试析乙烯裂解炉炉膛燃烧过程研究

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1、天津大学硕士学位论文乙烯裂解炉炉膛燃烧过程研究姓名：吴筱申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：黄国强20070501摘要乙烯裂解过程是乙烯工业关键技术之一，裂解炉则是乙烯装置的核心设备，其技术含量很高，一般为管式裂解炉结构。目前世界上仅有少数公司掌握生产乙烯的成套技术，国内对引进、吸收此项技术十分重视。但是到目前为止，由于对裂解炉炉膛内的流体流动，燃烧反应以及热量传递等情况缺乏充分的认识，我国乙烯裂解炉设计技术还比较落后。因此，深入研究裂解炉内重要燃烧反应传递过程对于裂解炉运行分析和优化设计都具有十分重要的意义。近年来，计算流体力学方法(CFD)在化学反应工程领

2、域中有了越来越多的应用，成为研究的一个新的有效工具，在裂解炉的设计中扮演越来越重要的角色。目前的裂解炉炉膛模拟中，主要是对辐射过程进行模拟，对于燃料燃烧，烟气流动与传热过程的耦合影响缺乏考虑，不够完善。因此需要综合考虑炉膛内燃烧反应流动与传热的耦合影响作用，炉膛内燃烧反应过程中的建模及计算仍需要改进。本研究在综合考虑了炉膛燃烧反应过程中的流体湍流流动、传质和传热过程及其高度耦合作用情况下，采用了扩散燃烧PDF模型，离散坐标辐射传热模型以及结合湍流k一占模型，建立了能够描述炉膛燃烧反应过程中众多复杂传递反应过程及其耦合作用的乙烯裂解炉炉膛燃烧反应过程数学模型，运用CF

3、D方法对炉膛燃烧过程进行模拟。模拟结果表明，裂解炉内所发生的各种过程密切相关，燃料的流动情况影响组分浓度与温度的分布情况。模拟结果与工业现场数据基本吻合，验证了炉膛燃烧反应数学模型的合理性和可靠性。本研究应用了已建立的炉膛燃烧反应数学模型对SRT-GK-VI型乙烯裂解炉炉膛湍流燃烧过程形成的速度场、浓度场以及温度场进行研究。结果表明，该裂解炉炉膛内的流动状况十分复杂。获得了该炉膛内的速度、浓度以及温度的详细分布情况，了解了乙烯裂解炉炉膛燃烧过程中流动、传质和传热过程的内在相互作用，为掌握裂解炉内各个复杂过程之间的内在规律及相互作用影响提供了化学工程参数。并在此基础上

4、，对不同燃烧器情况以及空气过剩系数的工况进行了数值模拟。通过对模拟结果的比较，了解了不同工况对炉膛内燃烧过程热量传递的影响，为裂解炉的优化操作和设计奠定了一定的基础。关键词：乙烯裂解炉计算流体力学模拟传递过程燃烧数学模型ABSTRACTThethermalcrackingprocessofethyleneisallimportantprocessintheethyleneindustry,inwhichthecrackingfurnaceofethylenewithhigh—techisthekeyunitinthesetofethyleneequipments，w

5、hichisusuallyoftubeflame．Onlysomeforeigncorporationsholdthewholetechniqueofethyleneproductionatpresent．Lackingfortheknowledgeofhydro—flow,masstransferandheattransferinthefurnace，itisdifficulttogettheoperationanalysisandthefurnacedesignoptimization．Thus，itisverysignificantforUStostudyde

6、tailsofthecombustionreactionandtransferprocessinthecrackingfurnace．ComputationalF“dDynamics(CFD)isanewavailableresearchmethodinthechemicalreactionengineeringfield，whichtakesmoreimportantroleinthecrackingfurnacedesignrecently．Nowtheradiantprocessinthefurnacehasbeenfullystimulated,whilet

7、heinfluenceoffuelcombustion，smokeflowandheattransferisrarelystudiedinthesimulation．Thus，itisimportantandnecessarytoimprovethecomputingmodelofthefurnacecombustion．Consideringtheinteractionofthefluidflow,masstransferandheattransfer,thisresearchchoosesnon-premixedPDFmodel，disCreteordina