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高温裂解制乙烯是当今乙烯制造的主要工艺，急冷废热锅炉(TLE)是乙烯裂解单元的核心部件之一，进入急冷废锅后裂解气流动特性的好坏很大程度上影响着高温裂解气分布的均匀性、乙烯的收率、设备结焦行为，本文以10万吨/年SL-Ⅱ型乙烯裂解炉废热锅炉为对象，开展乙烯急冷废锅绝热段裂解气流动规律及结焦行为研究。主要研究内容及结论如下: (1)采用粒子图像测速系统(PIV)，以水为介质，实验研究了不同几何形状（正方形、圆形、椭圆形）及尺寸的分布杆对流体绕流的影响。研究结果表明:分布杆的绕流是非稳态的（扰流Re=1.6×104），分布杆形状对流动形态的影响显著，采用椭圆形截面分布杆较正方形截面可有效减小分布杆来流后方的低速区，且随分布杆椭圆度增大，低速区范围减小;正方形截面分布杆附近的涡量大于椭圆形截面分布杆，且随分布杆椭圆度的增加，涡量减小，气体分布不均匀度增大。 (2)基于急冷废锅进口段裂解气流动的数学模型，采用计算流体力学及大型冷模试验相结合的方法研究分布器结构参数对TLE分配器内绝热段高温裂解气流动特性的影响规律。随分布器分布杆椭圆度，杆径的增加，杆间距的减小，裂解气在各换热管内的分配不均匀性随之减小，但随相对高度的增加裂解气分配不均匀度则呈现出先减小后增大的规律;分配器空间裂解气的涡量随椭圆度和相对杆间距的增大而减小，随杆径和相对高度的增大而增大;裂解气在分配器内的湍流耗散率随分布器分布杆椭圆度，相对高度的减小，分布杆杆径的增加而随之增大，但随分布杆间的间距的减小湍流耗散率表现为先增大后减小的规律。气体分配器流动区域分三个部分，区域Ⅰ和区域Ⅲ对湍流耗散及涡量分布影响不大，而区域Ⅱ对湍流耗散及涡量影响较大，对裂解气的流动特性影响起决定作用。 (3)基于层次分析法(AHP)，构建了大型乙烯裂解装置废热锅炉气体分配器综合性能评价体系，首次提出无量纲化综合性能评价指标(G):G=0.4ωi/ω0+0.4εi/ε0+0.2STDi/STD0 据此优化获得了SL-Ⅱ型乙烯裂解炉废热锅炉进口分布器的结构参数，即分布杆直径D=25mm、椭圆度e=1.2、相对杆间距β=1.6、分布器相对高度δ=0.25。 (4)采用脉冲激励-响应方法，通过CFD瞬态模拟得到了裂解气在TLE进口段内的停留时间分布曲线，研究分析了分布杆结构参数对裂解气在TLE绝热段内停留时间和结焦行为的影响规律。研究结果表明:随分布杆椭圆度、分布杆相对间距的增大，分布器相对高度的减小，裂解气在TLE绝热段内的平均停留时间减小，但裂解气的平均停留时间随杆径的增大呈现出先减小后增大的规律。 (5)基于烃类在裂解炉和急冷废热锅炉内的裂解和结焦过程的Kumar与Kunzru反应动力学模型，得到了TLE的绝热段内高温裂解气结焦反应速率主要由物料浓度和裂解气温度决定的结论，绝热段内的结焦总量可以用下式来表示:Qc,t=1∫0qcdτ=1∫0kcC1.97τdτ=ΣkcC1.97iτi 裂解气在TLE绝热段内的总结焦量随分布杆椭圆度、分布杆间距和分布器相对高度的增大而降低，但随杆径的增大总结焦量表现为先增大后减小的规律。不同分布器结构参数时裂解气在TLE绝热段内的最大结焦量（总结焦量）不同，但达到最大结焦量所用的时间基本相同，大约为50ms左右。 (6)TLE绝热段高温裂解气平均停留时间是影响裂解气在TLE内总结焦量的关键因素，当裂解气在TLE内的平均停留时间有明显差别时，结焦量随平均停留时间的增大而增大。但平均停留时间并不是决定裂解气结焦量的唯一参数，当平均停留时间相差不大时，时间密度曲线的峰值和峰值时间成为影响结焦量的主要因素。对比分布杆结构参数对高温裂解气TLE进口段内停留时间和结焦行为的影响发现，椭圆度和杆相对间距对停留时间和结焦行为的影响作用最大;分布杆杆径对停留时间和结焦行为具有一定影响，停留时间和结焦行为受相对高度的变化的影响作用很小，可忽略不计。 本文研究成果已应用国内某石化公司乙烯急冷废热锅炉的改造工程中，取得良好的效果。