CN102374547A - 混合火炬装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种操作火炬总成的方法。如果确定将主蒸汽喷射到燃烧区域是实现无烟操作所必需的，主蒸汽通过蒸汽喷射器组件喷射到燃烧区域中。如果确定蒸汽不是必需的，替代气体通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中。在一个实施例中，所述替代气体被加热。在另一个实施例中，如果确定蒸汽是必需的，计算蒸汽的最大可允许流速，并且调节蒸汽的流速以实现无烟操作和避免蒸汽的流速超过蒸汽的最大可允许流速。本发明还提供了一种火炬总成。

Description

混合火炬装置和方法

技术领域

废气火炬总成常常位于生产设施、精炼厂、石油加工厂等(统称为“设施”)中以处理由于通风要求、停产、翻倒和/或紧急状况所释放的易燃气流。这种火炬总成通常需要适应废气成分在宽范围上变化且以非常大的极限调节比操作(从最大应急流速到吹扫流速)的废气，并且不需维修地延长时间周期。

背景技术

典型的单点火炬总成包括从地面向上可延伸几英尺到几百英尺的火炬竖管(flare riser)，和安装在燃烧竖管(例如，在竖直火炬中，在顶部)上的火炬头。所述火炬头通常包括一个或多个用于点燃排出气的点火器。根据特殊的火炬头设计和可获得的气压，一些火炬包括例如蒸汽喷射器或鼓风机的抑烟设备。

废气能够在设施运行期间的任意时间释放。因此，能够在废气流动的整个周期中立即起燃的集成点燃系统是关键。集成点燃系统包括至少一个点火器，至少一个点火器发火机构和至少一个点火器火焰监视器。引燃气体必须通常总是供给到火炬点火器。

由于各种工艺和/或管理的考虑，有时将多种其它气体添加到释放的废气流中。有时添加到释放的废气流中的其他气体的实例包括吹扫气(例如，天燃气或氮气)和富集燃料气体的气体(例如，天燃气或丙烷)。到达火炬头入口的气流称为“排出气”，无论它仅包括释放的废气或释放的废气连同添加到释放的废气中的其他气体。排出气连同所有其他气体和水汽出现在火炬头的刚刚下游的大气中，不包括空气，但包括在火炬头添加的蒸汽和火炬总成的点火器所排放的燃料气体，称为“火炬气”。

吹扫气常常添加到所释放的废气流中(或否则添加到火炬总成中，如果废气流不是由设备在当时释放的)以便维持正气体流动通过火炬总成并且防止空气和可能的其他气体回流到火炬总成中。富集燃料气体有时添加到废气流中以帮助保证达到所需要的排出气的最小净热值。关于火炬的美围当前管理条例(例如40C.F.R.§60.18的管理条例)规定排出气的净热值不少于每标准立方英尺(scf)300英国热量单位(Btu’s)。火炬所有者和美国环境保护署(the“EPA”)之间的特定同意令可规定排出气的净热值必须甚至高于300Btu/scf。释放使用富集燃料气体以及使用的富集燃料的量取决于废气流的成分，废气流的流速和关于火炬操作的适用管理条例。

多数气体火炬需要以相对无烟的方式进行操作。这通过保证排出气在相对短的时间内掺和足够量的空气以充分氧化火焰中形成的烟尘颗粒来实现。在气压低的应用中，单独排出气流的动量可能不足以提供无烟操作。在这种应用中必需添加辅助介质以实现无烟操作。辅助介质可用来提供必需的推动力以从火炬装置周围吸收环境空气。有用的辅助介质的实例包括蒸汽和空气。在选择抑烟介质时必须考虑包括当地成本和可获得性等的许多因素。

用于增加低压气体动量的最普通的辅助介质是蒸汽，蒸汽通常利用与火炬头相关联的一组或更多组喷嘴喷入。除增加动量和吸收空气外，蒸汽还稀释气体，并且参与燃烧过程中所包括的化学反应，它们都有助于抑烟。在一个简单的蒸汽辅助系统中，几个蒸汽喷射器从安装在火炬头出口附近的蒸汽歧管或环延伸。蒸汽喷射器将蒸汽射流引导到邻近火炬头的燃烧区域中。一个或更多个阀(其能够远距离控制或自动控制)调整流到火炬头的蒸汽。蒸汽射流从周围大气中吸入空气，并且喷射到具有高能级湍流的排放的排出气中。这些射流可能还进行聚集、包含和导向离开火炬头的气体。这阻止风使火焰压低到火炬头周围。喷射的蒸汽、引出的空气和排出气结合形成混合物，帮助排出气以不具有可见烟雾的方式燃烧。已经研发了其他蒸汽辅助系统，并且成功地应用于更复杂的燃烧系统。

多数蒸汽辅助的火炬需要最小量的蒸汽流动以保持从控制阀到火炬头的蒸汽管线温暖并且准备进行应用且使与蒸汽管线中的冷凝液有关的问题最小。还有，最小量的蒸汽流动保持歧管和火炬头附近或火炬头上的其他蒸汽喷射部分冷却，这有助于防止到那里的热损坏(例如，在低流动火焰附着于蒸汽设备上的情况)。

火炬总成在严寒条件中的操作产生必须克服的附加问题。例如，当蒸汽通过火炬总成在低流速处排放以便当火炬处于待用状态时冷却蒸汽设备或者以辅助低体积燃烧现象(low volume flaring event)，冷冻温度可能导致蒸汽凝结且在火炬头周围或火炬头上形成冰。还有，在从蒸汽源到火炬总成的蒸汽管线中可能发生冷凝。在某些情形下，蒸汽管线非常长，并且尽管使用了隔热件，但仍易于冷凝。冷凝水能够喷洒在火炬头，最终在火炬头和相关联设备周围或在火炬头和相关联设备中结冰。排出气排放口周围或排出气排放口上形成冰，例如能够导致排放口堵塞和其他严重问题。

当送到火炬头的排出气的流速和/冷凝变化时，抑烟所需要的蒸汽量改变。基于通过操作员在控制室观看来自监视火炬的照相机的视频图像的定期观察，许多工厂调整蒸汽需要量。通过提高流到火炬的蒸汽流速可能校准冒烟状态。然而，当排出气流动开始消失时，火炬火焰可能在操作员看来继续“清洁”，这可能在操作员减小蒸汽流动之前经过一些时间。结果，这种烟气控制方法倾向于导致火炬过注蒸汽，而这又导致过度的噪音和不必需的蒸汽消耗，低破坏和去除效率，或甚至使主火焰全部熄灭。

太多的蒸汽能够引起火炬总成排放的蒸汽的流速与火炬总成排放的排出气的流速的比(“蒸汽/排出气比”)变得太高，这又使燃烧区域中的火炬气的净热值降低到不能维持燃烧的点。当排出气流速处于低水平时，这可能特别是一个问题。当火炬总成处于待用状态且只有最少吹扫气通过炉身(stack)时，这也可能是一个问题。使蒸汽/排出气比超过某特定水平，且使火炬气的净热值变得太低可能违反一个或更多个关于火炬总成的管理条例。

多种因素影响火炬的破坏性去除效率(DRE)，包括环境条件、排出气流速和成分、排出气离开速度、蒸汽流速、蒸汽离开速度、蒸汽所吸收的空气量、蒸汽和所吸收的空气与排出气混合的质量和速度以及火炬头的设计。结果，难以规定保证高DRE且防止过注蒸汽的简单的操作参数。

