乙烯裂解炉是石油化工生产中的高能耗装置。提高裂解炉的综合热效率是减少乙烯能耗,降低乙烯生产成本的重要途径。改变和优化裂解炉管结构,使裂解炉内的传热效率,烯烃收率,减少结焦等重要指标综合提升,是乙烯装置亟待解决的问题。本文在各种炉管强化传热技术的基础上,发明了一种可应用于乙烯裂解炉中的新型内置螺旋片热交换管。采用数值模拟的方法,对该种热交换管的基本原理进行了深入研究。通过模拟计算,得出了流体在这种炉管内的流动传热性能。结果表明,该炉管具有较好的强化传热效果。探究了炉管内裂解反应的详细机理,建立了以石脑油为原料裂解生产乙烯的基元反应动力学模型和相应的热力学数据库。使用FLUENT对炉管内裂解基元反应过程与流动传热过程进行了耦合数值模拟,结果与工业生产结果相比,误差在合理范围内,证明了模型和方法的正确性。在光滑管的基础上,对内置螺旋片炉管的裂解反应过程进行了数值模拟。加入螺旋片后的裂解炉管有较好的强化传热与传质效果,结果显示,可提高乙烯收率2%以上,提高丙烯收率3%以上,证明了此炉管的实用性。应用β-PDF燃烧模型,DO辐射传播模型对乙烯裂解炉辐射段炉膛进行了数值模拟计算,得出了烟气流场、温度场以及主要组分含量分布情况。并研究了不同燃烧器喷嘴结构对炉膛内燃烧传热的影响。