废气地面火炬燃烧器的设计毕业设计.doc

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1、毕 业 设 计题目： 废气地面火炬燃烧器的设计学 生： 学 号： 200705050219 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 过程装备与控制工程 指导教师： 2011 年6月9日废气地面火炬燃烧器的设计摘 要本次设计首先介绍了火炬燃烧器的结构原理，比较了地面火炬燃烧器相对于高架火炬燃烧器的优势和使用状况，其次分析了国内外地面火炬燃烧器的应用情况并分析了优缺点，通过比较，实现了一种蒸汽引射预混式地面燃烧器，包括用于输送燃气、竖直设置的输气筒，所述输气筒的上端口插入设置在其上方的燃烧筒内，所述燃烧筒通过设置在其底部的支管与环管连通，环管与蒸汽进气管连通;位于燃烧筒的底部还设置有进风口。本实用新

2、型设计合理，结构简单，实现了燃气充分燃烧，有效减少了对相邻设备的热辐射，降低了设备工作噪音和燃烧形成的烟尘。本次设计描述了地面火炬的工艺流程，并对各部分的设备、作用以及运作方式进行了详细的分析。关键字：地面火炬 蒸汽引射 预混 The design of ground torch flareABSTRACTThis design firstly introduces the principle, the structure of the torch burner compared the relative to the ground torch burner advantage and ele

3、vated torch burner, secondly analyzes the use situation of the application of ground torch burner at home and abroad and analyzes the advantages and disadvantages, through comparing, realize a steam ejector pre-mixed type ground burner, including used to transport gas, vertical set to lose, wherein

4、the pump pump on port insert lost in its upper burning set, wherein in the cylinder combustion tube in the bottom by setting the tubes and HuanGuan connectivity, HuanGuan and steam intake pipe connected; Located at the bottom of the combustion tube is set have wind path. The utility model has the re

5、asonable design, simple structure, realized the gas burn adequately, effectively reduce the relative to adjacent equipment and reduce the equipment work noise and burning soot formation.KEY WORDS: ground flare, steam ejector, blends目 录摘要IIABSTRACTIII1 绪论111 引言112 地面火炬燃烧器机的研究现状2121 国外地面火炬的研究动态和水平2122

6、 国内地面火炬研究动态和水平313 本次课题的研究内容82 地面火炬燃烧器特点及与高架火炬燃烧器的比较92.1 高架火炬的结构特点92.2 地面火炬的结构特点103 新型地面火炬燃烧器的设计1431 火炬燃烧器的备选方案1432 新型地面火炬燃烧器的结构及工作原理174 火炬的设计204.1 火炬系统工艺流程设计204.1.1 设计原则204.1.2 工艺流程204.2 火炬系统工艺计算214.2.1 火炬系统的设计能力214.2.2 火炬总管直径214.2.3 火炬工艺计算245 火炬系统的设计265.1 火炬系统的应用范围和分类265.2 地面火炬系统的设计265.2.1 火炬系统的设计原

7、则265.2.2 安全阀和控制阀的排放系统管道265.2.3 火炬总管265.2.4 火炬气分离罐275.2.5 火炬气密封系统275.3 火炬系统的流程295.4 火炬燃烧器管道的排布30致谢32参考文献331 绪论11 引言火炬气是石油化工行业生产过程中产生的废气，属于易燃易爆有毒有害气体。由于火炬气危害很大，不能采用直接放空的方式，处理方式广泛采用的是高架火炬或者是地面火炬。高架火炬由于噪音大、热辐射强度大、光污染、点火困难、燃烧不充分使得二氧化碳和有害物质排放经常严重超标，对环境造成了严重影响，而近年来随着温室气体减排和二氧化碳国际交易进程的发展，需要将可燃气体在封闭式火炬中进行燃烧处

8、理，以满足高效燃烧、燃烧状态可监控的目的，因此地面火炬与高架火炬相比，更为先进、更为有效、更为安全。火炬系统是炼油厂和石油化工厂重要的安全设施和节能环保设施。一方面，火炬系统能安全、及时处理工艺装置在开停工时以及在停电、停水、停汽、火灾、设备故障和误操作等事故状态下无法利用的突然排放的大量可燃气体，达到防止生产装置发生超压破坏以及对安全泄放装置排放的可燃气体进行安全处理的目的；另一方面，火炬系统还能回收工艺装置在正常操作条件下产生的稍高于大气压的可燃气体，经压缩机升压后排放至全厂燃气管网，达到节能环保的目的。目前，可燃气体在集中排放前需要采取火炬尽情燃烧处理。火炬设备和方法被用于燃烧和处置各式

