反應釜是一種物理或者化學反應的容器，通過對容器的結構設計和相關參數(shù)的科學配置是實現(xiàn)工藝要求和預定實驗設計的關鍵，一般都是 在其中采用加熱、蒸發(fā)、冷卻以及高低速混合配用功能的主要設備。目前反應釜加熱爐被廣泛的應用在石油、化工、橡膠等工業(yè)制造業(yè)，其在工作中多數(shù)都是以物理和化學反應的方式來進行工作。經(jīng)過過去多年的工作 實踐總結，某企業(yè)反應釜加熱爐在工作的過程中下部正對燃燒室的釜體發(fā)生了凹陷變形，對生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率帶來嚴重的影響，并影響了企業(yè)經(jīng)濟效益。本文主要結合這一實例對反應釜釜體變形分析與改進進行 了全面深入的總結與探討。

一 、反應釜總體結構與用途

1、反應釜通常都是由釜體、傳熱裝置、攪拌以及密封等部分組成。

1．1、釜體

在其運行的過程中釜體部分主要是物料進行化學、物理反應的空間，通常在制作的過程中都是有簡體與上下封頭共同組成，一般情況下， 釜體結構都是一個密封的形式，不過在企業(yè)運行的過程中也有時候采用敞開式，這種形式主要是以反應介質(zhì)來規(guī)定的。

1．2、傳熱裝置

傳熱裝置主要是釜體內(nèi)部或者外部設置一定的加熱或者制冷設備， 進而利用其進行傳熱、導熱工作，通常這個部位都是與釜體的外部夾套 或者內(nèi)部蛇管相連接。

1.3、攪拌裝置

為了能夠確保材料反映充分、均勻，一般在設置的過程中都是需要 設定一定的攪拌裝置，這也是保證混合材料均勻，彼此接觸良好的關鍵。 一般情況下，攪拌裝置通常都是由攪拌軸和攪拌器兩部分組成，其攪拌軸主要是隨著電動機的轉(zhuǎn)動來進行運轉(zhuǎn)，進而帶動攪拌軸對釜體內(nèi)部材 料進行攪拌。

1．4、由于攪拌軸是動的，而釜體封頭是靜的，所以在攪拌軸伸出之處必需進行密封(軸封)，軸封的作用是保持設備內(nèi)的壓力(或真空度)，防止反應物料逸出和雜質(zhì)滲入。軸封通常采用填料密封或機械密封。

二、反應釜改造前的CFI)分析

1計算模型及網(wǎng)格

本文利用Gambit軟件建立了反應釜三維計算模型，并劃分了61萬六 面體網(wǎng)格。離散方程的求解采用大型商用軟件FLUENT進行。反應釜爐膛 內(nèi)流動為充分發(fā)展的湍流，因此爐內(nèi)流動采用標準遠遠大于1．因此煙 氣與壁面的輻射換熱采用Pl模型計算，可以用較小的計算時間得到相對 可靠的結果。

本文主要分析爐膛內(nèi)煙氣與反應釜壁面的輻射及對流傳熱，對具體 燃燒機理不做深人研究，且計算網(wǎng)格比較多，因此燃燒模擬采用計算量 相對較小的PDF模型?？紤]到現(xiàn)場工業(yè)裝置的復雜性，CFD模擬的初衷就 是為工業(yè)設備提供一個定性結論，準確的定量計算目前還只能在一些簡 單的實驗模型上得到。因此本文根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗確定邊界條件數(shù)值，在所 有模擬計算中采用相同的邊界條件，將得到的結果進行對比，可以得到 一個定性的結論。

