郭 韵， 张栩宁， 周仲伟， 陈 昊， 樊俊杰

（1.上海工程技术大学 机械与汽车工程学院，上海 201620；2.中国石化上海石油化工股份有限公司，上海 200540；3.上海理工大学 环境与建筑学院，上海 200093）

天然气具有高效清洁、储运方便的特点，是世界能源发展的重要方向之一。国际能源署IEA统计，天然气在世界能源结构中占比达23%，到2035年将超过煤炭使用量，成为第二大能源。我国2020年天然气在一次能源消费结构中的占比近10%，到2030年将提升到15%左右[1-2]。

天然气消费量的增长带来天然气工业的快速发展，天然气加热炉是天然气工业发展必不可少的设备[3]。在天然气输运、燃烧、以及液化天然气（liquefied natural gas，LNG）输配时的气化等，都需要对天然气进行加热。因此，设计制造高效节能的天然气加热炉是推进天然气工业发展的重中之重[4-5]。目前工程中应用的天然气加热炉有多种形式，如空气加热翅片加热炉，该炉的气化过程受环境温度和湿度的影响较大，无法作为调峰设备，比较适合用在气化量较小的场合[6]。浸没式燃烧加热炉，虽加热气化速率快，但需耗费大量电力为烟气加压，所以运行费用高[7]。蓄热式天然气加热炉有效利用了烟气余热，表现出高效节能的优点，但蓄热系统的增加使得加热炉在运行过程中存在安全隐患[8]。与蓄热式天然气加热炉工作原理相近但是安全系数更高的是内含中间载热介质的负荷型大筒体天然气加热炉。

大筒体天然气加热炉采用整体组装结构，加热炉内温度分布和介质流动主要由火管、烟管束、对流管束、燃料燃烧方式以及中间载热介质的特性决定，具有随机性、脉动性、复杂性等特点[9-10]，属大空间非稳态自然对流及介质参与性辐射耦合的复杂流动状态下的传热问题。……