9、各样的应用场合中的可燃废气和分流燃料原料。一方面是避免直接排放到大气中可能造成的爆炸隐患，同时也为了减少燃气中有害物质的排放。而现有的燃烧处理大多采用火炬燃烧形式，而现有的火炬以高架敞开式为主，这种火炬由于燃烧不充分，二氧化碳和有害物质排放经常超标，对环境造成了严重影响。地面火炬装置能有效保证生产装置在开,停车状态,正常状态和事故状态等各种工况下产生的放空气体能够及时、安全、可靠的放空燃烧，并满足热辐射、有害气体排放达标等环保要求。无烟低噪音环保型地面火炬是一种新型的地面火炬系统，该地面火炬正逐步成为各个石化、炼油、乙烯、天然气企业进行火炬气体处理的首选，该地面火炬装置是一种极为有效的封闭式废

10、气焚烧系统，由多级燃烧器组成，使排放气的压力始终保持在最佳的范围内，保证其充分的燃烧，火炬的燃烧火焰完全封闭在燃烧室内，用于隔热的陶瓷纤维具有极好的吸音效果，使焚烧系统达到真正意义上的无烟、低热辐射、低噪音和完全燃烧，但现有技术的火炬燃烧器只能无烟燃烧小排量的火炬气，因此研发一种适用于大排放量的废气处理系统的高燃尽率环保型燃烧器对该类企业的稳定生产、安全、环保意义重大。12 地面火炬燃烧器机的研究现状121 国外地面火炬的研究动态和水平图1-1上世纪70年代初，国外就开始针对大排放量装置开发地面火炬系统，90年代针对大型石化生产装置和油气开采工程又开发出多种地面火炬排放系统，主要分为大排量多级

11、多燃烧器地面火炬排放系统和封闭式地面火炬排放系统，前者的代表是美国John Zink 公司和Callidus公司的地面火炬产品。全世界十几个大型乙烯项目、一些大型的炼油生产和天然气开采项目都采用了多级多燃烧器地面火炬，如1991年投用的Malaysia的MTBE装置火炬，排放量达到了1066吨时，位于委内瑞拉的火炬，最大排放量为810吨时。许多化工厂则采用了封闭式地面火炬，如在韩国某化工厂的火炬，其单筒地面火炬的最大排放量达到了100吨时。国外地面火炬制造商除了美国John Zink公司 和Callidus公司，还有ZEECO公司、ITAS石油化工部、美国flare公司和意大利塞米亚SAMIA

12、有限公司等。在国内做得比较多的是ITAS石化部，他是通过上海凯鸿环保工程有限公司来做的国内市场，在国内用的有广东LNG（液化天然气）接受站的高架火炬，大陆宁波ABS地面火炬和台塑石化ABS的地面火炬，都用得不错。图1-22007年，美国John Zink公司发明了一种部分预混合式火炬燃烧器，在此之前使用的地面火炬燃烧器包括多个扩散喷流，用于分配燃料并且吸入燃烧所需要的空气，但是只利用扩散喷流来分配燃料和横向夹带燃烧所需空气而产生的整体火焰包面中包括燃料的密集中央芯体，该燃料中央芯体保持不被触动，直至火焰包面的外部开始燃烧掉，空气可以进入火焰包面的内部限定区域，以完成氧化过程，遗憾的是很难使中央

13、芯体在不引起火焰长度增加或冒烟的情况下增加燃料的流率以支持更大的火焰。John Zink公司发明的部分预混合方法允许随着燃料被火焰燃烧在相同的火焰包面内引起两个火焰区，外火焰区典型的与之前所使用的燃烧器即只使用扩散混合的类型中所观测到的普通火焰区一致，外层的气体被击碎以暴露相继层的气体以实现重复的扩散和后续燃烧，第二火焰区由燃烧器的预混合区产生，预混合区将可燃烧混合物传输到主火焰包面内部，这一燃烧流动场用于在火焰芯部产生明显的紊流条件，火焰随着传输至火焰芯部的空气的含量增多而变短，过量的空气被剩余浮烟使用，可整体降低火焰包面的高度，从而降低燃烧室和防辐射消音屏的高度，最终降低地面火炬装置的成本

14、。122 国内地面火炬研究动态和水平目前国内地面火炬成套设备生产厂家有：(1).沈阳黎明机械设备加工厂实用新型名称：空地点火蒸汽消烟火炬燃烧器申请号：98236888.7 申请日：1998.03.12专利权人：沈阳市黎明波纹管补偿器制造厂。共同专利权人：沈阳市黎明机械设备加工厂。设计人：任大伟，马成立，费志刚，陈承智。图1-3本实用新型的目的：提出一种采用梅花形蒸汽喷嘴消烟，稳定燃烧，既能做地面点火，又能空中点火并且点火可靠的火炬燃烧器，具有结构新颖、性能安全可靠、工作寿命长、通用性强，可靠点火、消烟更彻底，是比较理想的火炬头更新产品，它是对当时高架火炬的一种改进。本实用新型燃烧器包括：筒体、