焦爐煤氣和空氣均為常溫，燃氣采用速度進口邊界條件，流量 20m3／h，計算得到燃氣噴孔速度79m／s?？諝鉃樽匀晃L，其入口采用 壓力入口，壓力為大氣壓(表壓0Pa)。出口采用壓力出口邊界條件，出口壓 力60Pa。爐膛及反應釜壁面滿足無滑移邊界條件，近壁處應用標準壁面 函數(shù)處理。爐膛壁面熱流量設定為一200w／m2，用于模擬散熱損失。爐膛內(nèi)壁面為耐火磚，發(fā)射率設定為0．85。目前的CFD技術還難以對反應 釜內(nèi)瀝青的攪拌及流動過程進行準確模擬，因此本文不模擬反應釜內(nèi)瀝青的流動及內(nèi)部傳熱瀝青與反應釜壁面的換熱主要是對流換熱，本文 通過給定釜內(nèi)瀝青的溫度(673K1及瀝青與反應釜表面的對流換熱系數(shù) (13000W ／(m27K))來模擬瀝青與反應釜之間的傳熱。

2 CFD結果與分析

為反應釜燃燒器所在截面上的溫度分布，可以看出由于燃燒器設計 不合理，空氣和煤氣混合情況不佳，燃燒火焰過長。由于空氣和煤氣到達 擋火墻時仍未完全混合燃燒，因此擋火墻不但未起到預期的作用，反而影響了煤氣的燃燒?；鹧娼?jīng)過兩道擋火墻后直接沖刷反應釜壁面，導致 燃燒室出口處的反應釜外表面出現(xiàn)局部高溫區(qū) 以上模擬結果與現(xiàn)場觀測結果是一致的：燃燒器結構及爐膛擋火墻設計不合理使得空氣與燃氣混合不好，火焰拉長，燃燒效率及溫度降低， 現(xiàn)場觀測的現(xiàn)象是燃燒室內(nèi)發(fā)紅且火焰偏軟無力；燃燒后的高溫煙氣出燃燒室后直接沖刷反應釜壁面，形成一個沖擊射流，沖擊射流的對流換 熱系數(shù)高，同時此處煙氣溫度也較高，因此導致此處的壁面溫度高。

三、反應釜改進方案

l、反應釜改進方案

根據(jù)CFD模擬計算結果，道擋火墻影響燃燒，因此改進方案中將道擋火墻拆除，增大燃燒室空問，使燃料充分燃燒后再經(jīng)過第二道 擋火墻進入爐膛與反應釜換熱。原燃燒器結構也不夠合理。為提高燃燒器調(diào)節(jié)范圍，將燃料分為一次煤氣和二次煤氣。低負荷時只打開一次煤氣，使煤氣在低負荷時也有足夠的噴射速度，保證與空氣的混合，高負荷時再打開二次燃料?？諝夥譃橹行娘L、一次風、二次風三股與燃料混臺，增大了煤氣和空氣的接觸面積，強化混合。同時燃燒器加裝調(diào)節(jié)風門，隨著煤氣流量變化調(diào)節(jié)供風量，保證良好的風燃比。

2、改進方案的模擬

為進行直接對比，對改進方案進行模擬時采用與改造前相同的邊界 條件。改進后中心截面的溫度分布，可見燃燒器改進后火焰縮短性增 強。相對火焰峰值溫度由1860K增加到2O5OK，說明燃燒狀況得到明顯改善。去掉一道擋火墻后，增大了燃燒空間，煤氣與空氣得以充分混合并燃 燒，煤氣在擋火墻前已經(jīng)燃燒完全。

四、結論

通過CFD方法對反應釜的燃燒和傳熱情況進行了模擬分析，結果顯示反應釜壁面在燃燒室出口處存在一個局部高溫區(qū)，與變形部位正好一 致，說明反應釜變形主要是由于局部很溫引起的。采用改善燃燒器結構， 拆除一道擋火墻，并在反應釜變形部位加上一層隔熱耐火材料的方法對反應釜進行了改造，CFD和實際運行結果均證明該改造方案是成功的。 CFD方法成本低、周期短，并且可以得到一些現(xiàn)場無法得到的數(shù)據(jù)，在工業(yè)爐燃燒與傳熱分析領域有很好的應用效果。