火炬卖方常常需要最小的待用蒸汽流速以便，例如保持蒸汽管线温暖和防止蒸汽喷射器组件和有关设备的热损失。蒸汽流速不能减小到火炬卖方所推荐的最小待用速率，而不冒产生例如上述问题的风险。而且，蒸汽的低速率可能不足以实现无烟操作，这可能也违反了关于可见排出物的适用管理条例，并且在多数应用中是不期望的。由于低离开速度和所导致在调节蒸汽速率处的蒸汽的低空气吸收速率，与当蒸汽以音速喷射时所需要的蒸汽/排出气相比，这需要更高的蒸汽/排出气比以实现火炬的无烟操作。在某些情形下，无论如何调整蒸汽流速，适用管理条例所合法地限定的冒烟和过注蒸汽不能在常规蒸汽辅助火炬中同时避免。提高吹扫气的流速(与降低蒸汽流速相反)可能有助于遵守适用管理条例，但可能禁止增加的吹扫气的成本。增加的吹扫气可能还有助于与温室效应有关的气体的二氧化碳的高排放。这使蒸汽辅助的火炬的所有者产生了关于火炬操作的困境。

火炬总成的主要目的在于破坏和控制潜在的有害化合物，例如硫化合物、一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物。结果，通过各种政府机构管理和监视火炬总成的操作。所适用的特别条例取决于火炬总成的特别定位。在美国，例如，火炬总成的操作由EPA管理和监视。美国的火炬管理条例包括联邦法规法典(CFR)中的管理条例和例如EPA的管理机构与设备主所达成的和解协议(例如，同意令)。州和地方管理条例也可适用。

预期在接近的未来，EPA可能实施关于火炬总成的更严格的管理条例。这些新的管理条例可能是EPA与火炬所有者之间达成的同意令的形式，或者可能是部分适用的联邦法规法典。该新的管理条例将可能克服例如能够使用的最大蒸汽/排出气比(或蒸汽/碳氢化合物比)，排出气的最小净热值，和燃烧区域中的火炬气的最小净热值。考虑到这些管理条例，常规蒸汽辅助的火炬总成可能变得甚至更难以实现无烟操作、防止蒸汽过注和克服上述的其他问题。简单地减小蒸汽量可能不是充分的解决方案。

发明内容

根据本发明，提供一种操作火炬总成的方法，所述方法是接收变化流速的废气流，将排出气流传导到火炬头，将排出气流通过火炬头排放到大气中的燃烧区域中，将主蒸汽通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中，在燃烧区域中燃烧火炬气。

在一个实施例中，本发明的方法包括如下步骤：

a.提供替代气体源；

b.提供主蒸汽源；

c.接收所述废气流；

d.确定所述排出气流的流速；

e.将所述排出气流通过所述火炬头排放到燃烧区域中；

f.在燃烧区域中点燃和燃烧火炬气；

g.确定将主蒸汽喷射到燃烧区域中是否是实现无烟操作所必需的；

h.如果在步骤(g)中确定将主蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的，执行下述步骤：

i.如果替代气体正在通过蒸汽喷射器组件排放到所述燃烧区域中，关闭通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域中的替代气体的流动；

ii.将主蒸汽通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中；

iii.确定通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中的主蒸汽的流速；以及

iv.调节通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域中的主蒸汽的流速以实现无烟操作；以及

i.如果在步骤(g)中确定将主蒸汽喷射到燃烧区域不是实现无烟操作所必需的，执行下述步骤：

i.如果主蒸汽正在通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中，关闭通过蒸汽喷射器组件流入燃烧区域中的主蒸汽的流动；

ii.将替代气体通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中；以及

iii.在将所述替代气体通过所述蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域之前，加热所述替代气体。

在另一实施例中，本发明的方法包括如下步骤：

a.提供替代气体源；

b.提供主蒸汽源；

c.接收所述废气流；

d.确定所述排出气流的流速；

e.将所述排出气流通过所述火炬头排放到燃烧区域中；

f.在燃烧区域中点燃和燃烧火炬气；

g.确定将主蒸汽喷射到燃烧区域中是否是实现无烟操作所必需的；

h.如果在步骤(g)中确定将主蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的，执行下述步骤：

i.如果替代气体正在通过蒸汽喷射器组件排放到所述燃烧区域中，关闭通过蒸汽喷射器组件流入燃烧区域中的替代气体的流动；

ii.将主蒸汽通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中；

iii.确定通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中的主蒸汽的流速；

iv.计算通过所述蒸汽喷射器组件进入所述燃烧区域中的主蒸汽的最大可允许流速；以及

v.调节通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域中的主蒸汽的流速以实现无烟操作并且避免蒸汽的流速超过蒸汽的最大可允许流速；以及

i.如果在步骤(g)中确定将主蒸汽喷射到燃烧区域对实现无烟操作不是必需的，执行下述步骤：

i.如果主蒸汽正在通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中，关闭通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域中的主蒸汽的流动；

ii.将替代气体通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中。

如果需要，本发明方法的第一和第二实施例的各步骤能够互换。例如，如果在步骤(g)确定将主蒸汽喷射到燃烧区域中不是实现无烟操作所必需的，计算通过所述蒸汽喷射器组件进入所述燃烧区域中的主蒸汽的最大可允许流速和调节通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域中的主蒸汽的流速以实现无烟操作并且避免蒸汽的流速超过蒸汽的最大可允许流速的步骤能够与如上所述的本发明方法的第一实施例相结合地使用。

本发明还提供了一种接收变化流速的废气流的火炬总成。火炬总成能够用于执行本发明的方法。

在一个实施例中，本发明的火炬总成包括用于传导排出气流的火炬竖管、附接到所述火炬竖管的火炬头用于将排出气流排放到大气中的燃烧区域中且在所述燃烧区域燃烧火炬气、与所述火炬头相关联的蒸汽喷射器组件、蒸汽传送导管、替代气体传送导管、连接到所述火炬总成的控制单元，以及加热组件。

所述蒸汽喷射器组件包括蒸汽竖管和蒸汽喷射喷嘴。所述蒸汽竖管具有下部部分和上部部分。所述蒸汽竖管的下部部分包括第一流体入口和第二流体入口。所述蒸汽喷射喷嘴流体地连接到所述蒸汽竖管的上部部分，用于将主蒸汽喷射到所述燃烧区域中。

所述蒸汽传送导管在一端流体地连接到主蒸汽源，且另一端连接到所述蒸汽竖管的第一入口。所述蒸汽传送导管流体地连接到蒸汽控制阀，用于控制通过所述蒸汽竖管的主蒸汽的流动。

所述替代气体传送导管在一端流体地连接到替代气体源，且另一端连接到所述蒸汽竖管的第二入口。所述替代气体传送导管流体地连接到替代气体控制阀，用于控制通过所述蒸汽竖管的替代气体的流动。

所述控制单元控制所述蒸汽控制阀和替代气体控制阀。所述加热组件与所述替代气体导管和所述蒸汽竖管中的一个相关联，用于加热穿过所述蒸汽竖管导管的替代气体。

在另一实施例中，本发明的火炬总成包括用于传导排出气流的火炬竖管、附接到所述火炬竖管的火炬头用于将排出气流排放到大气中的燃烧区域中且在所述燃烧区域燃烧火炬气、与所述火炬头相关联的蒸汽喷射器组件、蒸汽传送导管、替代气体传送导管、用于检测排出气流的流速的且与所述火炬竖管相关联的流动传感器，以及连接到所述火炬总成的控制单元。

所述蒸汽喷射器组件包括蒸汽竖管和蒸汽喷射器喷嘴。所述蒸汽竖管具有下部部分和上部部分。所述蒸汽竖管的下部部分包括第一流体入口和第二流体入口。所述蒸汽喷射喷嘴流体地连接到所述蒸汽竖管的上部部分，用于将主蒸汽喷射到所述燃烧区域中。

所述蒸汽传送导管在一端流体地连接到主蒸汽源，且另一端连接到所述蒸汽竖管的第一入口。所述蒸汽传送导管流体地连接到蒸汽控制阀，用于控制通过所述蒸汽竖管的主蒸汽的流动。

