气态烃非催化部分氧化广泛应用于天然气、焦炉气、荒煤气的清洁高效转化,火管式废热锅炉是气态烃非催化转化过程的核心设备,工程中火管废锅经常出现超温和烧管等问题。为解决这些问题,本文提出了在高温合成气进入废热锅炉前对其进行喷雾冷却的炉前降温方案,并进行了过程分析与模拟研究。主要内容如下:(1)建立了高温气流下液滴蒸发模型,探究了液滴尺寸、液滴温度、液滴速度和环境温度对蒸发时间的影响,确定不同条件下液滴蒸发的时间,保证在有限的空间和时间内液滴能够完全蒸发,为后面管内喷雾冷却方案奠定基础。(2)基于工业装置运行参数,采用计算流体力学方法,对管内高温合成气喷雾激冷过程进行了系统性研究。通过冷态模拟得到管内流场分布,通过热态模拟得到管内温度场分布,对比不同喷嘴参数和冷却水流量下的流场分布和温度场分布,确定了解决问题的最佳方案。(3)建立火管式废热锅炉内管板冷却室流动传热模型,对比喷雾降温前后管板冷却室内管壁温度分布,说明喷雾激冷炉前降温方案具有明显降温效果。采用热应力分析方法,计算火管入口处管壁最大热应力分布,合成气降温后的管壁最大热应力满足校核标准,验证喷雾冷却方案的可行性,从源头上消除高温带来的安全隐患。