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管式裂解炉是乙烯生产装置的关键设备,乙烯裂解炉的传热效率对节约能源和提高乙烯收率有至关重要的作用。强化传热技术可提高乙烯裂解炉的传热效率,节约能源,提高乙烯产率。因此,不断采用新技术以强化乙烯裂解炉的传热具有十分重要的意义。
本文利用计算流体力学(CFD)的方法,对KTI公司的GK-V型乙烯裂解炉1/4炉膛的辐射段进行了数值模拟;并模拟了炉管截面形状为椭圆形的裂解炉内的传热和裂解反应;上述椭圆形炉管截面的面积和圆形面积相等,分别选取了1.1、1.2、1.3、1.4四个椭圆率。结果显示椭圆形炉管的整个炉膛的辐射情况较好,炉管受热均匀,管壁平均热通量高。椭圆形炉管出口温度比圆形炉管的出口温度高,所以乙烯收率增大;丙烯收率小于圆管的丙烯收率,因为椭圆管在接近出口处有明显的二次反应,而圆管的二次反应不明显。不同椭圆率的炉管相比,随着炉管截面椭圆率的增大,炉管吸收的总热量和乙烯收率增大,丙烯收率逐渐下降。当炉管椭圆率为1.3时,乙烯和丙烯收率之和最大。本文研究结果显示,椭圆形截面的炉管可以改善整个炉膛的辐射情况,达到强化传热的效果。