所述替代气体传送导管在一端流体地连接到替代气体源，且另一端连接到所述蒸汽竖管的第二入口。所述替代气体传送导管流体地连接到替代气体控制阀，用于控制通过所述蒸汽竖管的替代气体的流动。

本发明火炬总成的第二实施例的所述控制单元用于控制所述蒸汽控制阀和替代气体控制阀。所述控制单元响应所述排出气流的流速，并且能够计算通过所述蒸汽喷射器组件进入所述燃烧区域的主蒸汽的最大可允许流速，且调节通过所述蒸汽喷射器组件进入所述燃烧区域中的主蒸汽的流速以避免蒸汽的流速超过蒸汽的最大可允许的流速。

如果需要，本发明的火炬总成的第一和第二实施例的各部件能够进行互换。例如，本发明火炬总成的第二实施例的排出气流流动传感器和控制单元能够使用于本发明的火炬总成的第一实施例。

根据下述详细描述，本发明的目的、特征和优点对本领域普通技术人员而言将是无困难地显而易见的。

附图说明

图1例示了本发明的火炬装置的一个构造。

图2是图1所示的本发明火炬装置的俯视图。

图3是进一步例示图1的本发明火炬装置的部分示意图；

图4是例示本发明火炬装置的另一个构造的部分示意图。

图5例示了本发明火炬装置的蒸汽喷射组件的另一个实施例。

图6例示了具有变频器的鼓风机作为本发明火炬总成的替代气体推动器的使用。

图7例示了替代气体传送导管和阀系统的另一构造。

图8例示了蒸汽传送导管和本发明火炬装置的相关蒸汽控制阀的另一构造。

图9例示了蒸汽引射器作为具有相关联的冷凝单元和加热器的本发明火炬总成的替代气体推动器的使用。

图10例示了与本发明火炬总成的所述蒸汽传送和替代气体导管相关联的三通阀的使用。

图11是对应于下面详细描述所述实例所阐明的曲线图，显示了每API521所推荐实践的各种碳氢化合物的蒸汽需要量的上限。

具体实施方式

如在这里和所附权利要求书所使用的，下面阐明的术语应具有如下含义：

“设施”，是指生产设施、精炼厂、化工厂、石油加工厂或废气由于排气需要、关闭、翻倒、紧急情况或其他原因而从中释放的任何其他设施。

“废气”，是指有机材料、氮气和从所述处理设施释放且由所述火炬总成接收的任何其他气体。

“排出气”，是指上面所限定的废气和其他气体和如果有，在废气流进入火炬总成的火炬头之前添加到废气流的水汽。

“火炬气”，是指上面所限定的排出气加上刚刚火炬头下游的大气中的所有其他气体和水汽，不包括空气但包括添加到火炬头的蒸汽以及火炬总成的点火器排放的燃料气体。

“主蒸汽”，是指通过位于火炬头的蒸汽喷射器组件直接排放且用于实现无烟操作的蒸汽。

“补充蒸汽”，是指用作将空气引出进入蒸汽喷射器组件的推动流体的蒸汽。

“无烟操作”，是指火炬总成在适用管理条例、火炬所有者和/或火炬操作员所设定的可见烟气排放物的限制内的操作。例如，在美国，来自火炬的可见烟气排放物由40C.F.R.§60.18管理。在一些国家，不对可见烟气排放物进行管理；然而由火炬所有者或操作员基于当地社区的期望对可见烟气排放物设定限制。这样，例如根据本发明方法的步骤(g)确定将主蒸汽喷射到燃烧区域是否是实现无烟操作所必需的，意味着确定将主蒸汽喷射到燃烧区域中是不是在已由适用管理条例、火炬所有者和/或火炬操作员所设定的可见烟气排放物的限制中操作火炬总成。

“适用管理条例”，是指管理机构对火炬所有者或操作员(“火炬操作员”)所制定的要求，包括火炬操作员和管理机构之间同意令的要求。

“蒸汽/排出气比”，是指通过蒸汽喷射器组件排放的蒸汽的流速与排出气的流速的比。

“碳氢化合物流速”，是指排出气流的流速乘以排出气流中碳氢化合物百分比。这样，例如，如果排出气流流速是1000磅每小时，排出气流包括基于质量的80％的氮气和20％的丙烷，则碳氢化合物流速是200磅每小时。

“蒸汽/碳氢化合物比”，是指通过蒸汽喷射器组件排放的蒸汽的流速与碳氢化合物流速的比。

“净热值”，是指较低的热值。

除非专门指出，“基于因子或参数确定的”，是指部分或全部地基于因子或参数确定的。

类似地，除非专门指出，“基于因子或参数计算的”，是指部分或全部基于因子或参数计算的。

“流速传感器”，是指能够用来确定所应用的流体流速的任何装置，包括但不限于孔板流量计、超声波流量计、文丘里流量计、涡流流量计、风速计和皮托管。

这里所指的流速能够基于质量或体积进行测量，除非专门指出。

一方面，本发明是一种操作火炬总成的方法，其接收变化流速的废气流，将排出气传导到火炬头，将排出气通过火炬头排放到大气中的燃烧区域中，通过蒸汽喷射器组件将主蒸汽排放到燃烧区域中，并且在燃烧区域燃烧火炬气。另一方面，本发明是一种接收废气流的火炬总成。本发明的火炬总成是能够操作根据本发明的方法的火炬总成的实例。

本发明的方法

本发明的方法包括如下步骤：

a.提供替代气体源；

b.提供主蒸汽源；

c.接收所述废气流；

d.确定所述排出气流的流速；

e.将所述排出气流通过所述火炬头排放到燃烧区域中；

f.在燃烧区域中点燃和燃烧火炬气；

g.确定将主蒸汽喷射到燃烧区域中是否是实现无烟操作所必需的；

h.如果在步骤(g)中确定将主蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的，执行下述步骤：

i.如果替代气体正在通过蒸汽喷射器组件排放到所述燃烧区域中，关闭通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域中的替代气体的流动；

ii.将主蒸汽通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中；

iii..确定通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中的主蒸汽的流速；以及

iv.调节通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域中的主蒸汽的流速以实现无烟操作；以及

i.如果在步骤(g)中确定主蒸汽喷射到燃烧区域不是实现无烟操作所必需的，执行下述步骤：

i.如果主蒸汽正在通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中，关闭通过蒸汽喷射器组件流入燃烧区域中的主蒸汽的流动；

ii.将替代气体通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中。

所述替代气体是空气。如果引射器与本发明的方法相结合地使用，空气可以与补充蒸汽和/或用作将空气引出进入到蒸汽喷射器组件中的推动流体的任何其他气体相混合。

空气源(以及因而在本发明的方法的步骤(a)所提供的替代气体源)可以是周围大气。例如，空气能够从环绕火炬总成的大气提取，并且通过替代气体推动器移动到蒸汽喷射器组件中。替代气体推动器可以是例如风扇、鼓风机、空调或引射器。

如果引射器用作替代气体推动器，以从环绕火炬总成的大气提取空气并且将空气移动到蒸汽喷射器组件中，蒸汽能够用作推动流体。该蒸汽在这里定义为补充蒸汽，能够从提供主蒸汽的同一源中获得。当使用补充蒸汽时，一些补充蒸汽能够与引出进入到蒸汽喷射器组件中的空气混合，并因而变成部分替代气体。如果需要，补充蒸汽能够从替代气体中去除，如下面进一步描述的那样。

