GW5000型加熱爐內燃燒和傳熱過程研究及節能分析

李進鋒

(中國石化工程建設有限公司，北京 100101)

加熱爐是石油化工裝置的核心設備， 也是換熱設備和耗能設備， 影響著整個裝置的操作周期和能耗水平。深入研究加熱爐節能技術應用現狀， 分析和解決運行中存在的問題， 提高熱效率、 適用性和安全性， 對于確保原油輸送和加工處理節能降耗和安全運營意義重大【1】。以往對于加熱爐研究僅限于經驗和半經驗的方法， 隨著CFD技術快速發展， 數值模擬方法已經成為研究加熱爐內燃燒和傳熱過程的有力手段。通過這一方法， 能夠得到爐內流動、 燃燒和傳熱過程的詳細信息， 進而縮短研究和設計周期，提高加熱爐熱效率。

1 幾何模型與計算條件

1.1 GW5000型加熱爐概述

GW5000型加熱爐通常由四部分組成：輻射段、對流段、煙囪和燃燒器，其中輻射段為臥式圓筒形；對流段為直立方形，并選用釘頭管、翅片管，配置吹灰器。燃燒產生的高溫火焰以輻射傳熱的方式將熱量經輻射段爐管傳遞給管內的原油， 由于加熱爐管中的原油直接由火焰加熱， 因此溫升速度較快。鑒于煙囪內的煙氣和煙囪外的空氣密度不同， 因此當煙囪高度適當時， 煙囪內外的壓力差能夠克服煙氣和空氣流動阻力， 使爐膛和對流段處于負壓狀態。GW5000型加熱爐結構見圖1。

圖1 GW5000型原油加熱爐結構示意

1.2 幾何建模

本文待模擬對象為GW5000型原油加熱爐，其爐膛及爐管的結構如圖2所示，其中爐膛右側有1個KN型重油燃燒器，爐膛內表面爐墻一周排布兩組爐管，單面輻射傳熱，每組10根爐管。……