脱油沥青进料的气化炉火管废锅中动态灰分沉积与传热特性的数值模拟

摘要

为探究脱油沥青气化工艺中火管式废热锅炉的结垢问题，针对脱油沥青特殊的灰分组成和进出口温差较大的场景，采用计算流体力学（CFD）方法，结合熔融液相比例模型、临界速度模型与脱落模型，将整根火管划分为A～G共7个管段，模拟了工业火管锅炉中单根火管的灰分沉积分布、沉积表面温度和出口温度的变化，并讨论了合成气入口流量的相关影响。结果表明，火管废锅中的灰分沉积主要集中在A、B管段，在A、B段连接处出现的最大灰分沉积厚度为6.37 mm。灰分沉积后总传热效率仅降低0.88%，但各管段传热效率变化显著。考察合成气流量的影响时，发现合成气出口温度与合成气流量呈正相关。将合成气流量（以操作工况28.9 m/s为基准，设置入口气速为操作工况的80%、90%、100%、110%和120%，全文以此表示合成气流量）由80%增加到120%，火管末端G段的出口温度仅由590.51 K增加到605.56 K，可采取增加合成气流量方式提高蒸气产量。但随着合成气流量增加，除A段管壁温度降低外，B～G段管壁温度均随之升高。在合成气流量为120%的条件下，温度最高的B、C段的管壁温度分别为756 K和768 K，接近材质最高工作温度773 K，不利于锅炉运行的稳定性。

关键词

废热锅炉 / 螺旋异径火管 / 传热 / 数值模拟 / 动态仿真