反應釜是一種物理或者化學反(fan)應的(de)容(rong)器，通過(guo)對容(rong)器的(de)結構設(she)計和相關參數的(de)科學配置是實現工(gong)(gong)藝要求和預定實驗設(she)計的(de)關鍵(jian)，一般都(dou)是 在其(qi)中采用(yong)加熱(re)(re)(re)、蒸發(fa)、冷卻以(yi)及高低(di)速(su)混合(he)配用(yong)功能的(de)主(zhu)(zhu)要設(she)備(bei)。目前(qian)反(fan)應釜(fu)加熱(re)(re)(re)爐被廣(guang)泛的(de)應用(yong)在石(shi)油、化工(gong)(gong)、橡(xiang)膠等工(gong)(gong)業(ye)(ye)制造業(ye)(ye)，其(qi)在工(gong)(gong)作中多數都(dou)是以(yi)物理和化學反(fan)應的(de)方式來進行工(gong)(gong)作。經過(guo)過(guo)去多年的(de)工(gong)(gong)作 實踐(jian)總(zong)結，某企(qi)業(ye)(ye)反(fan)應釜(fu)加熱(re)(re)(re)爐在工(gong)(gong)作的(de)過(guo)程(cheng)中下部正(zheng)對燃燒室的(de)釜(fu)體(ti)發(fa)生(sheng)了(le)凹陷(xian)變形(xing)，對生(sheng)產安全(quan)和生(sheng)產效(xiao)率帶來嚴重(zhong)的(de)影響，并影響了(le)企(qi)業(ye)(ye)經濟效(xiao)益。本文主(zhu)(zhu)要結合(he)這一實例對反(fan)應釜(fu)釜(fu)體(ti)變形(xing)分析與(yu)改進進行 了(le)全(quan)面深入(ru)的(de)總(zong)結與(yu)探(tan)討。

一 、反應釜(fu)總體結構與(yu)用途

1、反應(ying)釜通常(chang)都是由(you)釜體、傳熱裝置(zhi)、攪拌以及密封等部分組成。

1．1、釜體

在其運(yun)行(xing)(xing)的過(guo)程中釜(fu)體部分主要是(shi)物料(liao)進(jin)行(xing)(xing)化學、物理反應的空間，通常在制作的過(guo)程中都是(shi)有(you)簡體與上下封(feng)頭共同組成，一(yi)般情況下， 釜(fu)體結構都是(shi)一(yi)個密封(feng)的形式(shi)，不過(guo)在企業(ye)運(yun)行(xing)(xing)的過(guo)程中也有(you)時候采用敞開式(shi)，這種(zhong)形式(shi)主要是(shi)以反應介質來規定的。

1．2、傳熱裝置

傳(chuan)熱(re)裝置主要是(shi)釜體內部(bu)或(huo)者(zhe)外(wai)部(bu)設(she)置一定的加熱(re)或(huo)者(zhe)制冷設(she)備， 進而利用其進行傳(chuan)熱(re)、導熱(re)工作(zuo)，通常這(zhe)個部(bu)位(wei)都是(shi)與釜體的外(wai)部(bu)夾(jia)套 或(huo)者(zhe)內部(bu)蛇(she)管(guan)相連接(jie)。

1.3、攪拌裝置

為了能夠確保材(cai)料(liao)反映充分(fen)、均勻(yun)，一般(ban)在設(she)置的(de)過程中都是(shi)需要(yao) 設(she)定一定的(de)攪(jiao)(jiao)拌(ban)裝置，這(zhe)也是(shi)保證混合材(cai)料(liao)均勻(yun)，彼(bi)此(ci)接觸良好的(de)關(guan)鍵。 一般(ban)情況下，攪(jiao)(jiao)拌(ban)裝置通常都是(shi)由攪(jiao)(jiao)拌(ban)軸和攪(jiao)(jiao)拌(ban)器兩(liang)部分(fen)組(zu)成，其攪(jiao)(jiao)拌(ban)軸主要(yao)是(shi)隨(sui)著電動機(ji)的(de)轉(zhuan)動來進(jin)行(xing)運轉(zhuan)，進(jin)而帶動攪(jiao)(jiao)拌(ban)軸對釜體內部材(cai) 料(liao)進(jin)行(xing)攪(jiao)(jiao)拌(ban)。

