制氫轉(zhuǎn)化爐內(nèi)溫度分布的模擬與爐管熱應力分析.pdf

1、制氫轉(zhuǎn)化爐是天然氣水蒸汽重整制氫裝置的關鍵設備，其輻射室內(nèi)的溫度場對轉(zhuǎn)化管壽命和氫氣產(chǎn)率有重要影響。本論文首先對制氫轉(zhuǎn)化爐輻射室進行傳熱計算，對爐管進行壁厚計算和結(jié)構(gòu)設計。然后采用CFD軟件FLUENT對輻射室內(nèi)的溫度場和轉(zhuǎn)化管外壁面的溫度分布進行數(shù)值模擬，最后采用有限元軟件ANSYS對轉(zhuǎn)化管進行熱結(jié)構(gòu)耦合分析，另外通過對彈簧支吊架進行接觸分析來校核其強度。主要結(jié)論如下:
　　 1.輻射室流場受燃燒器噴嘴高速射流的影響較大。噴嘴

2、高速射流形成回流，使煙氣向中間偏流并造成遠離煙道出口的高速射流更快衰減。輻射室下部流場分布較均勻。
　　 2.輻射室溫度場分布不均勻，燃燒器下方一定范圍內(nèi)溫度較高，到輻射室下部煙氣溫度較低且分布趨于均勻。遠離煙道出口的燃燒器的火焰較短，靠近煙道出口的燃燒器火焰較長，兩個燃燒器的火焰均向中間偏斜。大量吸熱使轉(zhuǎn)化管周圍溫度梯度較大。
　　 3.轉(zhuǎn)化管外壁面熱通量沿高度方向分布不均勻，呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律。最大熱通量出現(xiàn)在距

3、離爐頂1/3爐膛總高附近。位于中間的轉(zhuǎn)化管的熱通量大于兩邊的轉(zhuǎn)化管的熱通量。
　　 4.轉(zhuǎn)化管外壁面溫度沿高度方向分布不均勻，呈現(xiàn)先增大后減小的規(guī)律。最大溫度出現(xiàn)在距離爐項1/3爐膛總高附近。位于兩邊的兩根轉(zhuǎn)化管，溫度值明顯低于中間的轉(zhuǎn)化管，且溫度梯度很大。
　　 5.轉(zhuǎn)化管熱應力遠大于壓力引起的應力，最大熱應力出現(xiàn)在內(nèi)壁面上且該位置內(nèi)外壁溫差最大。轉(zhuǎn)化管在高溫下發(fā)生較大軸向熱變形，上下尾管的S形設計避免較大應力的產(chǎn)生。