根据本发明方法的步骤(b)所提供的主蒸汽源能够例如是锅炉。锅炉所产生的压力驱使主蒸汽进入蒸汽喷射器组件。

废气由火炬总成接收。例如，废气从设施传导到废气导管，并且进入火炬总成的火炬竖管。

根据本发明方法的步骤(d)的排出气流流速能够例如由配置在废气传送导管或火炬竖管(如下所述)中一点处的流速传感器确定，其中，该点位于其他气体和蒸汽，如果有，被添加到废气流的废气传送导管和火炬竖管中的点的下游且位于火炬头的上游(即，在排出气进入火炬头之前的火炬总成中的一点处)。可替代地，流动传感器能够定位在一点处，以在任何气体(例如富集气体)被添加到废气中之前测量废气的流速。排出气流的流速则能够通过添加已知流速的富集气体(如果有)到废气的已测量流速来确定。

能够手动地或自动地执行根据步骤(g)确定将主蒸汽喷射到燃烧区域中是不是实现无烟操作所必需的。例如，如果替代气体当时正在喷射到燃气区域中，火炬操作员能够监视火炬总成所产生的火焰(通过直接观察或间接使用视频照相机捕捉火焰)以观察那里是否存在可见烟气。如果火炬操作员探测到可见烟气(例如，即使在替代气体达到其最大流速后)，或者否则确定将主蒸汽喷射到燃烧区域是实现无烟操作所必需的，他或她能实施本发明方法的步骤(h)(包括其子步骤)。如果火炬操作员确定没有可见烟气，来自火炬火焰的任何可见烟气能够通过增加替代气体流速消除，或者否则确定将主蒸汽喷射到燃烧区域中不是实现无烟操作所必需的，他或她可根据本发明方法的步骤(i)(包括其子步骤)继续将替代气体喷射到燃烧区域中。

当做另一实例，如果主蒸汽当时正在喷射到燃烧区域中，火炬操作员能够监视火炬总成所产生的火焰(直接或间接使用视频照相机捕捉火焰)以观察是否存在烟气。如果火炬操作员确定没有可见烟气(例如，即使在主蒸汽流速减小到最小流速)，或否则确定将主蒸汽喷射到燃烧区域不是实现无烟操作所必需的，他或她可实施本发明方法的步骤(i)(包括其子步骤)。如果火炬操作员确定将主蒸汽喷射到燃烧区域是实现无烟操作所必需的，他或她能够按照本发明方法的步骤(h)(包括其子步骤)继续喷射主蒸汽到燃烧区域。

火炬操作员可能够仅通过观察设备所释放的废气的质量就能确定将主蒸汽喷射到燃烧区域不是实现无烟操作所必需的。例如天燃气、硫化氢、氢气和一氧化碳的废气不倾向于产生可见烟气。

存在根据步骤(g)能够自动地执行确定将主蒸汽喷射到燃烧区域是否是实现无烟操作所必需的几种方法。例如，计算机能够根据步骤(g)基于例如排出气流流速、排出气流的净热值、排出气流的分子量、排出气流中惰性气体的百分比，和对于给定排出气流，实现无烟操作所需要的主蒸汽的估计流速的一个或更多个参数确定。这些参数能够还用来估计对于给定排出气流在替代气体的最大速率处是否出现可见烟气，以及如果出现可见烟气时可见烟气的程度。这些参数或这些参数的组合常常由火炬卖方开发和提供，但在某些情况下，火炬所有者和操作员可开发和实施他们自己的标准或算法。

如果根据步骤(g)确定将主蒸汽喷射到燃烧区域是实现无烟操作所必需的，实施本发明方法的步骤(h)。在做这种确定时，可能替代气体当时正在通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中。如果是这样，根据步骤(h)(i)，首先关闭通过蒸汽喷射器进入燃烧区域的替代气体的流动。在主蒸汽排放到蒸汽喷射组件时的压力能够显著大于替代气体排放进入到蒸汽喷射器组件中的压力。结果，当主蒸汽开始流动进入火炬总成时，如果允许可替换气体流动的阀是打开的，则蒸汽可能回流到替代气体推动器(其本身是蒸汽的废气)，并且能够潜在地导致替代气体推动器和其他设备损坏。

根据步骤(h)(ii)，主蒸汽则通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中，并且根据步骤(h)(iii)确定通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中的主蒸汽的流速。通过蒸汽喷射器组件排放的主蒸汽的流速能够例如通过配置在优选位于地平面或地平面附近以允许容易地接近的蒸汽传送导管中的主蒸汽流速传感器确定。

根据步骤(h)(iv)调节主蒸汽的流速以实现无烟操作的步骤能够还通过火炬操作员手动地或自动地(例如，由计算机)执行。例如，操作员能够增量地增加通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的主蒸汽的流速，直到实现无烟操作。由于蒸汽的成本和为了防止蒸汽过注，操作员应当试图避免使用显著大于实现无烟操作所需要流速的主蒸汽的流速。

如果根据步骤(g)确定主蒸汽喷射到燃烧区域不是实现无烟操作所必需的，并且主蒸汽当时正在通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中，首先关闭主蒸汽的流动。如上所述，当允许替代气体流动的阀是打开的时，实施主蒸汽的流动能够引起损害空气推动器和其他装备。而且，由于排放蒸汽的压力和排放空气的压力之间的差，当主蒸汽阀打开时不可能将空气移动到火炬总成中。一旦关闭主蒸汽的流动，替代气体通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中。

由于对蒸汽过注的关心，通常期望只要可能就在替代气体流模式下操作火炬总成。在许多应用中，主蒸汽不是防止无烟操作所必需的。在这些应用中，替代气体作为用于防止无烟操作的有效辅助介质。替代气体的最小流动保持歧管和火炬头上的或火炬头附近的其他蒸汽喷射部分冷却，这有助于防止向那里的热损坏(例如，在低流动火焰附着于蒸汽装备的情况下)。使用替代气体而不是主蒸汽有助于保证维持所需要的或期望的火炬气的净热值、蒸汽/排出气比和蒸汽/碳氢化合物比，尤其是当排出气流速低时。

根据应用，本发明的方法能够还包括一个或更多个附加步骤。

首先，根据步骤(i)(ii)，在将替代气体通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中之前，能够加热替代气体。当本发明的方法用于在严寒条件下操作火炬总成时，该步骤尤其有用。例如，当火炬总成位于待用状态或响应低体积燃烧现象时，正在通过蒸汽喷射器组件排放的蒸汽可能冷凝，且在火炬头上或火炬头周围形成冰。在这种情形下，根据本发明方法的步骤(g)可以确定将蒸汽喷射到燃烧区域不是实现无烟操作所必需的，并且执行本发明方法的步骤(i)(包括其子步骤)。通过取代主蒸汽而将替代气体通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中，能够避免与严寒条件有关的问题。

预热替代气体能够防止或减轻称为“水锤”情况，在该情况中，来自冷的蒸汽竖管中的蒸汽的冷凝水被推动快速穿过蒸汽喷射器组件，冷凝水因弯曲或阻塞而突然减速。水锤情况能损害蒸汽竖管、蒸汽喷射器组件以及相关装备。预热替代气体还避免了替代气体中湿气的引起问题的冷凝水，它能够引起蒸汽竖管的腐蚀。预热的替代气体的最小流动使从控制阀到火炬头的蒸汽管线温暖，并且准备使用，这使蒸汽管线中的冷凝水降到最小。

替代气体能够以多种方法加热。例如，替代气体能够通过蒸汽驱动的热交换器、电加热器或烧气加热组件进行加热。如果使用蒸汽驱动的热交换器，蒸汽能够来自在本发明方法中作为主蒸汽使用的源。

本发明方法能够还包括提供更精密控制火炬总成操作的附加步骤。这些步骤能够用来例如帮助保证蒸汽以有效的方式操作，且帮助保证满足适用管理条例。

如果在本发明方法的步骤(g)中确定将蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的，能够计算通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的主蒸汽的最大可允许流速。通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域中的主蒸汽的流速则根据步骤(h)(iv)进行调节以实现无烟操作且避免蒸汽的流速超过蒸汽的最大可允许流速。