15、中心蒸汽管，梅花形蒸汽喷嘴、蒸汽立管、环绕筒体的蒸汽环管、筒体头部燃气出口内侧边缘的稳火装置、位于筒体头部内壁上的龟甲网耐火衬里、挡板式射流密封器、带挡板式射流密封器的酸性气体管、环形风挡、空地点火引火装置。其中空地点火引火装置由长明灯罩、长明灯保护罩、引火罩、引火管、长明灯地面引火管和半导体高能电嘴组成。优点：（a）采用至少一个带空地点火引火装置的长明灯，保证地面及空中均可以点火，可燃气随来随烧，保证常年不熄火，高能电嘴远离火炬头出口处，避免了高温腐蚀、烧损等隐患。（b）梅花形蒸汽喷嘴带入空气形成蒸汽空气混合气体进入火焰心部，起到消烟、稳定燃烧的作用。（c）带孔的环形风挡，减少了高空多变风向

16、的干扰（d）射流密封器，有效的防止回火逆燃，保障设备安全运行。（e）梅花形蒸汽喷嘴、稳火装置、长明灯罩、引火罩等高温零件，烧结高温陶瓷，以及筒体头部内壁的耐火衬里，大大增强了耐高温、耐腐蚀的性能，从而延长了火炬燃烧器的使用寿命，减少了火炬头检修的工作量。缺点：（a）由于在燃烧器的顶端有废气燃烧而产生的烟气，该烟气中含有大量的燃烧产物二氧化碳，水蒸汽在卷入空气的同时，将二氧化碳也卷入燃烧区域，因此，该装置引射空气的能力有限，消烟效果不理想，最大消烟能力不够，通常此类火炬燃烧器只能在火炬气的最大负荷的30%范围内消除黑烟；（b）由水蒸汽喷射引起的噪音是水蒸汽助燃型火炬燃烧器最主要的噪音来源，它比火

17、炬气放空、湍流燃烧等产生的噪音大很多，在火炬燃烧器地面处的噪音一般都在90分贝以上，由于该燃烧器的水蒸汽环管和喷嘴布置在顶部的高温区域，不能采取有效的消音措施来消除水蒸汽喷射产生的巨大噪音；（c）水蒸汽环管和喷嘴布置在火炬燃烧器顶部的高温区域，其自身使用寿命不够长，另外，由于顶部水蒸汽的注入，高压水蒸汽通过喷嘴临界出流后需要继续膨胀，对火炬气火焰起到压制作用，使火炬燃烧器长期处于高温区域，会缩短火炬燃烧器的使用寿命。（1）上海中船重工集团公司711研究所目前做地面火炬做的最多的厂家，上海赛科地面火炬就是美国John Zink公司和它合作开发的，711所负责设备材料供货和调试，而John Zin

18、k负责技术，这是我国首次在大型石化装置中引进大型地面火炬的设计方案。在这套设备中所选用的地面燃烧器是梅花形多孔结构，结构简单，但引射空气的量很有限，很难达到充分燃烧，且火焰在燃烧器上方扩散燃烧，温度很高，燃烧器顶部燃烧损坏严重。后来，为了消烟，并使燃烧更为充分，在燃烧器的喷嘴上增设了水蒸汽环管，但扩散燃烧使得燃烧器顶部及其周围的水蒸汽环管及喷嘴燃烧损坏严重。 图1-4 图1-5实用新型名称：蒸汽助燃型火炬燃烧器 申请号：200620048088.5 申请日：2006.11.23 专利权人：中国船舶重工集团公司第711研究所发明人：张世程 朱国庆 刘世俊 奚文杰 刘柏镛 陈斌本实用新型的目的：提

19、供一种能够提高消烟能力的，便于采用消音措施的并且易于延长其寿命的蒸汽助燃型火炬燃烧器。本实用新型蒸汽助燃型火炬燃烧器包括筒体、引射水蒸汽至筒体中心处的中心引射管、环绕筒体的水蒸汽环管以及与所述水蒸汽环管套合的喷嘴、蒸汽空气引射管。优点：图1-6 （a）将顶部引射水蒸汽改为了底部引射水蒸汽，高速出流的水蒸汽通过喷嘴后可引射十倍量的空气参与废气的燃烧，使燃烧更为充分；蒸汽空气引射管有利于水蒸汽和空气的均匀混合，能提高燃烧器的消烟能力；水煤气反应是吸热反应，水蒸汽和空气的混合物通过引射管进入火焰高温区域，有利于反应向正方向进行，促进水蒸汽的分解，提高水蒸汽的利用率，从而提高燃烧器的消烟能力。（b）由

