工业炉
石油化工设备技术，2017，38（4）·25· Petro-Chemical Equipment Technology
基于响应面法的U型辐射管HTAC
燃烧优化研究
张英1，胡承云2，张伟1，王元华2
（1.中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，辽宁抚顺113001；2.华东理工大学，上海200237）
摘要：蓄热式高温空气燃烧技术(HTAC)是20世纪80年代兴起的一种新型燃烧技术，具有能量利用效率高，污染物排放低的特点。文章以油广泛使用的水套加热炉U型辐射管为研究对象，开展基于响应面数学分析法的U型辐射管蓄热式燃烧优化及工程应用研究。分析了辐射管内污染物排放浓度、温度场随助燃空气预热温度、过剩空气系数、一二次风分级比的变化规律，优化得到了最优的操作参数。通过优化分析后可得：相比传统条件，优化操作参数下的炉子热效率提高了9.35%，一氧化氮的排放浓度降低了32.3%，具有重要的节能减排意义。
关键词：蓄热式高温空气燃烧技术U型橘射管组织优化节能减排 doi:10.3969/j.issn.1006—8805.2017.04.006
蓄热式高温空气燃烧技术（HTAC)是80年
代初国际上兴起的一项新型燃烧技术，燃料在高于燃料燃点温度及低氧浓度氛围中燃烧，炉膛温度场分布均匀，不具有传统过程中存在的高温高氧区（局部）。同时，这种燃烧反应是一种动态过程，不存在静态火焰，因此可实现降低燃料消耗和提高热利用率，减少CO，和NOx以及降低燃烧噪音，被誉为21世纪关键技术之二11。
水套炉是利用中间介质水将燃料燃烧所产生的热量传递给被加热介质，而使其温度升高的种间接加热设备。近几年来，相关方面通过优化炉受热面布置，采用强化传热技术及先进的燃烧技术等举措，国内部分水套炉的设计热效率已得到显著提高，达到85%以上[21，而国外平均热效率已达到90%左右[31，由此可见，国内的设计水平与国际仍旧存在一定的差距。随着人们对自然环境的重视和环保意识的提高，国家对于烟气中有害物质NOx排放要求也越来越严格，因此如何降低NOx排放是当前加热炉呕需解决的问题之一。
1U型辐射管几何建模与网格划分
该加热炉设计工艺热负荷800kW，辐射管长度6.6m，管内径600mm。燃烧器采用空气分级低氮燃烧技术，结构如图1所示。该加热炉有对燃烧器厅客安装于燃烧器通道上，经蓄热体
预热后的空气和燃料从一侧燃烧器喷入辐射管中，燃烧后烟气则从另一侧烧嘴经燃烧器通道上蓄热体吸热后排放，2个燃烧器交替循环使用，由于计算区域具有对称结构，因此选取1/2区域建模。为了计算简便，模型中不包括蓄热体本身，采用助燃空气温度边界条件代替蓄热体换热过程。本次模拟三维模型如图2所示。辐射管区域采用六面体网格，喷嘴和火道等区域由于各参数的梯度较大，采用混合结构网格并进行局部加密处理4]。新型蓄热式HTAC燃烧水套炉整体网格
划分如图3所示。燃气通道
中心
一次风通道
二次风/燃气通道
图1燃烧器结构
收稿日期：2017-03-27。
作者简介：张英，女，1992年毕业于天津大学分析仪器专业，
主要从事节能技术研发及管理工作，高级工程师， Email: zhangying.fshy@ sinopec.com,
基金资助项目名称：新型蓄热式弥散燃烧方法研究与试验（项目号：314054)。