火炬系统设计 – 分级多点火炬燃烧器简介

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火炬系统 (Flare System)是石油化工工业中用于安全处理和燃烧废气的关键设施;火炬系统主要用于在工厂工艺装置在因工艺紊乱或启动和关闭过程中出现装置过压情况,根据工艺控制条件要求,需要通过泄压阀释放的气体防止过压,以及处理非常规排放(如泄漏、净化、紧急事故排放);火炬系统通过各种管道和各种专业设备的配置置,用于收集泄压阀、排污阀、压力控制阀和手动通风口释放的碳氢化合物,并在远程安全位置通过燃烧方式低成本、安全、高效地处理泄放气体(液体)这些排放。IMG_258

一、概述 

火炬系统 (Flare System)是一套完整的工艺设施,通常包括火炬燃烧器、支撑结构、控制系统、以及可能的辅助设备;由于每个设施的设计要求和现场条件的差异,火炬系统通常需要定制设计;火炬燃烧器安装在火炬系统的末端,应是火炬系统设计中首先考虑的内容;相对于工艺燃烧器及锅炉燃烧器,火炬燃烧器在高水平的过量空气和非常大的调节比下运行(从最大紧急释放流量到吹扫流量);此外,火炬燃烧器必须在没有维护的情况下长时间运行,通常为三到五年;火炬燃烧器在整个火炬系统的配合下,需要实现减少黑烟排放、减少热辐射、减少噪音,低排放、更高效的燃烧,同时火炬燃烧器必须具备高安全性,包括防回火、确保可靠的点火系统和维持稳定的燃烧。文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/ideabank/wiki/22082.html

二、基本理念和要解决的问题

煤球原理:所谓的“煤球原理”假想了一个场景:假设一块大煤块被用来作为取暖的燃料,我们需要整个煤球整体都充分燃烧,如果整块大煤直接投入火炉,它将很难实现充分燃烧,因为煤球燃料的表面积(与空气接触面积)与煤球燃料同时充分燃烧所需的与空气接触面积相去甚远。面对这一状况可以通过将煤块破碎成更小的部分来改善燃烧,从而获得一个更佳的燃料/表面积比例,促进燃烧。显然,这里需要在破碎煤块所付出的努力(可以类比为设计制造成本)与提升燃烧效率(可视为实现无烟燃烧的能力)之间找到一个合理的平衡。简而言之,正如将大煤块打碎成小煤球能更易于引燃和完全燃烧,将火炬气体分为多个燃烧点同样旨在优化燃烧效率,减少不完全燃烧产生的烟尘,实现更为清洁和高效的燃烧过程。另外,在火炬气处理过程中,流量是不稳定的,我们通过上游的工艺设计可以把火炬气在最大流量下分成几个等级的流量值;也最好把火炬燃烧器进行分组,避免永远是用设计最大的燃烧器,处理很小的流量;文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/ideabank/wiki/22082.html

三、常用火炬多燃烧器

火炬气可能是不同的组分类型的,也需要我们把火炬分成不同的分级;文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/ideabank/wiki/22082.html

下面的火炬类型都是在此理念下,多个小直径燃烧器的使用通过将气体和空气分成更小的单元来改善混合,实现各工况的高效处理而设计的考虑;文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/ideabank/wiki/22082.html

1、高架分级多燃烧器

可以提供多级布置的多个高架单点火炬,以适应非常大的泄放能力,从而减少单个烟囱和相关燃烧器的尺寸,并减少低容量时的火焰前沿不稳定性和回燃;也用于处理不同火炬气介质的情况;文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/ideabank/wiki/22082.html

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2、高架多点音速火炬

音速多点火炬燃烧器(Supersonic Multi-point Flare Burner)是一种特殊设计的火炬燃烧器,它利用废气的高速流动来实现更高效的燃烧和减少污染物排放;音速多点火炬燃烧器设计为使废气以接近或超过音速的速度流动,这有助于提高废气与空气的混合效率,从而促进更完全的燃烧;与传统的单点火炬相比,多点火炬燃烧器具有多个燃烧点,这有助于更均匀地分布废气流,并提供更大的燃烧面积;多点高速的废气流实现无烟燃烧,而不需要额外的截止辅助;这种火炬燃烧器的设计旨在提高燃烧效率,减少火炬燃烧过程中的能源浪费。音速多点火炬燃烧器的设计和制造相对复杂,需要精确计算气体流动特性和燃烧动力学。虽然设计复杂,但音速多点火炬燃烧器通常需要较少的维护,因为它们的设计能够减少堵塞和磨损;文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/ideabank/wiki/22082.html

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3、高架多点蒸汽消烟火炬

与传统的单点蒸汽火炬相比,多点火炬将燃烧点分布在多个位置,这有助于更均匀地燃烧火炬废气,提高燃烧效率;为了减少或消除燃烧过程中产生的烟雾,火炬系统使用蒸汽作为辅助介质。蒸汽的注入增加了废气的动量和湍流,促进了更有效的燃烧;火炬系统可能包含分级控制,允许根据废气流量和组成的变化,调整燃烧强度和蒸汽注入量。通过优化燃烧器设计和蒸汽注入,高架多点蒸汽消烟火炬能够实现高效率的燃烧,减少蒸汽消耗,实现更强的无烟能力;文章源自云智设计-https://www.cidrg.com/ideabank/wiki/22082.html

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4、地面多点火炬燃烧器

地面多点火炬燃烧器,它具有多个燃烧点分布在地面附近;与传统的单点火炬相比,地面多点火炬燃烧器通过多个燃烧点来分散废气流,这有助于提高燃烧效率和减少污染物的排放;多点设计可以改善废气与空气的混合,从而促进更完全的燃烧,减少未燃烧的碳氢化合物和一氧化碳的排放;地面多点火炬燃烧器可以设计成适应不同的工况和废气流量,包括正常操作和紧急排放情况;多点火炬燃烧器的设计可以减少火焰回燃的风险,并提供更稳定的燃烧环境。地面多点火炬的分级设计和操作技术,用于提高火炬燃烧效率和控制火炬排放。分级通常涉及将火炬燃烧器分成多个阶段或组,每个阶段根据气体流量和组成的变化独立控制;通过在火炬系统中设置不同的燃烧器组,可以根据废气的流量和组成调整燃烧强度。火炬燃烧器被分为多个阶段,每个阶段可能包含不同数量的燃烧器。初级阶段通常设计为处理较小的气体流量,而后续阶段则用于处理更大的流量;在分级系统中,只有当气体流量达到一定阈值时,才会启动更高阶段的燃烧器。这样可以确保火炬系统只在必要时使用所需的燃烧器;为了减少日常运行成本消耗,我们通常不是为每个燃烧器都配置长明灯,地面多点火炬的每个燃烧器火炬头之间的确保相互引燃是燃烧器性能的关键设计点;由于燃烧器位于地面或易于接近的位置,因此便于检查、维护和更换;

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  • 版权声明 本文源自 燃烧器技术, 大V快跑 整理 发表于 2024年6月1日21:31:21
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匿名

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匿名网友
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