磺回收用燃烧炉CFD数值模拟及花墙结构优化研究摘要主燃烧炉是天然气净化厂中硫磺回收及尾气处理工艺装置的关键设备之一，主要对脱水脱硫后的酸性气体进行燃烧，回收其中的硫单质，从而减少对环境的污染。但是，在很长时间内，燃烧炉的设计工作大多数是基于传统经验模型完成的，不能够充分认识燃烧炉内流场的分布规律。随着燃烧理论和计算流体动力学技术不断发展，数值模拟方法考虑了化学反应动力学对流场分布规律的影响，在一定程度上弥补了传统设计计算的缺陷，成为一个重要发展趋势。本文通过数值模拟计算，准确反映了硫磺回收用燃烧炉内燃烧情况，这对提高燃烧炉工作性能、总硫磺回收率以及

2、我国天然气净化与处理装置水平有重要意义。首先，本文通过介绍燃烧反应基本理论，结合实际情况建立了现役燃烧炉流体域模型以及燃烧反应的数学物理模型，湍流模型选用对旋流模拟较好的Realizable双方程模型，燃烧模型采用详细考虑化学反应机理的EDC（涡耗散概念）模型，并利用SIMPLC算法进行求解。然后，计算分析了现役燃烧炉冷、热态速度场、温度场、压力场以及组分浓度场分布规律，其计算结果与现役燃烧炉实际运行值吻合。其次，本文通过对现役燃烧炉流场特性计算分析发现花墙结构对燃烧炉炉内气体的混合、火焰稳定性及流场均布有重要影响。针对现有花墙结构的不足，本文提出了新型中心整体边缘散装式的花墙结构，并

3、在此基础上建立了新型燃烧炉流体域模型，对炉内燃烧场分布规律进行了计算分析。最后，通过对新型燃烧炉速度场、温度场、压力场以及组分浓度场分析可以看出，在满足燃烧反应发生的条件下，硫磺回收效率有所提高，减小了污染物的排放，具有节能效果，因此，新型燃烧炉结构具有较高的可行性，有推广应用的价值。关键词：硫磺回收；燃烧炉；花墙；数值模拟；结构优化AbstractInnaturalgaspurificationplant,themainburnerisoneofthekeyequipmentsinClaussulfurrecoveryandtailgastreatmentprocess.Afterd

4、esulfurizationanddehydrationprocess,theacidgaswasburnt,whichcanreduceenvironmentalpollution.However,inaverylongtime,thedesignoffurnacewasbasedonthetraditionalexperiencemodel,whichfullywasnotawareoftheinternalflowfielddistributionlaws.Withthedevelopmentoftechnology,usingCFD(ComputationalFluidDyna

5、mics)methodbecameanimportanttrend.ThenumericalsimulationmethodconsideredtheinfluenceofflowfielddistributionandmadeupthedefectsofChemicalreactionkineticsintraditionaldesign.Throughthenumericalsimulation,theburningdisciplinewasreflectedaccuratly,whichisimportantforimprovingtheworkperformanceofcomb

6、ustionfurnace,thepercentoftotalsulfurrecoveryandthelevelofChina'snaturalgaspurificationanddevice.Firstly,thispaperintroducesthebasictheoryofcombustionreaction.Andthencombiningwithactualequipments,fluiddomainmodelandmathematicalphysicsmodelofcombustionreaction.aresetup;TurbulencemodelselectedReal

7、izableModel;CombustionmodelalsoselectedEDC(vortexdissipativeconcept)model,whichconsideredthechemicalreactionmechanismandselectedSIMPLCalgorithm.Thevelocityfield,temperaturefield,pressurefieldandconcentrationfielddistribution