20、水蒸汽喷射引起的噪音是水蒸汽助燃火炬燃烧器最主要的噪音来源，比火炬气放空、湍流燃烧等产生的噪音大很多，将顶部引射蒸汽改为底部引射蒸汽，使蒸汽环管和喷嘴都设置在远离燃烧器顶部得高温区域，可以在其外围设置消音器来消除水蒸汽喷射所产生的巨大噪音，采用盘式消音器，使地面处的噪音低于了70分贝。（c）水蒸汽环管和喷嘴都设置在远离火炬燃烧器顶部的高温区域，有利于延长这些部件的使用寿命，另外，在燃烧器顶端的废气排出口，蒸汽空气引射管分层次的几何均匀的布满整个排出口，将火炬气流道分割成很多小块，均匀混合后的水蒸汽和空气被蒸汽空气引射管从燃烧器的下部送至顶部的高温区域，不仅能托高火焰，缩短火焰长度，还能增强火焰

21、的刚度，防止外界空气冲进火炬燃烧器内部形成可燃性混合气体，阻止内部燃烧现象的产生，稳定火焰，延长火炬燃烧器的使用寿命。（d）增加的蒸汽引射部件能同时保证大排量小排量废气的消烟能力。缺点：仅仅实现了水蒸汽与空气的均匀混合，在火炬气正常排放时，引射的水蒸汽可能熄灭火炬，并且增加的蒸汽引射部件不仅使燃烧器结构复杂，还使其造价提高，经济性变差。(3)上海凯鸿环保工程有限公司实用新型名称：一种蒸汽助燃型火炬燃烧器申请号：200920207851.8 申请日：2009.08.13专利权人：上海凯鸿环保工程有限公司发明人：李静如本实用新型的目的：提供一种低噪音、高燃尽率的火炬燃烧器，彻底解决以往燃烧器排放量

22、不稳定带来的消烟不稳定的难题，使其达到彻底的无烟燃烧的效果。本实用新型燃烧器包括：筒体、环绕筒体的水蒸汽环管、筒体内部所设有的若干水蒸汽引射管，且所述水蒸汽引射管上还设有消音器，稳火环，火炬头内部设置有回火及焖烧检测及联锁控制装置。图1-7 特点：（a）本实用新型燃烧器采用310SS材质，耐高温，且采用内、中、外环三路蒸汽消烟技术，包括：位于燃烧器圆柱形筒体下端的蒸汽主管、位于蒸汽主管上端的蒸汽环管和深入到燃烧器筒体内部的蒸汽引射管。所述的三路蒸汽消烟技术彻底解决了火炬头排放量不稳定带来的消烟不稳定的难题，使其达到彻底的无烟燃烧的效果；（b）消音器位于内、中、外环三路蒸汽引射管的中路蒸汽引射管

23、上，并设置在该引射管的低端并引射空气进入的位置处，采用消音棉作为消音介质，设置的消音器极大的降低了水蒸汽喷射噪音，大大提高了火炬燃烧器的环保性能；（c）火炬燃烧器外部设有围成环状的成流线型的与筒体几何形状相配合的导流板，且所述导流板与筒体之间设有一定的距离，导流板之间设有缝隙，且导流板的缝隙处的上下两端分别设置有导引流体向上下两端流向的倾角，设置的这种助燃导流板将高空横向流动的大量空气由横向力转为竖直向上，使空气源源不断的导向燃烧着的火炬区域上方，提高了火焰的刚度，使火炬无烟排放量在常规技术上大大提升；（d）火炬燃烧器燃烧处设置有提高火焰刚度的稳火环；（e）火炬燃烧器内部设置有防止回火及焖烧发

24、生的回火及焖烧检测及联锁控制装置，进一步增加了本实用新型燃烧器的自动化程度，大大提高了其安全性能。(4)上海华力燃烧设备有限公司实用新型名称：一种环保型尾气排放地面焚烧装置图1-8申请号：02265117.9 申请日：2002.06.28专利权人：张世程设计人：张世程 朱国庆 刘世俊 沃开宇本实用新型的目的：提供一种无烟、低噪音、第热辐射、安全以及环保型尾气排放焚烧装置。本实用新型包括燃烧室本体、若干根用于支撑燃烧室本体的燃烧室支柱、地面燃烧器、环设在燃烧室本体外的防辐射消音屏、至少一个长明灯点火装置以及与若干个地面燃烧器分别管路相连的燃烧室分级燃烧控制系统。所述的分级燃烧控制系统包括一集气总

25、管，与该集气总管相连的N级燃烧器支管，其中第一级燃烧器支管的管道上设有阻火器，其余N-1级燃烧器支管的管道上设有压力控制阀，并且在其两端并联一个设有防爆膜的旁路管道。所述的长明灯点火装置设置在第一级燃烧器支管连接的地面燃烧器上，且点火装置上设有自动点火装置。优点：(a)地面燃烧器采用梅花形多孔结构，可将大股的火炬气分成许多小股，以利于空气混合，增加与空气的接触面积，达到无烟燃烧，空气与排放气的混合主要是依靠排放气自身压力和特殊设计的燃烧器来完成。为确保燃烧室完全无烟燃烧，地面燃烧器还配设有蒸汽消烟喷嘴，即火炬气大排量燃烧时，可通过蒸汽喷嘴向高温燃烧区域喷入一定量的蒸汽，这使蒸汽与燃烧时可能产生