通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域中的主蒸汽的最大可允许流速能够基于不同标准进行计算，包括关于火炬总成安装地的火炬总成操作的适用管理条例，和由火炬卖方、火炬所有者和/或火炬操作员建立算法。火炬卖方、所有者和操作员所建立的算法通常比保证火炬总成仅仅符合适用管理条例所需要的那些算法更严格。例如，当适用管理条例可能建立用于火炬操作的边界或界限，只要蒸汽速率足以实现无烟操作，蒸汽辅助的火炬的最经济和有效的操作可能使用小于管理条例所允许的最大值。

根据所使用的具体算法，通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的主蒸汽的最大可允许流速能够基于多种参数进行计算，包括一个或更多个下述参数，它们中的每一个根据本发明的方法进行确定：

1.排出气流的流速。

2.允许的最大蒸汽/排出气比。最大可允许的蒸汽/排出气比能够基于关于火炬总成安装地的火炬总成操作的适用管理条例确定。

3.允许的最大蒸汽/碳氢化合物比。为了确定最大蒸汽/碳氢化合物比，必须首先确定碳氢化合物的流速。最大可允许的蒸汽/碳氢化合物比能够基于关于火炬总成安装地的火炬总成操作的适用管理条例确定。

4.火炬气的最小可允许的净热值。火炬气的最小可允许的净热值能够基于关于火炬总成安装地的火炬总成操作的适用管理条例确定。

5.排出气流的分子量。排出气流的分子量能够例如由配置在废气传送导管或火炬竖管中(如下所述)一点处的分子量传感器确定，其中，该点位于其他气体或水汽(如果有)添加到废气流的废气传送导管或火炬竖管中的点的下游且位于火炬头的上游(即，位于排出气流进入火炬头之前的火炬总成的点处)。

6.排出气流的净热值。排出气流的净热值能够例如由配置在废气传送导管或火炬竖管(如下所述)一点处的净热值传感器确定，其中，该点位于其他气体或水汽(如果有)添加到废气流的废气传送导管或火炬竖管中的点的下游且位于火炬头的上游(即，位于排出气流进入火炬头之前的火炬总成的点处)。

7.排出气流的成分。例如，来自气体色谱分析装置(“GC Device”)的物种形成数据能够用来估计实现无烟操作所需要的蒸汽量和试图实现高破坏性去除效率(DRE)的最大可允许的蒸汽速率。

8.排出气流其他实时属性，包括但不限于相关热传导系数和沃布指数。

除增加动量和吸收空气外，主蒸汽还稀释排出气，并且参与燃烧过程所包括的化学反应，这都辅助抑烟。当送到火炬头的排出气的流速和/或成分变化时，无烟操作所需要的蒸汽量改变。由本发明方法所提供的控制的增加程度便于在正确的时间向燃烧区域给予正确量的蒸汽。能够精确地控制例如蒸汽/排出气比、蒸汽/碳氢化合物比、排出气净热值和火炬气净热值的操作参数。

本发明的方法能够还包括增加富集燃料气体的步骤以帮助保证满足排出气所需要的最小净热值与其他需要的和期望的操作参数。例如，分别确定排出气流的实际净热值和最小可允许的净热值。排出气流的最小可允许净热值能够基于关于火炬总成安装地的火炬总成操作的适用管理条例确定。如果排出气流的实际净热值小于排出气流的最小可允许净热值，向排出气流添加一定量富集燃料气体，使得排出气流的实际净热值足以增加到至少与排出气流的最小可允许净热值一样高的水平。能够使用的富集燃料气体的实例包括天燃气和丙烷。

吹扫气能够也添加到废气流中(或否则如果废气流不是由设施当时释放的，添加到火炬总成中)以便保持通过火炬总成的正气体流动且防止空气和可能的其他气体在那里回流。能够使用的吹扫气包括氮气、天燃气和丙烷。根据火炬的位置，适用管理条例可能要求吹扫气是可燃气体。

当它们被认为是部分排出气时，在检测排出气流的流速之前且在确定排出气流的分子量和净热值之前添加任何富集燃料气体、吹扫气或添加到废气流的其他气体和水汽。可替代地，在富集燃料气体、吹扫气和/或其他气体和水汽添加到废气流之前能够间接地确定排出气流的流速和其他属性。例如，排出气流的流速能够基于废气和其他气流的单独流速以及本领域技术人员已知的其他变型确定。

当根据步骤(i)，替代气体通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中时，本发明的方法能够还包括调节通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的替代气体流动的步骤。例如，替代气体的流动能够调节成使得替代气体中的空气不超过对应于本领域中已知的稀薄爆炸极限。

本发明的火炬总成

现在参照图1-3，图1-3例示了本发明的火炬总成，并且用附图标记10概括地表示。火炬总成10接收变化流速的废气流12。

火炬总成10包括基础14、用于传导排出气流18的火炬竖管16、附着于火炬竖管的火炬头20，其用于将排出气流排放到大气24中的燃烧区域22中且在燃烧区域中燃烧火炬气、与火炬头相关联的蒸汽喷射器组件28、蒸汽传送导管30、替代气体传送导管32以及控制单元34。废气传送导管36传送从设施释放的废气流12到火炬竖管16。点火组件38附接于火炬竖管16和火炬头20。

火炬竖管包括附接到基础14的下部端部16(a)和上部端部16(b)。火炬头20包括附接到火炬竖管的上部端部16(b)的下部端部20(a)和上部排放端部20(b)。

蒸汽喷射器组件28包括流体地连接到蒸汽歧管41的蒸汽竖管40。多个蒸汽喷射器喷嘴42流体地连接到蒸汽歧管41，用于将主蒸汽喷射到燃烧区域22中。

蒸汽喷射器喷嘴42引导蒸汽射流到火炬头20邻近的燃烧区域，以从环绕大气吸引空气，并且将其喷射到具有高速湍流的所排放的排出气中。来自蒸汽喷射器喷嘴42的蒸汽射流可能还用来聚集、包括和导引气体离开火炬头。这防止风导致火焰压低在火炬头周围。所喷射的蒸汽、所吸引的空气和排出气组合以形成有助于排出气在没有可见烟气的前提下燃烧的混合物。

蒸汽竖管40具有下部部分46和上部部分48。蒸汽竖管40的下部部分46包括第一流体入口50和第二流体入口52。每个蒸汽喷射器喷嘴42流体地连接到蒸汽竖管40的上部部分48。具体地，如图所示，蒸汽喷射器喷嘴42流体地连接到蒸汽歧管41，蒸汽歧管41流体地连接到蒸汽竖管40。

蒸汽传送导管30在一个端部56流体地连接到蒸汽源60，且在另一端部62连接到蒸汽竖管40的第一流体入口50。冷凝水收集器63和冷凝的水出口管64配置在蒸汽传送导管30中以将积聚在蒸汽管线中的任何冷凝水与蒸汽源60隔开。蒸汽传送导管30还流体地连接到蒸汽控制阀65(以及相关的操作控制器66)，操作蒸汽控制阀65以控制(调节和/或打开-关闭)通过蒸汽竖管40的主蒸汽流70的流动。如图3所示，蒸汽控制阀65(和相关操作控制器66)配置在蒸汽传送导管30中，且控制(调节和/或打开-关闭)通过蒸汽传送导管进入蒸汽竖管40的第一流体入口50的蒸汽的流动。手动蒸汽控制阀67(a)和67(b)也配置在蒸汽传送导管30中，用于允许手动关闭通过蒸汽传送导管(例如允许更换蒸汽控制阀65)的主蒸汽的流动。设置旁通导管68以允许一些蒸汽绕过蒸汽控制阀65和67(b)。旁通导管68包括配置在其中的旁通关闭阀69，旁通关闭阀69允许在必要时关闭通过旁通导管的蒸汽的流动。

