烴類制氫轉(zhuǎn)化爐是石油化工領(lǐng)域中使用蒸汽轉(zhuǎn)化法進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)生產(chǎn)合成氨原料氣和氫氣的核心設(shè)備。在目前節(jié)能減排的要求下,對(duì)制氫轉(zhuǎn)化爐的燃燒效率和NO_x的排放都提出了新的要求。燃燒器作為烴類制氫轉(zhuǎn)化爐的核心部件,其性能和NO_x排放情況對(duì)于整個(gè)轉(zhuǎn)化爐的燃燒和污染物的生成都有重要的影響。目前大型轉(zhuǎn)化爐大多采用燃燒器頂燒的形式,因此本研究中以頂燒式燃燒器為研究對(duì)象,通過(guò)數(shù)值模擬的方法對(duì)頂燒式燃燒器燃燒和NO_x生成情況進(jìn)行研究和優(yōu)化。首先對(duì)一臺(tái)轉(zhuǎn)化爐頂燒式燃燒單元進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格建模,運(yùn)用不同網(wǎng)格密度驗(yàn)證了其網(wǎng)格無(wú)關(guān)性。選擇合適的計(jì)算模型對(duì)爐膛內(nèi)燃燒和污染物生成情況進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,通過(guò)對(duì)于其速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)、組分分布、火焰形狀、輻射壁面熱通量和NO_x的生成情況進(jìn)行詳細(xì)的分析,認(rèn)為NO_x的生成主要受燃燒高溫區(qū)和燃料空氣的混合程度所控制,因此對(duì)于燃燒器低NO_x的優(yōu)化研究應(yīng)該集中在對(duì)于控制高溫區(qū)的大小和優(yōu)化燃料與空氣的混合兩方面�；谏鲜鲅芯克悸�,分別選取過(guò)剩空氣系數(shù)、空氣預(yù)熱溫度、空氣進(jìn)口大小和燃料噴射角度四個(gè)參數(shù)探究參數(shù)變化對(duì)于燃燒器燃燒和NO_x生成的影響規(guī)律。研究表明:上述四個(gè)參數(shù)的變化對(duì)爐膛內(nèi)的速度場(chǎng),溫度場(chǎng)、火焰形狀、輻射傳熱和NO_x的生成均有很大的影響,且呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。過(guò)�？諝庀禂�(shù)的增加使?fàn)t膛內(nèi)平均速度增加,溫度分布不均勻性增加,高溫區(qū)集中,火焰粗大,導(dǎo)致輻射能力降低,NO_x的生成量呈先升高后降低的趨勢(shì),綜合分析認(rèn)為過(guò)�？諝庀禂�(shù)為1.01時(shí)為最佳。預(yù)熱空氣系數(shù)增加使燃燒速度和溫度水平都有升高,火焰形狀范圍和輻射能力有很大的提升,NO_x的生成量也呈單調(diào)遞增的趨勢(shì),從經(jīng)濟(jì)和NO_x生成角度來(lái)分析,認(rèn)為預(yù)熱溫度取400K為最佳。隨著空氣進(jìn)口直徑增大降低空氣進(jìn)口氣速,使得燃料和空氣的混合變差,雖然燃燒溫度有所升高,輻射量也有所提升,但是NO_x的生成量增加較快,因此空氣進(jìn)口直徑230mm時(shí)為最佳。傾斜角從小變大的過(guò)程中,剪切作用逐漸增強(qiáng),使得燃燒提前,火焰鋒面向中心靠攏,溫度也越高,火焰長(zhǎng)度變短,NO_x的生成量增幅也較大,因此傾斜角選擇7度為最佳值。在上述研究基礎(chǔ)上,通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)在燃燒系統(tǒng)中添加稀釋劑是降低NO_x的有效途徑之一,且無(wú)需對(duì)燃燒器做任何改造。因此本文通過(guò)在燃料側(cè)添加稀釋劑Ar、CO_2、N_2和H_2O分別探究在稀釋率0~0.4的情況下?tīng)t膛出口處EI_(NO_x)(NO_x排放指數(shù),Emission Index of NO_x)和熱效率的情況。結(jié)果表明:以上四種稀釋劑均能降低NO_x的生成,且在相同的稀釋率下對(duì)NO_x生成的抑制能力的排序?yàn)?N_2H_2OCO_2Ar。Ar和N_2的添加使得熱效率隨著稀釋率增加而降低,但是CO_2和H_2O的加入會(huì)使熱效率先提升然后下降。綜合分析NO_x的生成量和熱效率認(rèn)為:采用CO_2和H_2O作為稀釋劑是較好的選擇,且稀釋率在0~0.1的范圍內(nèi)為最佳。
【學(xué)位單位】：中國(guó)石油大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ116.2
【部分圖文】：

第 1 章 引言背景及意義油化工、無(wú)機(jī)化工、冶金電力等現(xiàn)代工業(yè)中具有十分藝過(guò)程的重要的原料和清潔染料，工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)其需，能耗物耗相對(duì)較低的烴類蒸汽轉(zhuǎn)化法是現(xiàn)在工業(yè)上氫轉(zhuǎn)化法是以烴類為原料，在一定的溫度壓力和催化劑產(chǎn)合成氨原料氣和氫氣的方法，其核心設(shè)備是烴類制有很多種形式包括：合成氨廠的一段轉(zhuǎn)化爐、甲醇廠氫爐等[2]。如圖 1.1 是典型頂燒式制氫轉(zhuǎn)化爐示意圖[3的，要求轉(zhuǎn)化爐能夠長(zhǎng)周期操作，不間斷運(yùn)行，因此要求。

形成的還原性氣氛會(huì)將一部分階段也會(huì)產(chǎn)生新的 NOx，但是從總量上燒器同時(shí)采用了在這兩種技術(shù)。燃燒器上應(yīng)用較為普遍的技術(shù)，這種技術(shù)混合程度，使得火焰的燃燒較為穩(wěn)定。如方式一般是通過(guò)無(wú)旋流的噴嘴，也有通過(guò)流燃燒產(chǎn)物會(huì)產(chǎn)生中心回流區(qū)，其好處是稀釋未反應(yīng)燃燒的空氣和燃料，這樣尤其用，且能保持穩(wěn)定的燃燒火焰即使是在較燃燒室底部形成的邊角回流區(qū)，回流區(qū)的但是其存在有利于促進(jìn)爐膛內(nèi)煙氣整體循分布，低溫?zé)煔獾难h(huán)能夠帶走一部分熱還起到一定的稀釋作用，從而限制了熱力

- 12 -圖 2.2 Fluent 軟件計(jì)算流程圖Fig 2.2 Calculation flowchart of Fluent是集流場(chǎng)、燃燒和熱量、質(zhì)量傳輸以及用在了石油石化領(lǐng)域的很多過(guò)程的研究從根本上來(lái)說(shuō)，CFD 方法就是通過(guò)數(shù)問(wèn)題進(jìn)行模擬和分析的一種研究方法能應(yīng)用于多個(gè)工程領(lǐng)域。下面對(duì)其設(shè)FD 涉及的流體力學(xué)的基本方程包括以

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本文編號(hào)：2834280