26、的碳黑发生水煤气反应，从而消除碳黑，保证无烟燃烧。(b)分级燃烧控制系统是为适应不同工况和排放尾气流量变化的要求。排放量较小时，第一级燃烧系统投入使用，管路为常开，当排放气量增大或事故排放时，第二级以后的各级燃烧系统管路上的压力控制阀相继打开，各燃烧器分别投入工作，压力控制阀的启闭信号来自于集气总管的压力信号。采用分级燃烧控制系统，可提高地面燃烧室对排放量变化的适应性，不必在每台燃烧器旁设置长明灯，只需要在第一级燃烧器旁设置长明灯即可。(c)长明灯点火装置采用引射技术，为高效节能型长明灯，每台长明灯的耗气量2.0Nm/h(当采用LPG时，其耗气量为1.2Nm/h)，并可保证在恶劣条件下能够可靠

27、点火，其火焰可抵御50m/s大风及暴风雨雪，且点火装置还配设自动点火装置，在长明灯由于外界因素熄灭时，可自动将长明灯重新点燃，以确保燃烧室点火可靠。缺点：(d)噪音大：水蒸汽喷射所产生的噪音一般在90分贝以上，而本实用新型燃烧器的水蒸汽环管和喷嘴都设置在顶端的高温区域，不能采取有效的消音措施来消除水蒸汽发的喷射噪音。(e)由于顶部水蒸汽的注入，高压水蒸汽通过喷嘴临界出流后需要继续膨胀，对火炬气火焰起到压制作用，使火炬燃烧器长期处于高温区域，会缩短火炬燃烧器的使用寿命。(5)陕西金黎明石化工程有限公司实用新型名称：蒸汽引射预混式地面燃烧器申请号：200820028001.7 申请日：2008.0

28、1.02专利权人：陕西金黎明石化工程有限公司设计人：陆建本实用新型的目的：提供一种设计合理、结构简单、能够实现充分燃烧、减少对相邻设备的热辐射、低噪音、低空气污染的蒸汽引射预混式地面燃烧器。图1-9技术方案：一种蒸汽引射预混内燃式地面燃烧器包括竖直设置的用于输送燃气的输气筒，其特征在于：所述输气筒的上端口插入设置在燃烧筒内，所述燃烧筒通过设置在其底部的支管与环管连通，而环管与蒸汽进气管连通，位于燃烧器底部还设有进风口。优点：（a）采用内部燃烧的方式，有效减少了对相邻设备的热辐射（b）燃烧筒底部进气，降低了工作噪音（c）引射大量的空气助燃和蒸汽消烟，使得充分燃烧，消除了污染。缺点：没有设置消音器

29、；内部燃烧对筒体的耐高温性要求极高。此外，还有江苏中圣高科技产业有限公司、山西亚乐士环保技术股份有限公司（2010.01.19与专注于石油石化领域的美国Flare火炬公司成为了合作伙伴，是把该公司的产品和技术引进，并未有独立的有关于地面火炬的研发）、上海同济高科技发展有限公司及洛阳华智石化工程公司等也是国内比较出色的地面火炬成套设备制造厂商，但他们基本上都是模仿国外的技术和产品进行生产，基本上没有掌握核心技术，所以生产出来的产品并不能实现真正的无烟低噪音燃烧。13课题的研究内容（a）了解地面火炬各主要装置的特点及用途、优化其工艺流程并了解控制系统的主要控制回路，提高其自动化控制能力。（b）主要

30、研究和设计新型地面火炬燃烧器，提高其燃烧能力和燃烧效率。 （c）画出所设计的新型燃烧器的三维图、装配图、零件图。画出地面火炬的总装配图以及管路布置图，完成5张图纸和1.5万字以上的设计说明书，翻译外文资料一篇（不少于3000字） （d）新型燃烧器的计算基础数据如下：地面火炬设计排放量：50t/h，单个燃烧器的处理能力：1t/h，火炬气的流量：36000N/h，排气压力：0.0130.062Mpa，平均相对分子质量：50，温度：50，火炬气低热值： KJ/Kg，绝热指数：1，热辐射因子：0.3，最大允许热辐射强度：6.3KW/，燃烧器预混室的长度：80cm，内径：40cm,燃料气：12N/h（最

