مطالعه عددی تاثیر توان مشعل شعله تخت بر ایجاد توزیع دمای یکنواخت در کوره های کراکینگ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه تبدیل انرژی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 دانشگاه تربیت مدرس- دانشکده مهندسی مکانیک

3 دانشگاه تربیت مدرس، دانشکده مهندسی مکانیک

4 دانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی مکانیک

چکیده

در مطالعه حاضر با کمک مطالعه عددی به بررسی ایجاد توزیع دمای یکنواخت بر روی لول ههای فرآیندی به عنوان پارامتر
اصلی در کور ه‌های کراکینگ با استفاده از مشعل‌های شعله تخت با توا نهای حرارتی مختلف پرداخته شده است. با توجه به فقدان
داد ه‌های تجربی جهت انجام اعتبارسنجی حلگر از دو مسئله معیار مشعل چرخشی و کانال با انتقال حرارت همزمان میان گازهای
داغ احتراقی و سطح جامد استفاده شده است. جهت انجام بررسی‌ها با حلگر احتراقی ReactingFOAM ، با افزودن قابلیت انتقال
حرارت همزمان، به حلگر chtMultiRegionReactingFOAM ارتقا پیدا کرده و شبیه‌سازی‌ها با استفاده از آن در نرم افزار اپن
فوم انجام شده است. همچنین در شبیه‌سازی‌ها از مدل توربولانسی k-ω SST جهت مدل‌سازی آشفتگی استفاده شده است. نتایج
بدست آمده از شبیه‌سازی‌ها نشان دهنده‌ی آن است که استفاده از مشعل شعله تخت در کور ه‌های کراکینگ امکان ایجاد توزیع حرارت
یکنواخت درون کوره با بیشینه دمای احتراقی پایین را فراهم می‌نماید. همچنین جهت ایجاد شار حرارتی مناسب در اطراف لوله‌ها به
گون های که توزیع دمای مناسب جهت انجام واکنش‌های کراکینگ فراهم آید به حداقل توانی از مشعل‌های شعله تخت نیاز است که
در مقادیر کمتر از آن توزیع دمای مناسب بر روی لوله‌ها ایجاد نمی‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Study of the Flat Flame Burner Power Effect on the Producing Uniform Temperature Distribution in Cracking Furnaces

نویسندگان [English]

  • Mehran Mirbagheri 1
  • Kiumars Mazaheri 2
  • Esmaeil Ebrahimi 3
  • Alireza Alipoor 4
1 Energy Conversion , Mechanical Engineering , Tarbiat Modares University , Tehran , Iran
2 Faculty of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University
3 Faculty of Mechanical Engineering , Tarbiat Modares University
4 Faculty of Mechanical Engineering , Shahid Chamran University
چکیده [English]