1．4、由(you)于攪拌軸(zhou)是動(dong)的，而釜體封(feng)(feng)頭是靜的，所以在攪拌軸(zhou)伸出(chu)之(zhi)處必需進行密封(feng)(feng)(軸(zhou)封(feng)(feng))，軸(zhou)封(feng)(feng)的作用是保持設備內的壓力(或真空度)，防(fang)止反應物料逸出(chu)和(he)雜質(zhi)滲入(ru)。軸(zhou)封(feng)(feng)通常采用填料密封(feng)(feng)或機械密封(feng)(feng)。

二、反應釜改造前的CFI)分析

1計算模型及網格

本文(wen)利用(yong)Gambit軟(ruan)件建(jian)立了(le)反(fan)應(ying)釜三維計(ji)算模(mo)型(xing)，并(bing)劃(hua)分(fen)了(le)61萬六 面(mian)體網格。離(li)散方程的求解采用(yong)大型(xing)商用(yong)軟(ruan)件FLUENT進行。反(fan)應(ying)釜爐(lu)(lu)膛(tang) 內(nei)流動為充分(fen)發展的湍流，因此爐(lu)(lu)內(nei)流動采用(yong)標準遠(yuan)遠(yuan)大于1．因此煙 氣(qi)與壁(bi)面(mian)的輻(fu)射換熱采用(yong)Pl模(mo)型(xing)計(ji)算，可以(yi)用(yong)較小(xiao)的計(ji)算時間(jian)得到相對 可靠(kao)的結果。

本文主要分析(xi)爐(lu)膛(tang)內(nei)煙氣與反應(ying)釜(fu)壁面的(de)(de)(de)輻射及(ji)對流傳熱，對具體 燃(ran)燒(shao)機理(li)不做深人研究，且計(ji)(ji)算(suan)網格(ge)比較多，因此燃(ran)燒(shao)模(mo)(mo)(mo)擬采用計(ji)(ji)算(suan)量(liang) 相對較小(xiao)的(de)(de)(de)PDF模(mo)(mo)(mo)型(xing)。考慮到(dao)現(xian)場工業裝置的(de)(de)(de)復雜性(xing)，CFD模(mo)(mo)(mo)擬的(de)(de)(de)初衷就 是(shi)為工業設(she)備提供一(yi)個定(ding)(ding)性(xing)結論，準確(que)(que)的(de)(de)(de)定(ding)(ding)量(liang)計(ji)(ji)算(suan)目前還只能(neng)在一(yi)些簡 單(dan)的(de)(de)(de)實驗(yan)模(mo)(mo)(mo)型(xing)上(shang)得(de)到(dao)。因此本文根據現(xian)場經(jing)驗(yan)確(que)(que)定(ding)(ding)邊界條(tiao)件(jian)數值(zhi)，在所 有模(mo)(mo)(mo)擬計(ji)(ji)算(suan)中采用相同的(de)(de)(de)邊界條(tiao)件(jian)，將(jiang)得(de)到(dao)的(de)(de)(de)結果(guo)進行對比，可(ke)以(yi)得(de)到(dao) 一(yi)個定(ding)(ding)性(xing)的(de)(de)(de)結論。

