管式加热炉喷嘴雾化及燃烧特性的数值模拟

发布时间：2020-03-20 18:05

【摘要】：炼油厂管式加热炉所用的燃料有液体燃料(燃料油)和气体燃料(瓦斯)两种。在燃料油的燃烧中,燃料和氧化剂分属不同状态,因此是非均相燃烧。一般地说,燃料油燃烧时,其化学反应速率,比两相流体扩散和混合的速率快得多。为了利于燃料油的着火、稳燃和燃尽,燃料油通过供油系统输送到炉膛之前,需经过雾化器雾化成细滴。雾化效果的好坏,对燃料油的燃烧过程起着决定性的影响,对燃料油的雾化过程进行研究,之于管式加热炉的研究起到十分重要的作用。本文利用CFD分析软件,对给定工况下的燃料油雾化及燃烧过程进行分析,并探究喷嘴结构参数及操作参数对雾化过程的影响。研究结果表明:对于本文计算参数下的喷嘴混合室,稳定后的燃油组分质量分数为15%,速度为20m/s,温度为460K。在喷嘴结构参数中,水蒸汽导管位置及角度对雾化过程影响较大。水蒸气导管位置是混合室流场不同状态的分界线,分界线附近及以下,流动不稳定,动能、热量交换相对剧烈,分界线以上,工质逐渐进入速度、温度为定值的稳定状态。水蒸汽导管角度对雾化过程的影响较大,角度小于60°时,组分冲撞不充分,雾化效果不好;角度大于120°并逐渐增大时,可能出现水蒸汽流入燃料油导管的现象,危害安全生产。混合室喷孔直径对混合室内的湍流动能有影响,对喷孔出口速度影响较大。在喷嘴操作参数中,燃料油进口速度的小范围变化对于混合室的整体流场分布特点影响不大,应从产量要求及生产成本两方面综合考虑,确定互相匹配的水蒸汽及燃料油流速。
【图文】：

其结构简图如图2-1。燃料油走内管经中心孔（油孔）射入混合室；蒸汽走外套管经油孔周围的一组小孔（汽孔）喷入混合室，并以一定角度冲击油流，在混合室内形成乳浊液以极高的速度从一组混合室出口孔（喷孔）喷出。内混式蒸汽雾化油喷嘴可以获得良好的雾化效果和理想的油滴分布，结构简单，加工制造要求不高，不易堵塞，十分适应烧劣质燃料油甚至油污，所以在炼油及石油化工管式炉上获得广泛的应用[38]。图 2-1 内混式雾化喷嘴结构简图燃料油的雾化机理可以描述如下：由于雾化介质的冲击，燃料油变成极薄的油膜或较大的柱状液滴，它们在高速飞行中发生振动，，振幅无限制的自发增大，终至破裂。破裂的油滴在继续高速飞行中，在周围介质的阻力作用下变形而进一步粉碎。雾化的效果与惯性力、周围介质的阻力、黏性力和表面张力等因素有关。当燃料油从油导管内喷射而出时

喷嘴结构计算简图
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE96

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本文编号：2591990