基于FLUENT的加熱爐模擬與優(yōu)化.pdf

1、加熱爐是石油化工行業(yè)的主要加熱設(shè)備,同時(shí)也是高能耗設(shè)備,加熱爐的節(jié)能降耗是節(jié)能工作的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。通過研究爐內(nèi)傳熱過程來提高能源利用率,已成為技術(shù)創(chuàng)新的工作重點(diǎn)。本課題以某石化公司500萬噸/年的常壓加熱爐為模擬對(duì)象,根據(jù)計(jì)算流體力學(xué)的基本原理,建立了管式加熱爐爐管內(nèi)外耦合傳熱的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)所建立的耦合傳熱模型,對(duì)常壓加熱爐內(nèi)的穩(wěn)態(tài)傳熱過程進(jìn)行模擬。通過與現(xiàn)場標(biāo)定數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了加熱爐模型的準(zhǔn)確性。同時(shí),針對(duì)爐管周向熱強(qiáng)度分布不均

2、勻的問題,提出了強(qiáng)化傳熱的優(yōu)化方案,通過優(yōu)化前后的模擬結(jié)果分析,驗(yàn)證了優(yōu)化方案的可行性。
　　 采用分區(qū)耦合的方法研究了常壓加熱爐輻射段內(nèi)的流動(dòng)、燃燒和管內(nèi)外傳熱的工藝過程。計(jì)算中,實(shí)現(xiàn)了燃燒器、爐膛、爐管整體幾何結(jié)構(gòu)的建模和網(wǎng)格劃分,選用標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型、非預(yù)混燃燒模型和離散坐標(biāo)輻射傳熱模型,將爐管黑度定為0.8,模擬得到了爐內(nèi)的流場、溫度場及爐管表面溫度和熱強(qiáng)度分布的詳細(xì)信息。爐膛溫度及爐管表面熱強(qiáng)度模擬結(jié)果與常壓爐測定數(shù)

3、據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)非常吻合。結(jié)果表明,底部燃燒器的高速射流在爐膛下部產(chǎn)生較大回流區(qū),對(duì)爐膛內(nèi)煙氣溫度分布的均勻性至關(guān)重要；另外,爐管管壁溫度和熱強(qiáng)度分布存在明顯的非均勻性,影響爐管使用壽命。以爐管表面熱強(qiáng)度分布為邊界條件,采用MATLAB編程,進(jìn)行了管內(nèi)一維流動(dòng)計(jì)算,得到爐管出口的溫度、壓力和氣化率數(shù)值,通過與常壓爐測定數(shù)據(jù)比較,證明了所建加熱爐耦合傳熱模型的可行性和準(zhǔn)確性。
　　 通過單根爐管的模擬結(jié)果可知,在單面輻射爐中,爐管周向

4、和軸向的溫度和熱強(qiáng)度分布存在明顯的不均勻性,向火側(cè)的熱強(qiáng)度明顯高于背火側(cè)。在爐管背火側(cè)的一定范圍內(nèi)增加適量的釘頭或翅片,可以提高背火側(cè)的受輻射面積。改造后,翅片管背火側(cè)的輻射熱強(qiáng)度比光管提高了14％左右,平均輻射熱強(qiáng)度比光管提高了7％左右,同時(shí),翅片管向火側(cè)的輻射熱強(qiáng)度僅為背火側(cè)的1.18倍,周向熱強(qiáng)度分布趨向均勻。該方案有效提高了爐管背火側(cè)的熱強(qiáng)度和爐管平均熱強(qiáng)度,改善了爐管周向熱強(qiáng)度分布,提高了爐膛熱強(qiáng)度和加熱爐熱效率,延長了加熱爐