31、大），点火器成功率：99%以上，(火炬气低热值与流量用于火焰长度的选取) ，以以上参数计算火焰高度，从而确定圆柱体的高度。2 地面火炬燃烧器特点及与高架火炬燃烧器的比较2.1高架火炬高架火炬是火炬燃烧系统中应用最广泛的火炬燃烧器，高架火炬于上世纪90年代开始应用于废气燃烧系统，它燃气量大，压力高，很大程度上满足了当年对于石油化工企业排气含量的要求，但是随着火炬系统的广泛应用，它的缺点已经越来越明显，具体有以下几方面:（1）燃烧不完全燃烧时冒烟：火炬无法保证将大量的废气瞬间完全燃烧而形成黑烟，特别是在事故排放时更加严重，对环境大气产生严重污染；高架火炬的消烟措施，如注入蒸汽、强制鼓风，仅能满足部

32、分火炬气处理的需要（如要满足全负荷处理的需要，会导致公用系统及为庞大，投资浪费），无法保证大量火炬气在瞬间内完全燃烧，从而形成黑烟，尤其是在事故紧急排放时情况更加严重，对环境产生严重的污染。（2）火焰光污染高架火炬在事故放空时产生的巨大火焰，有时还会夹杂滚滚浓烟，会使人产生极大的恐慌感，尤其对附近的居民有很大的影响。（3）火炬点火困难火炬头点火器处于百十米的高空，容易被风吹熄，其燃烧稳定性相对较差，对高架火炬的安全放空有很大的影响。（4）处理负荷范围小高架火炬比较适合某一特定的工况，不能适应较大的负荷范围。在正常排放量时高架火炬可满足处理的要求，但在处理小排量废气时，高架火炬无法保证其能够正常

33、燃烧，完全分解。（5）较高的运行费用高架火炬在正常运行时，为保证废气的正常燃烧和完全分解，常常使用注入蒸汽或强制鼓风等手段，需要消耗大量的蒸汽或电力，运行费用较高。（6）维护困难高架火炬高处的火炬头及长明灯给维护带来极大的不便。（7）占地面积大根据国家有关规范，高架火炬防火间距必须大于90米。由此可见，采用高架火炬方式对火炬气进行处理存在着诸多缺点，它们不但对环境大气造成污染，同时存在诸多安全隐患。正是由于高架火炬具有上述缺点，因此高架火炬一般建在离厂区较远而且人口稀少的地方，尤其不适于建造在人口密集、环境质量要求高的场合。2.2 地面火炬的结构特点火炬系统作为在炼油或石油化工装置中安全、有效

34、地排放释放出的气体或液体的设施，是事故泄放系统必不可少的一部分。随着技术进步，火炬系统也有了很大的变化，从原先只有高架火炬到现地面、高架火炬共同发展。其中地面火炬由于占地少，维护方便，安全、环保性较好，在国外已得到广泛运用，但目前在国内使用较少。因此，目前火炬按照不同的分类方式有不同的类型，按燃烧器是否远离地面可分为地面火炬和高架火炬，按火炬燃烧器的形式可分为单点燃烧火炬和多燃烧器火炬。地面火炬通常指封闭火炬，但也包括地面多燃烧器火炬，主要是根据事故泄放的量来选择。前者主要用于泄放量较小的化工厂，后者主要用于泄放量大的乙烯和天然气项目。地面火炬组成部件除有一般火炬所有的燃烧器、引火器及其点燃器

35、和火焰探测器、浮性或速度密封、气液分离罐、易燃易爆气体探测器、液封、管道、烟尘消除控制系统、辐射防护设备外，还有封闭体和燃气岐管。地面火炬装置能有效保证生产装置在开,停车状态,正常状态和事故状态等各种工况下产生的放空气体能够及时、安全、可靠的放空燃烧，并满足热辐射、有害气体排放达标等环保要求。地面火炬做为一种极为有效的封闭式废气焚烧系统，具有以下特点：(a)火炬向四周扩散的热辐射较小，封闭体外的热辐射值能低于16kWm2，可以减少防护区的面积。(b)检修方便，除封闭体较高外，其余的设施均在地面上。(c)最大限度地减少了对周围环境的空气污染、光污染和噪声污染，提高了火炬操作的安全性。(d)占地面

36、积少，地面火炬由于燃烧发生在地面，不会发生火雨，主要依据辐射热计算确定防火间距。火炬气的燃烧是在圆柱形地面燃烧炉的本体内完成。燃烧过程完全封闭，外界看不见火光，没有光污染，低热辐射。圆柱形地面燃烧炉的外壳用碳钢制成，内衬有轻质耐火耐高温陶瓷纤维毯。陶瓷纤维的耐火度大于1790，可持续使用在1200的环境中，不受下雨或筒体内部温度急速变化的影响，同时具有良好的吸音降噪特性。在防风墙内铺设鹅卵石，增加地面管道抗热辐射的能力。圆柱形地面燃烧炉内设有一定数量的、特殊结构的地面燃烧器。地面燃烧器采用梅花形多孔结构，可将大股火炬气分成许多小股，以利其和空气的混合，增加和空气的接触面积，达到无烟燃烧。空气与