替代气体传送导管32在一个端部74流体地连接到替代气体源76，且在另一端部78连接到蒸汽竖管40的下部部分46的第二流体入口52。替代气体导管32也流体地连接到替代气体控制阀79(和相关操作控制器80)，操作替代气体控制阀79以控制(调节和/或打开-关闭)流动通过蒸汽竖管40的替代气体的流动84。如图3所示，替代气体控制阀79(和相关操作控制器80)配置在替代气体传送导管32中，且控制(调节和/或打开-关闭)通过替代气体传送导管进入蒸汽竖管40的下部部分46的第二流体入口52的替代气体的流动。手动替代气体控制阀81也配置在蒸汽传送导管30中，用于允许关闭通过替代气体传送导管(例如允许更换替代气体控制阀79)的替代气体的流动。

如图3所示，蒸汽控制阀65(和相关操作控制器66)和替代气体控制阀79(和相关操作控制器80)彼此独立，分别配置在蒸汽传送导管30和替代气体传送导管32。如下面关于图10所讨论的，蒸汽控制阀65(和相关操作控制器66)和替代气体控制阀79(和相关操作控制器80)的开-关功能能够组合成三通阀，且配置在蒸汽竖管内。三通阀200有效地包括蒸汽控制阀65、替代气体控制阀79和至少一个相关操作控制器。

控制单元34控制蒸汽控制阀65(和相关操作控制器66)和替代气体控制阀79(和相关操作控制器80)。如图3所示，控制单元34通过连通管线86与蒸汽控制阀65的操作控制器66相连通。控制单元34通过连通管线87与替代气体控制阀79的操作控制器80相连通。蒸汽控制阀65和替代气体控制阀79是远距离控制的。例如，如下所述，本发明的火炬总成能够包括精密的控制装备和功能件。在这种系统中，蒸汽控制阀65自动地调节以控制通过蒸汽喷射器组件排放的主蒸汽量以实现无烟操作，而不向系统提供过多的蒸汽。类似地，替代气体控制阀79自动地调节以控制通过蒸汽喷射器组件排放的替代气体量。蒸汽控制阀系统(包括阀65、67(a)和67(b))和替代气体阀系统(包括阀79和81)彼此相反地操作，使得当主蒸汽的流动正在进行时，替代气体的流动停止，反之亦然。

控制单元34能够包括或具有一个或多个计算器、计算机(和相关硬件和软件)和/或控制所讨论的本特定发明的火炬总成所必需的其他装置。例如，控制单元34能够是可编程逻辑控制器(“PLC”)或具有逻辑嵌入的人机界面(“HMI”)脚本或嵌入专用控制器单元的装置。

点火器组件38包括点火器燃料气体传送管线92，其在一个端部93连接到点火器燃料气体源(未图示)，在另一端部94连接到点燃喷嘴95。点火器燃料气体流动传感器96配置在点火器燃料气体传送管线92中。连通管线96(a)从流动传感器96延伸到控制单元34。点火器燃料气体的流速能够例如用来说明供给到引燃喷嘴95的点火器燃料的热含量以能够计算火炬气的净热值(NHVFG)(下面进一步讨论)。点火器点燃管线97在一个端部98附接到点火源(未图示)，在另一端部99连接到引燃喷嘴95。引燃喷嘴95安置在邻近火炬头20的排放端部20(b)的燃烧区域22中。

主蒸汽源是锅炉100。锅炉100以足够的压力排放主蒸汽流70以便驱使主蒸汽流穿过蒸汽传送导管30进入蒸汽竖管40，穿过蒸汽竖管40进入蒸汽歧管41和通过蒸汽喷射器喷嘴42进入燃烧区域22。

替代气体是空气。空气可与补充蒸汽和/或如果使用引射器，用作推动流体以将空气吸引到蒸汽喷射器组件中的任何其他气体的相混合。

空气源(和因而替代气体源76)是环绕火炬总成10的大气。利用替代气体推动器104，空气受迫穿过替代气体传送导管32进入蒸汽竖管40，通过蒸汽竖管40进入蒸汽歧管41和通过蒸汽喷射器喷嘴42进入燃烧区域22。例如，替代气体推动器104能够是具有变频器的鼓风机或风扇、压缩机、引射器或电晕放电式静电空气推动器。

如果替代气体推动器104是引射器，蒸汽能够用作推动流体。与引射器有关的用作推动流体的蒸汽在这里称为补充蒸汽，能够来自提供主蒸汽的同一源，即为锅炉100的蒸汽源60。

根据应用，本发明的火炬总成能够还包括一个或更多个附加部件。

本发明的火炬总成10能够还包括加热组件112，其附接到替代气体传送导管32和蒸汽竖管40中的一个，用于加热通过蒸汽竖管的替代空气流84。如图3所示，加热组件112附接到替代气体传送导管32上。如上面结合本发明的方法所讨论的，当火炬总成10在严寒条件下操作时，加热组件112是特别有用的。通过取代主蒸汽而排放替代气体通过蒸汽喷射器组件28进入燃气区域，能够避免与严寒条件有关的问题。预热替代气体流84防止发生与蒸汽竖管40、蒸汽喷射器组件28和相关装备有关的水锤情况，并且避免替代气体中的湿气引起问题的冷凝水。

如图所示，加热组件112是蒸汽作动力的管壳式热交换器。来自蒸汽源(能够是蒸汽源60，即锅炉100)的蒸汽通过其中的入口114供给到加热组件112中，并且通过其中的出口116离开热交换器。冷凝的且失去效能的蒸汽能够再循环到获得蒸汽的蒸汽源，或根据适用管理条例配置的蒸汽源。可替代地，加热组件112能够是电加热器或烧气加热器。

本发明的火炬装置10能够还包括允许更高级地控制火炬装置的操作的附加部件和装备。例如，控制单元34能够扩展成包括便于更高级地控制的附加装备和功能件。火炬装置10的附加装备和功能件使火炬装置响应更严格的且进化的适用管理条例。

流动传感器130与火炬竖管16相关联，用于检测排出气流18的流速。具体地，流动传感器130配置在废气传送导管36中的一点处，该点位于例如富集燃料气体和吹扫气的其他气体和水汽添加到废气流12中的废气传送导管中点的下游。例如，流动传感器130能够是GE Panametrics火炬气测量计型号GF868。

控制单元34能够计算通过蒸汽喷射器组件28进入燃烧区域22的主蒸汽的最大可能允许流速，并且调节通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的主蒸汽的流速以避免蒸汽的流速超过蒸汽的最大可允许流速。控制单元34响应排出气流18的流速。连通管线134从控制单元34延伸到流动传感器130。控制单元通过控制蒸汽传送导管30中的蒸汽控制阀65(经由从控制单元34延伸到控制阀65的操作控制器66的连通管线86)，调节通过蒸汽喷射器组件28的主蒸汽的流速。

流动传感器142用于检测通过蒸汽喷射器组件28排放的主蒸汽流70的流速，与蒸汽竖管40相关联。流动传感器142安置在位于蒸汽控制阀65、67(a)和67(b)的下游的蒸汽传送导管30中的一点处，且通过连通管线144与控制单元34相连通。例如，排出气流速信号和主蒸汽流速信号由流动传感器130和流动传感器142连续地发送到控制单元34(经由连通管线134和144)，这能够使控制单元连续地计算蒸汽/排出气比和通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域中的主蒸汽的最大可允许流速，且因此调节主蒸汽的流速。例如，流动传感器142能够是孔板流量计(包括孔板、差压传感器和传递器、和流体温度传感器和传递器)。作为另一实例，流动传感器142能够是测压接嘴和压力计。主蒸汽流速能够基于蒸汽传送管道系统和喷射器组件的压力和液压构造(包括蒸汽竖管40的长度和直径和蒸汽喷射器喷嘴的总出口截面)进行估计。

