燃料对重整加热炉燃烧过程影响的数值模拟VIP专享VIP免费

Vo1．26No．1Jan．2004文章编号：1001—6988(2004}01。0008．07燃料对重整加热炉燃烧过程影响的数值模拟江华，毛羽，吴德飞，王娟，孙毅(1．石油大学化工学院，北京102200；2．中石化北京设计院，北京100011)摘要：对连续重整加热炉采用不同的燃料进行燃烧的数值模拟。燃烧器以美国Johmink公司的一种瓦斯燃烧器为几何原型，对燃烧器的复杂几何形状没有进行任何简化实现了包括炉膛的结构化网格的划分，采用甲烷、乙烷、丙烷和丁烷四种不同的气体燃料，用标准的k—e湍流模型、双混合燃烧模型和离散传播辐射模型对连续重整加热炉进行了三维全尺寸数值模拟。由数值模拟结果对连续重整加热炉内采用不同燃料所造成的流场、温度场的变化给出了合理的分析和解释，并考察燃料变化对火焰的影响。数值模拟结果对进一步优化设计燃烧器连续重整加热炉有很好的指导意义。关键词：燃烧器；加热炉；燃烧；辐射；结构化网格；数值模拟中图法分类号：TE963文献标识码：ANumericSimulationontheInnuenceofD如FerentFuelsontheCombustionPerformanceinaContinuousReformerJIANGHua，MAOYu，WUDe-fei，WANGJuan，SUNyi2(1．CollegeofC~micalEngineering，PetroleumUniversity，Bering102200，Ch／na；2．ne~ngInstitute，ChinaPetroleum&Chem／ca／Company，100011，China)AbsI瑚ct：Inthearticle，numericalsimulationhasbeenmadeondiferentfuel(includemethane，ethane，propaneandbutane)combustioninacontinuousreformer．Stmcturoddismadewithnosimplificationandmodi—ficationofthecomplicatedstructureinthehearthandgasburnerfromJohnzinkCoraporation．Thestandardk一￡turbulentmode1．doubleturbulentcombustionmodelanddiscretetransferradiationmodelayeusedtosimulatethethree-dimensionalturbulentflowandgascombustioninthehearth．TheresultofthenumericalsimulationpredictstheflowfieM，temperatureandspeciesconcentrations，especiallythecontrastoftheflameofdiferentfueljet．ItishelpfultotheoptimizationofbumerandcontinuousrefolTller．Keywords：bLm3er；ftLrnace；combustion；radiation；structuredd；numericalsimulation1前言催化重整装置是生产高辛烷值汽油组分、芳烃和副产品氢气的石油炼制装置。连续重整加热炉是重整装置的主要设备，重整加热炉工作的好坏，对重整装置的工艺进行及效益有重大影响。而重整加热炉内的流收稿日期：2o03—10—10作者简介：江华(1977一)，男，博士研究生，从事石油化工设备及多相流动与燃烧的研究．8动、燃烧和传热过程是影响其热效率和高效工作的主要因素。由于炉内的高温等原因，对炉内状况的测量较为困难，因此对炉内过程的细节知之甚少uJ。本文采用数值模拟的方法分别对连续重整加热炉采用甲烷、乙烷、丙烷和丁烷4种不同的气体燃料进行了燃烧的数值模拟，对数值模拟结果进行分析比较，由数值模拟结果对连续重整加热炉内采用不同燃料所造成的流场、温度场的变化给出了合理的分析和解释，并考察燃料变化对火焰长度的影响。维普资讯http://www.cqvip.com《工业炉》第26卷第1期2004年1月2燃烧过程的控制方程及计算模型连续重整加热炉采用气体燃烧器，因此其流动、燃烧及传热过程可以采用气体燃烧基本方程组来描述。气体燃烧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。加热炉内的燃烧都是湍流燃烧，而且炉膛内的传热主要是以辐射的方式，因此方程组还需要湍流模型、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本文选用标准的k一￡双方程湍流模型，方程组的通用形式【2j为()+麦()=(塞)+S(1)其中：一通用变量；r。一的扩散系数；S一方程源项。不同方程其形式都与式(1)一样，只是变量、扩散系数和源项S的具体形式不同。2．2燃烧模型本文计算中采用了双的混合燃烧模型．(p一·((,UT+)G)=C~T(VF)Cs2PG(2)式中：一流体平均流速；G一混合分数；I．、O"T一湍流普朗德数，取0．9；，一混合分数的平均值；cd一模型常数，取值2．22；c一模型常数，取值2．0。该燃烧模型适用于扩散燃烧的数值模...