37、火炬气的混合主要是依靠火炬气自身的压力和特殊设计的燃烧器来完成。圆柱形地面燃烧炉外围设有防风墙，可防止炉体底部侧风对地面燃烧过程的影响。防风墙为钢筋混凝土结构，墙内衬有轻质耐火耐高温陶瓷纤维毯，可最大限度地降噪和防止热辐射外漏，同地又可有效阻止操作人员进入地面火炬的高温区域。圆柱形地面燃烧炉内设有若干长明灯，长明灯保持常燃，以便任何时刻有火炬气排放都能及时点燃，以确保系统的绝对安全。长明灯配设自动点火装置，即当长明灯由于外界因素熄灭时，可自动将长明灯重新点燃，以确保地面火炬点火的可靠性。为适应不同工况和火炬气流量变化的要求，地面火炬设施采用分级燃烧、自动分级控制。即根据排放量大小、事故排放等不

38、同情况将地面燃烧器分成若干组而形成多级燃烧系统。每级燃烧系统通过火炬气的压力来控制，利用紧闭切断蝶阀的开关来达到分级燃烧的目的，通过使用防爆膜旁路以确保安全。在多级燃烧系统中，只有第一级燃烧系统常开，当火炬气压力足够大从而可以保证地面燃烧器的热负荷，获得很好的消烟效果时后续几级地面燃烧器才会自动逐级打开，以适应不同的排放流量。从生产装置排出的火炬气进入地面火炬设施的集气总管后首先通过第一级燃烧器喷出并被长明灯的火焰引燃。如果火炬气量较大，第二级燃烧系统及以后各级燃烧系统上的压力控制阀会分别开启并参与燃烧。由于火炬气的燃烧火焰及燃烧区域均封闭在圆柱形地面燃烧炉和防风墙内，从而避免燃烧时的火焰外泄

39、。因此从防风墙外看不见火光，感觉不到热辐射。此外，防风墙和圆柱形地面燃烧炉内壁均衬有轻质耐火耐高温陶瓷纤维毯，该材料本身具有良好的吸音降噪特性，因此火炬气的燃烧过程看成是在一个性能良好的消音器内进行，运行噪音非常低。由此可见，地面火炬设施具有下列技术特点：（a）自动分级燃烧控制，具有良好的流量适应性；（b）分级控制，并设爆破片旁路以确保排放安全；（c）燃烧安全，无回火；（d）全流量范围内的无烟燃烧；（e）无光污染、无热辐射及低噪音；（f）运行费用低；（g）优良的维护性；总的来说：（a）从投资上考虑：地面火炬大于高架火炬。（b）从处理气量考虑：高架火炬适于处理大气量的火炬气，地面火炬适于处理小气

40、量的火炬气。（c）从处理气量压力考虑：高架火炬适于处理压力较高的火炬气，地面火炬处理压力较低的火炬气。（d）从光污染、噪音、热辐射考虑：地面火炬的这三点小于高架火炬。（e）从安全角度考虑：地面火炬要设计安全可靠，保证放空气能被及时燃烧，高架火炬也要保证安全系数。地面火炬系统设备：地面火炬为圆柱形封闭式结构。由燃烧室本体、燃烧室支柱、地面燃烧器及燃烧室防风消音墙所组成；同时地面火炬配设长明灯及其点火系统；由于地面火炬采用封闭式结构，具有很多优点；排放气燃烧时的火焰完全封闭，看不见火光，无光污染，没有热辐射，操作时无烟、低噪音，无需蒸汽和强制通风就可实现无烟燃烧；（1）地面火炬燃烧室内本体排放气的

41、燃烧完全在一个圆柱形的燃烧室内完成的，火焰完全封闭，外界看不见火光，没有光污染，很低的热辐射。焚烧炉燃烧室炉膛内径为8600mm，总高度为30米。燃烧室外壳用碳钢制成，内衬有轻质耐火耐高温陶瓷纤维毯。陶瓷纤维的耐火度大于1790，可持续使用在1200的环境中，不受下雨或燃烧室温度急速变化的影响，同时还具有良好的吸音降噪特性；9 v2 G3 m5 _9 u# f在地面燃烧室底部铺设有小卵石，以增加地面抗热辐射能力并有效抵消噪音。9 l! Z; F: s% S. * 3 F/ T6 x, c（2）地面燃烧器地面火炬炉内设有55台特殊结构的地面燃烧器。地面燃烧器采用梅花形多孔结构，可将大股的火炬排放

42、气分成许多小股，以利于空气混合，增加与空气接触面积，达到无烟燃烧。空气与排放气的混合主要是依靠排放气自身的压力和特殊设计的燃烧器来完成；梅花形多孔燃烧器在燃烧室内呈几何均匀布置，以充分利用空气。燃烧器由1Cr18Nii9Ti材料制成，以保证其较长的寿命；为适应不同排放工况，地面火炬系统实现分级燃烧：第一级燃烧系统设置12台燃烧器处理正常工况下排放气；第二级燃烧系统设置43台燃烧器处理大量排放。/ Bs9 X. / P, _( b, _（3）防风消音墙2燃烧室外围设有一个内径为13000mm，高度为6.5米的防风消音墙，可防止燃烧室底部侧风对地面燃烧器燃烧过程的影响。防风消音墙壁采用钢筋混凝土制

