氣態(tài)烴非催化部分氧化廣泛應(yīng)用于天然氣、焦?fàn)t氣、荒煤氣的清潔高效轉(zhuǎn)化,火管式廢熱鍋爐是氣態(tài)烴非催化轉(zhuǎn)化過程的核心設(shè)備,工程中火管廢鍋經(jīng)常出現(xiàn)超溫和燒管等問題。為解決這些問題,本文提出了在高溫合成氣進(jìn)入廢熱鍋爐前對(duì)其進(jìn)行噴霧冷卻的爐前降溫方案,并進(jìn)行了過程分析與模擬研究。主要內(nèi)容如下:（1）建立了高溫氣流下液滴蒸發(fā)模型,探究了液滴尺寸、液滴溫度、液滴速度和環(huán)境溫度對(duì)蒸發(fā)時(shí)間的影響,確定不同條件下液滴蒸發(fā)的時(shí)間,保證在有限的空間和時(shí)間內(nèi)液滴能夠完全蒸發(fā),為后面管內(nèi)噴霧冷卻方案奠定基礎(chǔ)。（2）基于工業(yè)裝置運(yùn)行參數(shù),采用計(jì)算流體力學(xué)方法,對(duì)管內(nèi)高溫合成氣噴霧激冷過程進(jìn)行了系統(tǒng)性研究。通過冷態(tài)模擬得到管內(nèi)流場分布,通過熱態(tài)模擬得到管內(nèi)溫度場分布,對(duì)比不同噴嘴參數(shù)和冷卻水流量下的流場分布和溫度場分布,確定了解決問題的最佳方案。（3）建立火管式廢熱鍋爐內(nèi)管板冷卻室流動(dòng)傳熱模型,對(duì)比噴霧降溫前后管板冷卻室內(nèi)管壁溫度分布,說明噴霧激冷爐前降溫方案具有明顯降溫效果。采用熱應(yīng)力分析方法,計(jì)算火管入口處管壁最大熱應(yīng)力分布,合成氣降溫后的管壁最大熱應(yīng)力滿足校核標(biāo)準(zhǔn),驗(yàn)證噴霧冷卻方案的可行性,從源頭上消除高溫帶來的... 

【文章來源】：華東理工大學(xué)上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１課題研究思路??Ｆｉｇ．?１．１?Ｒｅｓｅａｒｃｈ?ｃｌｕｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｕｂｊｅｃｔ??

華東理工大學(xué)碩士學(xué)位論文?第５頁??髙，蒸汽消耗量大，設(shè)備占地面積大，投資高［５］。??２．１．２．２非催化部分氧化??非催化部分氧化（Ｎｏｎ－ｃａｔａｌｙｔｉｃ?Ｐａｒｔｉａｌ?Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ，簡稱ＮＣ－ＰＯＸ）是以甲焼和氧氣的??混合氣為原料通過燒嘴噴入高溫高壓轉(zhuǎn)化爐內(nèi)，在無催化劑條件下通過部分氧化反應(yīng)把??天然氣轉(zhuǎn)化為合成氣。甲烷經(jīng)非催化部分氧化生成的合成氣Ｈ２：ＣＯ接近２：１，主要用于??Ｈｓｃｈｅｒ－Ｔｒｏｐｓｃｈ合成和甲醇、二甲醚等化學(xué)品合成。轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)示意圖見圖２．１，根據(jù)爐??內(nèi)不同區(qū)域的流場形式分為射流區(qū)、回流區(qū)和管流區(qū)。射流區(qū)內(nèi)主要發(fā)生燃燒反應(yīng)，產(chǎn)??生大量熱量，是轉(zhuǎn)化反應(yīng)吸熱的主要來源；管流區(qū)內(nèi)主要發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)；回流區(qū)內(nèi)既有??燃燒反應(yīng)也有轉(zhuǎn)化反應(yīng)。??ｒｈ??Ｐｍ??�。。�?ｉ＇Ｕ！??Ｗ?＼?Ｗ??７｜＼??｜?３??１：射流Ｒ：?２：回流Ｐ：?３：管流Ｒ??圖２．１非催化部分氧化爐內(nèi)流場形式Ｗ??Ｆｉｇ．?２．１?Ｆｌｏｗ?ｐａｔｔｅｒｎｓ?ｉｎ?ｔｈｅ?ＮＣ－ＰＯＸ?ｇａｓｉｆｅｒ??非催化氧化工藝中反應(yīng)轉(zhuǎn)化溫度－？般在１２００￣１５００°Ｃ，原料中的各種有機(jī)硫、氮等??污染物均完全轉(zhuǎn)化，因此對(duì)原料的硫含量無限制，入爐前也不需要進(jìn)行脫硫處理。但是??此類工藝反應(yīng)溫度相對(duì)較高，產(chǎn)生的反應(yīng)余熱需要單獨(dú)的熱回收裝置進(jìn)行回收，對(duì)反應(yīng)??器材和熱回收裝置在高溫條件下的耐熱性能有較高要求ｔ｜３］。??２．１．２．３二氧化碳重整??二氧化碳重整又被稱為干轉(zhuǎn)化（Ｄｒｙ?Ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ，簡稱ＤＲ）技術(shù)，是指甲烷與二氧??化碳在催化劑作用下生成富含一氧化碳的合成氣的過程。該技術(shù)不僅減低了二

