Вафин Данил Билалович – д-р. техн. наук, профессор кафедры Промышленной теплоэнергетики и теплоснабжения
г. Казань
Kazan
Ваньков Юрий Витальевич - д-р. техн. наук, профессор, заведующий кафедрой Промышленной теплоэнергетики и теплоснабжения
г. Казань
Kazan
АКТУАЛЬНОСТЬ. Возможность прогнозирования условий работы отдельных элементов высокотемпературных технологических установок нефтехимических производств еще на этапе проектирования или модернизации является актуальной по многим причинам. ЦЕЛЬ. Проведение численных исследований тепловых параметров и особенностей турбулентного движения дымовых газов в радиационной части печи пиролиза углеводородов с центральным расположением змеевиков при несимметричным расположением горелок малой тепловой мощности на боковых футерованных стенах и на своде камеры. Такие печи применяются для получения низших олефинов, которые являются первичными продуктами для производства синтетических смол, каучуков, пластических масс и волокон. МЕТОДЫ. В радиантной камере печи происходят взаимосвязанные процессы горения газообразного топлива, турбулентного течения продуктов сгорания, лучисто-конвективного теплообмена и реакции крекинга углеводородов в трубчатых змеевиках с образованием смеси легких углеводородов, богатых олефинами. Образование продуктов пиролиза углеводородов становится существенным при обеспечении температуры парогазовой смеси в трубчатых реакторах в пределах 800-855 оС в присутствии пара разбавления. Необходимая для этого теплота получатся в основном за счет теплового излучения продуктов сгорания и раскаленных футерованных поверхностей камеры радиации. Физические процессы, протекающие в топочной камере, смоделированы двухмерными уравнениями модели горения углеводородов в воздухе, переноса энергии излучением и уравнениями движения. Использован пакет прикладных программ, который основан на численном решении упомянутой системы уравнений переноса. В результате численных исследований построены поля скоростей и температуры дымовых газов, образующихся при сгорании смеси топливного газа в топочной камере трубчатой печи. В данной работе предполагается, что на одной боковой стенке камеры радиации в восьми горизонтальных рядах размещены настенные горелки в количестве 64 штук, а на другой стене камеры такие же горелки установлены в семи ярусах по 8 горелок в каждом ряду и один ряд горелок на своде камеры. Продукты сгорания, исходящие из этих горелок образуют сложные поля скоростей и температуры в объеме в обеих половинах камеры радиации. РЕЗУЛЬТАТЫ. По результатам численных расчетов построены поля температуры и скоростей дымовых газов в обеих частях камеры радиации. Рассчитаны температуры внутренних поверхностей стенок футеровки. Определены распределения поверхностных плотностей лучистых тепловых потоков к реакционным трубам по высоте печи пиролиза пропан-бутановой фракции. Проведены сравнения некоторых полученных результатов для случаев, когда все горелки установлены только на боковых стенках камеры и при указанном выше расположении горелок. Результаты расчетов для первого варианта хорошо согласуются с некоторыми опытными данными, полученными при пуско-наладочных работах в действующей установке. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Расчеты показывают, что применение большого количества настенных газовых горелок малой мощности приводят к возникновению сложных полей скоростей продуктов сгорания и температуры в камерах радиации трубчатых печей. В то же время разброс значений температуры в объеме топочной камеры намного меньше, чем для случая, когда все горелки большей мощности установлены только на своде или на поде радиантной камеры. Путем изменения расположения ярусов горелок можно добиться сравнительно равномерного поступления теплоты к нагреваемому продукту по длине пирозмеевика.
RELEVANCE. The possibility of predicting the operating conditions of individual elements of high-temperature technological units of petrochemical industries even at the design or modernization stage is relevant for many reasons. THE PURPOSE. Carrying out numerical studies of thermal parameters and features of the turbulent movement of flue gases in the radiative part of the hydrocarbon pyrolysis furnace with a central arrangement of coils with an asymmetric arrangement of burners of low thermal power on the side lined walls and on the vault of the chamber. Such furnaces are used to produce lower olefins, which are the primary products for the production of synthetic resins, rubbers, plastics and fibers. METHODS. In the radiant chamber of the furnace, interrelated processes of combustion of gaseous fuel, turbulent flow of combustion products, radiant-convective heat exchange and cracking reactions of hydrocarbons in tubular coils occur with the formation of a mixture of light hydrocarbons rich in olefins. The formation of pyrolysis products of hydrocarbons becomes essential when the temperature of the vapor-gas mixture in tubular reactors is within 800-855 oC in the presence of dilution steam.. The heat required for this will be obtained mainly due to the thermal radiation of the combustion products and the hot lined surfaces of the radiation chamber. The physical processes taking place in the combustion chamber are modeled by two-dimensional equations of the model gorenje hydrocarbons in the air, energy transfer by radiation and equations of motion. The package of applied programs is used, which is based on the numerical solution of the mentioned system of transfer equations. As a result of numerical studies, the velocity and temperature fields of flue gases formed during the combustion of a fuel gas mixture in the furnace chamber of a tube furnace were constructed. In his work, it is assumed that on one side wall of the radiation chamber, wall burners in the amount of 64 pieces are placed in eight horizontal rows, and on the other wall of the chamber, the same burners are installed in seven tiers and one row of burners on the vault of the chamber. The combustion products emanating from these burners form complex velocity and temperature fields in the volume in both halves of the radiation chamber. RESULTS. As a result of numerical calculations, the fields of temperature and flue gas velocities in both parts of the radiation chamber are constructed. The temperatures of the inner surfaces of the lining walls are calculated. The distributions of the surface densities of radiant heat fluxes to the reaction pipes along the height of the pyrolysis furnace of the propane-butane fraction are determined. Comparisons of some of the results obtained were carried out for cases when all burners are installed only on the side walls of the chamber and with the above arrangement of burners. CONCLUSION. Calculations show that the use of a large number of low-power wall burners leads to the emergence of complex velocity and temperature fields in the radiation chambers of tubular furnaces. At the same time, the spread of temperature values in the volume of the furnace chamber is much smaller than for the case when all burners of higher power are installed only on the vault and on the hearth of the furnace. By changing the location of the tiers of burners, it is possible to achieve a relatively uniform supply of heat to the heated product along the length of the pyro coil.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.