43、成，墙内壁衬有轻质陶瓷纤维吸音耐热材料，可最大限度地降噪和防止热辐射外漏，同时又可有效阻止操作人员进入地面燃烧塔高温区域；! N. V6 Q. r4 p2 po! Z+ B 在防风消音墙底部设有排水孔，以防护底部积水；X g& b: V- E kD. 长明灯及其电点火系统. W( D$ g6 D. fa) 长明灯* M& m! L- A, E/ P9 d9 y M5 W! 地面火炬燃烧室内设有6只长明灯，6只长明灯保持常燃，以便任何时刻有排放气排放都能及时点燃，确保系统的绝对安全；长明灯采用了引射技术，为高郊节能型长明灯，每台长明灯的耗气2Nm3/h（当采用LPG时，其耗气量为1.2 Nm3/

44、h），并可保证在恶劣环境下能够可靠点火，其火焰可抵御50m/s大风及暴风雨雪；- Z* t- E3 H2 f9 ?$ m长明灯火焰检测采用铠装热电偶，热电偶信号送入内传焰点火器控制盘作为长明灯点火现场指示报警，同时给出远程报警信号；0（4）内传焰点火器长明灯点火采用内传焰点火方式，在界区内设置一台防爆型内传焰点火器D9001。点火器由高能点火器、控制面板及自力式调压阀、压力表以及相关阀组等组成。高能点火器属电容储能放电系统，具有能量大、设备体积小、操作简单方便、使用安全可靠等特点；半导体电嘴采用半导体表面放面烧蚀结构，具有起始发火电压低，火花能量大，自净能力强、耐电蚀、抗污染、抗结焦、抗水及使

45、用寿命长等特点，半导体电嘴采用耐高温镍基合金（GH3030）材料制成；.内传焰点火器采用现场手动操作或中控室遥操。初次点火时，需在现场手动操作点火。其点火控制盘利用长明灯热电偶信号对长明灯燃烧状态进行判断，热电偶信号同时远传至中控室。当长明灯温度低于设定值时，就认为长明灯熄灭，操作人员去现场通过点火器重新点燃长明灯；（a）自动点火火炬气排放管道上设有压力变送器。当有放空气体通过时，压力变送器将信号送现场火炬自动点0 N2 & J- |; M9 , n火控制柜，此时点火系统工作，自动点燃高空点火器，由高空点火器点燃长明灯和火炬。火焰遥测器或火炬头上的热电偶检测到火炬的火焰后，高空点火器停止点火。

46、对于总火炬和开工火炬，在自动点火系统正常工作的前提下，不使用长明灯。当火炬燃烧正常后，熄灭长明灯。4 B$ o. Q! J$ G.（b）手动点火/在自动点火系统不正常的前提下，采用高空点火或地面密闭爆燃点火系统点燃常明灯，2 K4 F3 P& Y f6 M# N- P! o0 H9 N由长明灯点燃火炬，常明灯地面点火阀门采用两位切断阀，在DCS上可实现手动点火，去长明灯的燃料气阀门也采用两位切断阀。火焰遥测器或火炬头上的热电偶检测到火炬的火焰后，长明灯熄灭。+（c）火焰监测&设两台火焰监测器用来监测火炬的燃烧状况。每支长明灯设一个热电偶用来检测长明灯的燃烧状况。* T: K( S7 , u0

47、b2 H与DCS的联系( o7 o( 2 H! r# c. A W: i8 p控制室手动点火（分别点开工火炬、总火炬）；火焰遥测器、热电偶信号送DCS。3 新型地面火炬燃烧器的设计31火炬燃烧器方案的分析和确定311方案分析从实用工程角度，综合国内国外最新专利和地面燃烧器的使用情况，现在运用较多的地面火炬燃烧器主要有树杈式音速燃烧器、部分预混合式火炬燃烧器、和蒸汽助燃型火炬燃烧器。（1）树杈式火炬燃烧器图3-1 树杈式火炬燃烧器树杈式音速燃烧器，一种由中心筒体、常明灯组成的火炬燃烧器,适用于石油、石化、化工、冶金企业排放压力较高的火炬排放系统。其特点在于将密封置于中心筒体下部的筒内,中心梅花喷嘴置于中心筒体的顶部,悬臂自中心筒体引出数根,每个悬臂上部设置单筒燃烧器,单筒燃烧器上置有火焰稳定器,中心梅花喷嘴贴近用于点火的常明灯。树杈式音速燃烧器的优点是出口流速高、无烟燃烧效