In the present study, with the help of numerical study, the study of the uniform heat flux
formation on process tubes as the main parameter in cracking furnaces has been investigated using flat
flame burners with different thermal powers. Due to the lack of experimental data for solver validation,
two problems of swirl burner and channel with conjugate heat transfer of combustion gases and solid
surface have been used. To carry out simulations, the chtMultiRegionReactingFoam solver in OpenFOAM
software has been developed by adding the conjugate heat transfer capability to the reactingFoam solver.
In simulations, k-ω shear stress transport turbulence model has been used for turbulence modeling. The
results of the simulations show that the use of a flat flame burner in cracking furnaces allows for the
uniform temperature distribution in the furnace with the low maximum combustion temperature. Also, to
create the appropriate heat flux around the pipes so that the proper temperature distribution for cracking
reactions is provided, the minimum heat flux of the flat flame burners is required, which in less than that,
the appropriate temperature distribution does not occur on the pipes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cracking Furnace
  • Flat Flame Burner
  • Benchmark Problem
  • Heat Flux
  • Combustion Simulation
[1] S. Sadrameli, Thermal/catalytic cracking of hydrocarbons for the production of olefins: A state-of-the-art review I: Thermal cracking review, Fuel, 140 (2015) 102-115.
[2] M. Masoumi, S. Sadrameli, J. Towfighi, A. Niaei, Simulation, optimization and control of a thermal cracking furnace, Energy, 31(4) (2006) 516-527.
[3] G.J. Heynderickx, A.J. Oprins, G.B. Marin, E. Dick, Three-dimensional flow patterns in cracking furnaces with long-flame burners, Aiche journal, 47(2) (2001) 388-400.
[4] X. Lan, J. Gao, C. Xu, H. Zhang, Numerical simulation of transfer and reaction processes in ethylene furnaces, Chemical Engineering Research and Design, 85(12) (2007) 1565-1579.
[5] K.M. Van Geem, M.F. Reyniers, G.B. Marin, Challenges of modeling steam cracking of heavy feedstocks, Oil    & Gas Science and Technology-Revue de l'IFP, 63(1) (2008) 79-94.
[6] G. Hassan, M. Pourkashanian, D. Ingham, L. Ma, P. Newman, A. Odedra, Predictions of CO and NO x emissions from steam cracking furnaces using GRI2.   11 detailed reaction mechanism–A CFD investigation, Computers & Chemical Engineering, 58 (2013) 68-83.
[7]  S. Pilva, "Simulation of combustion chamber in Cracking Furnace to considering conjugate heat transfer in walls reactor"A thesis submitted to the Department of Mechanical  Engineering  for  the   degree   of  Master of Sience, Iran, Tarbiat modares University, 2016 (In Persion).
[8]  E.J.F. Flame, Flame interaction and rollover solutions in ethylene cracking furnaces, Gas, (2013) 1.
[9]  A. Savu, G. Lazea, P.-S. Agachi, Optimization and advanced control for thermal cracking processes, 20th European symposium on computer aided process engineering—ESCAPE, 20 (2010) 109-128
[10]  C.E. Baukal Jr, The john zink hamworthy combustion handbook: Volume 1-Fundamentals, CRC press,2012.
[11]  C.E. Baukal Jr, The john zink hamworthy combustion handbook: Volume 3-Fundamentals, CRC press, 2014
[12] A. Masri, S. Pope, B. Dally, Probability density function computations of a strongly swirling  nonpremixed  flame stabilized on a new burner, Proceedings of the Combustion Institute, 28(1) (2000) 123-131.
[13]   A. Barletta, E.R. di Schio, G. Comini, P. D'Agaro, Conjugate forced convection heat transfer in a plane channel: Longitudinally periodic regime, International Journal of Thermal Sciences, 47(1) (2008) 43-51.
[14]    G.D. Stefanidis, B. Merci, G.J. Heynderickx, G.B. Marin, CFD simulations of steam cracking furnaces using detailed combustion mechanisms, Computers & chemical engineering, 30(4) (2006) 635-649.
[15] G. Stefanidis, K. Van Geem, G. Heynderickx, G. Marin, Evaluation of high-emissivity coatings in steam cracking furnaces using a non-grey gas radiation model, Chemical Engineering Journal, 137(2) (2008) 411-421.
[16]  A. Oyelami, S. Adejuyigbe, M. Waheed, Performance Evaluation of Recuperative Heat Exchanger in Rotary Furnace, in: Proceedings of the World Congress on Engineering, 2012
[17] T. Poinsot, D. Veynante, Theoretical and numerical combustion, RT Edwards, Inc., 2005
[18] D.C. Wilcox, Turbulence modeling for CFD, DCW industries La Canada, CA, 1998
[19]D.C. Wilcox, Simulation of transition with a two- equation turbulence model, AIAA journal, 32(2) (1994) 247-255
[20]J. Chomiak, A. Karlsson, Flame liftoff in diesel sprays, in: Symposium (International) on Combustion, Elsevier, 1996, pp. Vol. 26, No. 26-72557-72564,71996.
[21]W. Jones, R. Lindstedt, Global reaction schemes for hydrocarbon combustion, Combustion and flame, 73(3) (1988) 233-249.