焦爐(lu)煤氣(qi)和空氣(qi)均為(wei)常(chang)溫(wen)，燃氣(qi)采用(yong)(yong)速度進(jin)口(kou)(kou)邊界條(tiao)件(jian)，流(liu)量 20m3／h，計算得(de)到燃氣(qi)噴孔速度79m／s。空氣(qi)為(wei)自然吸風，其入口(kou)(kou)采用(yong)(yong) 壓(ya)力入口(kou)(kou)，壓(ya)力為(wei)大氣(qi)壓(ya)(表壓(ya)0Pa)。出(chu)口(kou)(kou)采用(yong)(yong)壓(ya)力出(chu)口(kou)(kou)邊界條(tiao)件(jian)，出(chu)口(kou)(kou)壓(ya) 力60Pa。爐(lu)膛(tang)及反(fan)(fan)應(ying)(ying)釜壁(bi)面(mian)滿足無滑移邊界條(tiao)件(jian)，近壁(bi)處應(ying)(ying)用(yong)(yong)標準壁(bi)面(mian) 函數處理。爐(lu)膛(tang)壁(bi)面(mian)熱(re)流(liu)量設定(ding)(ding)(ding)為(wei)一(yi)200w／m2，用(yong)(yong)于模(mo)擬(ni)(ni)散熱(re)損失。爐(lu)膛(tang)內(nei)壁(bi)面(mian)為(wei)耐(nai)火磚，發射率設定(ding)(ding)(ding)為(wei)0．85。目前的(de)(de)(de)CFD技術還難以(yi)對(dui)反(fan)(fan)應(ying)(ying) 釜內(nei)瀝(li)(li)青的(de)(de)(de)攪(jiao)拌(ban)及流(liu)動過程進(jin)行(xing)準確(que)模(mo)擬(ni)(ni)，因(yin)此本(ben)文不模(mo)擬(ni)(ni)反(fan)(fan)應(ying)(ying)釜內(nei)瀝(li)(li)青的(de)(de)(de)流(liu)動及內(nei)部傳熱(re)瀝(li)(li)青與反(fan)(fan)應(ying)(ying)釜壁(bi)面(mian)的(de)(de)(de)換熱(re)主要是對(dui)流(liu)換熱(re)，本(ben)文 通過給定(ding)(ding)(ding)釜內(nei)瀝(li)(li)青的(de)(de)(de)溫(wen)度(673K1及瀝(li)(li)青與反(fan)(fan)應(ying)(ying)釜表面(mian)的(de)(de)(de)對(dui)流(liu)換熱(re)系數 (13000W ／(m27K))來模(mo)擬(ni)(ni)瀝(li)(li)青與反(fan)(fan)應(ying)(ying)釜之間的(de)(de)(de)傳熱(re)。

2 CFD結果與分析

為反應釜(fu)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)器(qi)(qi)所在截(jie)面(mian)上的(de)(de)溫度分布，可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)由(you)于燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)器(qi)(qi)設(she)計 不(bu)合(he)理(li)，空(kong)氣和煤氣混(hun)合(he)情況不(bu)佳，燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)火(huo)(huo)(huo)(huo)焰過長。由(you)于空(kong)氣和煤氣到達(da) 擋(dang)火(huo)(huo)(huo)(huo)墻(qiang)時仍未(wei)完(wan)全混(hun)合(he)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)，因此(ci)(ci)擋(dang)火(huo)(huo)(huo)(huo)墻(qiang)不(bu)但(dan)未(wei)起(qi)到預期的(de)(de)作(zuo)用，反而影(ying)響了煤氣的(de)(de)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)。火(huo)(huo)(huo)(huo)焰經過兩道擋(dang)火(huo)(huo)(huo)(huo)墻(qiang)后直接(jie)沖刷反應釜(fu)壁面(mian)，導致 燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)室出(chu)口(kou)處(chu)(chu)的(de)(de)反應釜(fu)外(wai)表面(mian)出(chu)現局部高(gao)溫區 以(yi)上模擬(ni)結(jie)(jie)果與現場觀測結(jie)(jie)果是(shi)一(yi)(yi)致的(de)(de)：燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)器(qi)(qi)結(jie)(jie)構及爐(lu)膛(tang)擋(dang)火(huo)(huo)(huo)(huo)墻(qiang)設(she)計不(bu)合(he)理(li)使得空(kong)氣與燃(ran)(ran)氣混(hun)合(he)不(bu)好，火(huo)(huo)(huo)(huo)焰拉長，燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)效(xiao)率及溫度降低， 現場觀測的(de)(de)現象是(shi)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)室內發紅且火(huo)(huo)(huo)(huo)焰偏軟無力；燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)后的(de)(de)高(gao)溫煙氣出(chu)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)(shao)室后直接(jie)沖刷反應釜(fu)壁面(mian)，形成一(yi)(yi)個沖擊射(she)流(liu)，沖擊射(she)流(liu)的(de)(de)對流(liu)換 熱系數高(gao)，同(tong)時此(ci)(ci)處(chu)(chu)煙氣溫度也(ye)較高(gao)，因此(ci)(ci)導致此(ci)(ci)處(chu)(chu)的(de)(de)壁面(mian)溫度高(gao)。