流动传感器146用于检测通过蒸汽喷射器组件28排放的替代气体流84的流速，与蒸汽竖管40相关联。流动传感器146安置在位于替代气体79和81的下游或上游的替代气体传送导管32中的一点处，且通过连通管线147与控制单元34相连通。例如，流动传感器146能够是孔板流量计、皮托管流动传感器、风速计或涡轮式流量计。作为另一实例，流动传感器146能够是测压接嘴和压力计。替代气体流速能够基于蒸汽传送管道系统和喷射器组件的压力和液压构造(包括蒸汽竖管40的长度和直径和蒸汽喷射器喷嘴的总出口截面)进行估计。

分子量检测装置150用于确定排出气流18的分子量，与火炬竖管16相关联。具体地，装置150配置在位于例如富集燃料气体和吹扫气的其他气体或水汽添加到废气流12的废气传送导管中点的下游的废气传送导管36内的一点处。控制单元34响应排出气流18的分子量。连通管线152从控制单元34延伸到分子量检测装置150。

净热值检测装置154用于确定排出气流18的净热值，与火炬竖管16相关联。具体地，净热值检测装置154配置在位于例如富集燃料气体和吹扫气的其他气体或水汽添加到废气流12的废气传送导管中点的下游的废气传送导管36内的一点处。控制单元34响应排出气流18的净热值。连通管线155从控制单元34延伸到装置154。

控制单元134基于各种标准，包括关于火炬总成安装地的火炬总成操作的适用管理条例，以及火炬卖方、火炬所有者和/或火炬操作员所建立的算法计算通过蒸汽喷射器组件28进入燃烧区域22的主蒸汽流70的最大可允许流速。

由于不符合的结果，火炬卖方、所有者和操作员所建立的算法通常比保证火炬总成符合适用管理条例所必需的算法更严格。例如，当管理条例可建立火炬操作的上限时，只要蒸汽的速率足以实现无烟操作，蒸汽辅助的火炬的更经济且有效的操作可能使用比管理条例所允许的最大值更少的蒸汽。

根据所使用的具体算法，通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的主蒸汽的最大可允许流速能够由控制单元基于多种参数进行计算，包括一个或更多个下述参数，它们中的每一个根据本发明的方法进行确定：

1.排出气流18的流速。

2.允许的最大蒸汽/排出气比。最大可允许的蒸汽/排出气比能够基于关于火炬总成安装地的火炬总成操作的适用管理条例确定。

3.允许的最大蒸汽/碳氢化合物比。为了确定最大蒸汽/碳氢化合物比，必须首先确定碳氢化合物的流速。最大可允许的蒸汽/碳氢化合物比能够基于关于火炬总成安装地的火炬总成操作的适用管理条例确定。

4.火炬气的最小可允许的净热值。火炬气的最小可允许的净热值能够基于关于火炬总成安装地的火炬总成操作的适用管理条例确定。

5.排出气流18的分子量。排出气流的分子量能够例如由配置在废气传送导管或火炬竖管中(如下所述)一点处的分子量传感器确定，其中，该点位于其他气体或水汽(如果有)添加到废气流的废气传送导管或火炬竖管中的点的下游且位于火炬头的上游(即，位于排出气流进入火炬头之前的火炬总成的点处)。

6.排出气流18的净热值。排出气流的净热值能够例如由配置在废气传送导管或火炬竖管中(如下所述)一点处的净热值传感器确定，其中，该点位于其他气体或水汽(如果有)添加到废气流的废气传送导管或火炬竖管中的点的下游且位于火炬头的上游(即，位于排出气流进入火炬头之前的火炬总成的点处)。

7.排出气流的成分。例如，来自气体色谱分析装置(“GC Device”)的物种形成数据能够用来估计实现无烟操作所需要的蒸汽量和试图实现高破坏性去除效率(DRE)的最大可允许的蒸汽速率。

8.排出气流其他实时属性，包括但不限于相关热传导系数和沃布指数。

富集燃料气体/吹扫气传送导管158与火炬竖管16相关联，用于向废气流12添加富集燃料气体和/或吹扫气。具体地，富集燃料气体/吹扫气传送导管158配置在位于流动传感器130、分子量检测装置150和净热值检测装置154的上游的废气传送导管36内一点处。燃料气体阀160(和相关操作控制器161)配置在富集燃料气体/吹扫气传送导管158中。燃料气体阀160由控制单元经由从控制单元34延伸到燃料气体控制阀的操作控制器161的连通管线162进行控制。

蒸汽竖管40利用隔热层166进行隔热，这有助于保持蒸汽竖管温暖，维持主蒸汽流70或替代气体流84的温度且防止冷凝水。隔热层166围绕蒸汽竖管40缠绕。

如图4所示，加热部件或电伴热附件(heat trace)168也附接到蒸汽竖管40以向其提供热量。例如，加热部件168能够是蒸汽通过其循环的围绕蒸汽竖管40缠绕的小管。如果需要，蒸汽能够从蒸汽源60提供。作为另一实例，加热部件168能够是围绕蒸汽竖管40缠绕且连接到电源(未图示)的电线，以向蒸汽竖管40提供电阻加热。隔热层166能够放置在加热部件168的顶部。

图5示出了能够用于本发明火炬总成的蒸汽喷射器组件28的另一构造。在该构造中，两个蒸汽竖管，40(a)和40(b)，用来向两个不同的蒸汽歧管41(a)和41(b)和两个不同组的蒸汽喷射器喷嘴42(a)和42(b)供应主蒸汽和替代气体。蒸汽喷射器喷嘴组42(a)配置在火炬头20内部而喷射器喷嘴组42(b)配置在火炬头20的外部。蒸汽传送导管30和相关蒸汽控制阀(未图示)和替代气体传送导管32及其相关替代气体控制阀79与蒸汽竖管40(a)和40(b)中的一个相关联。这正是本发明的火炬总成如何构造和本发明的方法如何使用成与不同构造的火炬总成结合的另一实例。

图6显示了具有变频器172的鼓风机170作为本发明火炬总成10的替代气体推动器104的使用。鼓风机170从环绕火炬总成的大气中抽取空气，驱使其通过替代气体传送导管32进入蒸汽竖管40和通过蒸汽喷射器组件28进入燃烧区域22。

图7显示了配置在替代气体传送导管32中的第二自动替代气体控制阀174(和相关操作控制器175)的使用。替代气体控制阀174与替代气体控制阀79共同操作以控制通过替代气体传送导管进入蒸汽竖管40的第二流体入口52的替代气体的流动。控制单元34经由连通管线176控制替代气体控制阀174(经过相关的操作控制器175)。替代气体控制阀174也是远距离控制的。在替代气体传送导管32中设置了两个替代气体控制阀以用于附加控制。例如，替代气体控制阀79能够用来调节通过替代气体导管32的替代气体的流动，而第二替代气体控制阀174能够用于打开和关闭通过替代气体导管32的替代气体的流动。

图8显示了配置在蒸汽传送导管30中的第二自动蒸汽控制阀178(和相关的操作控制器179)。蒸汽控制阀178与蒸汽控制阀65共同操作以控制通过蒸汽传送导管30进入蒸汽竖管40的第二流体入口52的蒸汽的流动。控制单元34经由连通管线180控制蒸汽控制阀178(经过相关的操作控制器179)。蒸汽控制阀178也是远距离控制的。在蒸汽传送导管30中设置了两个蒸汽控制阀以用于附加控制。例如，蒸汽控制阀65能够用于调节通过蒸汽传送导管30的蒸汽的流动，而蒸汽控制阀178能够用于打开和关闭通过蒸汽传送导管30的蒸汽的流动。