）。自熱式轉(zhuǎn)化工藝中的甲燒部??分氧化反應(yīng)可分為兩個(gè)階段進(jìn)行：第一階段為焦?fàn)t氣的氧化過程，主要發(fā)生燃燒反應(yīng)；??第二階段為水汽變化反應(yīng)和甲烷的水蒸汽反應(yīng)［１５］。??根據(jù)自熱反應(yīng)的特點(diǎn)，存在兩種ＡＴＲ的反應(yīng)體系：一是用于燃料電池的單床層結(jié)??構(gòu)。在這個(gè)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，僅有一段催化劑床層，床層內(nèi)同時(shí)進(jìn)行燃燒反應(yīng)和水蒸汽轉(zhuǎn)化反??應(yīng)。第二種是兩段式反應(yīng)器結(jié)構(gòu)。第一段是位于反應(yīng)器上部的燃燒爐膛，主要用于進(jìn)行??非催化的氧化反應(yīng)；第二段是下部的催化劑床層，主要用于完成甲烷的水蒸汽轉(zhuǎn)化和變??換，圖２．２是二段式自熱轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)示意圖。??Ｏｘ＞ｉｅｎ／ａｉｒ??？?ｆｏｒ?ｅｎｒｉｃｈｅｄ??Ｆｒｃｄｓｔｍｃｋ??ａｎｄ?ａｌａｉｉｎ??ｙ＼?Ｋ?Ｃａｍｂｕｓｔｉｏａｉ??ｌｌｌｌｌｌｉｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌ?Ｃｎｉａｌｒｄ??Ｓｕｒ??■?ＳｙｎＯｉｔＯｉ??▼?１Ｃ－??圖２．２自熱轉(zhuǎn)化爐結(jié)構(gòu)示意圖??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ａｕｔｏｔｈｅｒｍａｌ?ｒｅｆｏｒｍｅｒ??２．１．２．５催化部分氧化??催化部分氧化（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ?Ｐａｒｔｉａｌ?Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ，簡稱ＣＰＯＸ）是在催化劑作用下，發(fā)生??包括甲烷的不完全燃燒，完全燃燒，氫氣和一氧化碳的燃燒和水蒸汽變化反應(yīng)的過程。??生成的氫氣和二氧化碳之比為２：１，是用于費(fèi)托合成及制甲醇較為理想的氫氣和二氧化??碳比。該過程反應(yīng)條件溫和，可在較低溫度（７５０？８００°Ｃ）下達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率，且反應(yīng)??停留時(shí)間短，設(shè)備投資相對(duì)于水蒸汽轉(zhuǎn)化要少，占地面積減少。但是在實(shí)際生產(chǎn)操作中，??催化劑床層中溫度梯度過大極易引起催化劑結(jié)焦失活

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]用于大功率激光治療的瞬態(tài)噴霧冷卻系統(tǒng)[J]. 徐建根,崔錦江,董寧寧,曹莉.  光學(xué)精密工程. 2019(06)
[2]廢熱鍋爐在余熱回收領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J]. 曹蕾,周松銳,臧平偉,孫登科.  節(jié)能技術(shù). 2019(02)
[3]防爆柴油機(jī)噴霧降溫系統(tǒng)及其性能研究[J]. 張順凱,顧文鈺,鄔斌揚(yáng),蘇萬華.  內(nèi)燃機(jī)工程. 2019(01)
[4]硫磺回收裝置余熱鍋爐泄漏原因分析及設(shè)計(jì)改進(jìn)[J]. 鐘小萍,張明會(huì).  石油化工設(shè)備. 2018(05)
[5]輻射激冷流程氣化輻射廢鍋鰭片結(jié)構(gòu)模擬研究[J]. 王蕾,郭慶華,許建良,邱劍勇,于廣鎖.  煤炭轉(zhuǎn)化. 2018(05)
[6]序[J]. 陳偉球,王驥,高存法.  力學(xué)學(xué)報(bào). 2018(03)
[7]火管式廢熱鍋爐管板冷卻室內(nèi)流動(dòng)、傳熱與熱應(yīng)力研究[J]. 方浩,代正華,許建良,梁欽鋒,于廣鎖,王輔臣.  高校化學(xué)工程學(xué)報(bào). 2018(01)
[8]高溫高壓環(huán)境下煤油液滴蒸發(fā)過程實(shí)驗(yàn)研究[J]. 劉松,聶萬勝,蘇凌宇,石天一,劉瑜.  火箭推進(jìn). 2017(02)
[9]火管式余熱鍋爐管板冷卻室內(nèi)流動(dòng)傳熱研究[J]. 李超,黃波,代正華,楊驥,于廣鎖,王輔臣.  中國電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2015(17)
[10]非催化部分氧化（POX）過程廢熱鍋爐設(shè)計(jì)探討[J]. 劉磊.  天然氣化工（C1化學(xué)與化工）. 2015(04)

博士論文
[1]天然氣非催化部分氧化轉(zhuǎn)化爐內(nèi)燃燒特性研究[D]. 李新宇.華東理工大學(xué) 2017
[2]多噴嘴噴霧冷卻實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[D]. 侯燕.中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所） 2014

碩士論文
[1]多組分液滴對(duì)流蒸發(fā)過程的實(shí)驗(yàn)研究[D]. 邵冰.重慶大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3277685