三、反應釜改進方案

l、反應釜改進方案

根據(ju)CFD模擬計算結果，道擋(dang)火墻(qiang)(qiang)影響燃(ran)燒(shao)，因此改進(jin)方(fang)案中(zhong)將道擋(dang)火墻(qiang)(qiang)拆除，增大燃(ran)燒(shao)室空(kong)(kong)問(wen)，使(shi)燃(ran)料充分燃(ran)燒(shao)后再經(jing)過第二(er)道 擋(dang)火墻(qiang)(qiang)進(jin)入爐(lu)膛與反應釜換熱(re)。原燃(ran)燒(shao)器(qi)結構也(ye)不夠(gou)合(he)理。為提高(gao)燃(ran)燒(shao)器(qi)調(diao)節(jie)范圍(wei)，將燃(ran)料分為一(yi)(yi)次煤(mei)(mei)氣(qi)和二(er)次煤(mei)(mei)氣(qi)。低(di)(di)負(fu)荷時(shi)(shi)只(zhi)打開(kai)一(yi)(yi)次煤(mei)(mei)氣(qi)，使(shi)煤(mei)(mei)氣(qi)在低(di)(di)負(fu)荷時(shi)(shi)也(ye)有足夠(gou)的噴射速度，保證(zheng)(zheng)與空(kong)(kong)氣(qi)的混合(he)，高(gao)負(fu)荷時(shi)(shi)再打開(kai)二(er)次燃(ran)料。空(kong)(kong)氣(qi)分為中(zhong)心風(feng)(feng)、一(yi)(yi)次風(feng)(feng)、二(er)次風(feng)(feng)三股與燃(ran)料混臺，增大了(le)煤(mei)(mei)氣(qi)和空(kong)(kong)氣(qi)的接觸面積，強化混合(he)。同時(shi)(shi)燃(ran)燒(shao)器(qi)加裝調(diao)節(jie)風(feng)(feng)門(men)，隨著煤(mei)(mei)氣(qi)流量變化調(diao)節(jie)供風(feng)(feng)量，保證(zheng)(zheng)良好的風(feng)(feng)燃(ran)比。

2、改進方案的模擬

為進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)直(zhi)接對(dui)(dui)比，對(dui)(dui)改(gai)進(jin)(jin)(jin)(jin)方案進(jin)(jin)(jin)(jin)行(xing)模擬時(shi)采用與改(gai)造前(qian)相同的邊界 條件。改(gai)進(jin)(jin)(jin)(jin)后中心截(jie)面的溫度分布，可見燃(ran)(ran)燒(shao)器改(gai)進(jin)(jin)(jin)(jin)后火焰縮短性(xing)增 強(qiang)。相對(dui)(dui)火焰峰值溫度由1860K增加到2O5OK，說明燃(ran)(ran)燒(shao)狀況得到明顯改(gai)善。去(qu)掉一(yi)道擋火墻(qiang)后，增大了燃(ran)(ran)燒(shao)空(kong)間(jian)，煤氣(qi)與空(kong)氣(qi)得以(yi)充分混合(he)并燃(ran)(ran) 燒(shao)，煤氣(qi)在擋火墻(qiang)前(qian)已經燃(ran)(ran)燒(shao)完(wan)全。

四、結論

通(tong)過CFD方法(fa)對反(fan)應(ying)釜(fu)(fu)的(de)(de)(de)燃(ran)燒和傳(chuan)熱(re)(re)情況進行了(le)模擬(ni)分析，結(jie)果顯(xian)示反(fan)應(ying)釜(fu)(fu)壁面在(zai)燃(ran)燒室出口處存在(zai)一(yi)個局(ju)部(bu)高溫區，與變形(xing)部(bu)位正好一(yi) 致，說明反(fan)應(ying)釜(fu)(fu)變形(xing)主要是由于局(ju)部(bu)很溫引起的(de)(de)(de)。采(cai)用改善燃(ran)燒器(qi)結(jie)構， 拆(chai)除一(yi)道(dao)擋火墻(qiang)，并(bing)在(zai)反(fan)應(ying)釜(fu)(fu)變形(xing)部(bu)位加上(shang)一(yi)層隔熱(re)(re)耐火材料的(de)(de)(de)方法(fa)對反(fan)應(ying)釜(fu)(fu)進行了(le)改造，CFD和實際運行結(jie)果均證(zheng)明該改造方案是成功的(de)(de)(de)。 CFD方法(fa)成本低(di)、周期短，并(bing)且可(ke)以得到一(yi)些現(xian)場無法(fa)得到的(de)(de)(de)數(shu)據，在(zai)工業(ye)爐燃(ran)燒與傳(chuan)熱(re)(re)分析領(ling)域有很好的(de)(de)(de)應(ying)用效果。