图9显示了作为本发明火炬总成10的替代气体推动器104的引射器184的使用。引射器184使用补充蒸汽(能够是来从蒸汽源60的蒸汽，即来自锅炉100的蒸汽)作为推动流体以从环绕火炬总成的大气中提取空气并且驱使其通过替代气体传送导管32进入蒸汽竖管40和通过蒸汽喷射器组件28。补充蒸汽通过蒸汽排放喷嘴186排放进入替代气体传送导管32的文丘里入口188。冷凝单元192用于使来自进入替代气体传送导管32的补充蒸汽的湿气冷凝并且与替代气体流84分开。冷凝排水因重力而回流通过替代气体传送导管和文丘里入口188。如图9所示，冷凝单元192的形式为管壳式热交换器。冷却的空气或水循环通过入口196，通过冷凝单元192和通过出口198流出。如上所述，加热组件112用于在替代气体流进入蒸汽竖管40之前加热替代气体流84。

如图10所示，蒸汽传送导管30和替代气体传送导管32流体地连接到三向控制阀200(和相关操作控制器202)。具体地，三向控制阀200配置在蒸汽竖管40内，且能够替代蒸汽控制阀65(或蒸汽控制阀178，如果使用第二蒸汽控制阀)和替代气体控制阀79(或替代气体控制阀174，如果使用第二替代气体控制阀)。三向控制阀200允许主蒸汽流动或替代气体流动通过蒸汽喷射器组件28进入大气24中的燃烧区域22。蒸汽传送导管30中的蒸汽控制阀65(和操作控制器66)和替代气体传送导管中的替代气体控制阀79(和操作控制器80)能够仍然用于调节分别进入蒸汽竖管40的蒸汽和替代气体的流动。

控制单元34经过连通管线204控制三向控制阀200(和相关的操作控制器202)三向控制阀200是远距离地控制和操作的，使得当主蒸汽正在流动通过蒸汽竖管40时，替代气体停止流动通过蒸汽竖管，反之亦然。

这样，当主蒸汽喷射是实现无烟操作所必需的时，本发明的方法和火炬总成提供具有精密控制的主蒸汽喷射。精密控制允许本发明的火炬总成自动地且连续地以实现无烟操作的方式操作，防止蒸汽过注和满足管理最大可允许的蒸汽/排出气比、最小火炬气净热值和其他参数的新的更严格的管理条例。当主蒸汽不是实现无烟操作所必需的时，当火炬处于待用模式或者在低体积燃烧现象期间，使用替代气体(空气或空气与例如补充蒸汽的混合物)代替主蒸汽的能力提供了众多优点。在很多应用中，在许多如果火炬总成不是在大部分时间内被操作期间，替代气体能够用于实现无烟操作，冷却部分蒸汽喷射组件，并且保持蒸汽竖管温暖(例如，在严寒条件下)。预热替代气体的能力允许本发明的火炬总成应用在严寒条件下，温暖蒸汽竖管和有关装备以便在火炬从替代气体模式转换到主蒸汽模式时避免过度冷凝，并且实现其他优点。

在美国，EPA最近更加努力防止蒸汽过注。例如，EPA最近与俄亥俄州的某些设施的当前所有者或前所有者订立了Ineos同意令(“Ineos ConsentDecree”)。Ineos同意令在第18(a)段规定了如下遵守需要量：“添加到火炬中的蒸汽应不超过蒸汽-排出气比为3.6比1(3.6∶1)送到火炬的lbs蒸汽/lb排出气，确定刚在火炬的尖端燃烧之前为1小时区段均值(“The steamadded to the Flare shall not exceed a steam-to-Vent Gas ratio of 3.6 to 1(3.6∶1)lbs of steam/lb Vent Gas sent to the Flare，determined just prior to combustion atthe tip of the Flare as a 1-hr BlockAverage.”)。”这样，它可能代表了当前EPA管理条例所允许的最大蒸汽/排出气比。

Ineos同意令的第18(b)段规定：“排出气的净热值应达到至少385Btu/scf作为一小时区段均值，如果...(“The Net Heating Value of VentGas shall meet at least 385 Btu/scf as a 1-hour Block Average providedthat...”)”。Ineos同意令的第19段规定了200Btu/scf的NHVFG(火炬气的净热值)。第24(d)段规定NHVFG由空气强制执行局局长(the Director ofAir Enforcement)确定。

为了计算蒸汽/排出气比，本发明火炬总成10的控制单元34需要至少接收基于排出气流速和主蒸汽流速的输入信号。如图1至3所示，例如，排出气流速由流动传感器130测量，主蒸汽流速由蒸汽流动传感器142测量。蒸汽流速由控制单元34调节，从而蒸汽/排出气比小于EPA管理条例所允许的最大值。

在基本模式中，控制单元34能够仅基于排出气流速确定主蒸汽的需求。例如，系统能够基于如下假设操作，即基于当排出气质量流速等于或大于某阈值时，需要主蒸汽；否则，不需要主蒸汽，并且使用替代气体代替主蒸汽作为辅助介质。在这个最小设计中，控制单元34的控制算法可能是：

1)设定蒸汽/排出气比的正常值，例如S＝1.2。

2)根据如下公式估计实现排出气的无烟操作所需要的主蒸汽流速：

${\stackrel{\·}{m}}_s={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{VG}}\mathrm{SC}---\left(1\right)$

其中，

是排出气质量流速；

是所需要的蒸汽流速；S是前一步骤的蒸汽/排出气比(每lb排出气的lbs蒸汽)；

以及C是安全因子，通常设定为2.0，由无烟操作的估计需求确定。

3)如果前一步骤计算的蒸汽流速等于或大于某阈值，需要主蒸汽；否则，替代气体用作辅助介质。等同地，由于主蒸汽流速是简单地恒量乘以排出气流速，该步骤能够依照排出气流速的阈值来写。

4)如果需要主蒸汽，管理蒸汽控制阀65以实现步骤2)所期望的主蒸汽流速，但不超过下述计算得到的可允许的最大值。

${\stackrel{\·}{m}}_{s,\max }={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{VG}}{\mathrm{SC}}_{\max }---\left(1m\right)$

其中，

是最大可允许的蒸汽流速，C_max是因子，当前设定为3.0，其根据最新EPA管理条例确定

注意，Ineos同意令设定的最大值S*C＝1.2*3＝3.6。也就是说，最大蒸汽/排出气比为3.6。Ineos同意令所需要的200Btu/scf的火炬气的最小净热值(NHVFG)能够容易地由等式(1m)满足。例如，天燃气具有约930Btu/scf的NHV。即使忽略点火器气体时，在天燃气作为排出气时，NHVFG为930/(1+3.6)＝202Btu/scf。当考虑点火器气体时，NHVFG甚至更高，这样超过了Ineos同意令所需要的200Btu/scf。

5)如果替代气体为辅助介质，替代气体的流动由替代气体控制阀79调节以提供足够的空气以便实现无烟操作但不是过多空气，从而导致火炬充气过多。

6)系统保持循环所有上述步骤。

步骤3)中的蒸汽阈值由设计试验或现场试验确定。在现场，步骤3)中的蒸汽阈值能够通过增加排出气流速直到甚至由替代气体推动器所能够运送的最大辅助替代气体流速不再能够实现无烟操作而进行确定。则能够关闭替代气体流动，而能够打开主蒸汽流动。则能够减小主蒸汽的流速，直到主蒸汽的流速稍微大于刚刚足以实现无烟操作。这就是对应于最大替代气体流速的最小流动。例如大型压缩机的大功率的替代气体推动器将使阈值相对大，进而可能不频繁地需求主蒸汽。另一方面，小型鼓风机将使阈值相对小，进而将更频繁地需求主蒸汽。

当排出气流仅包括碳氢化合物且不包括任何惰性气体或氢气时，上述最小设计可能是足够的。在这种情况下，对关于EPA管理条例的最小净热值的违反可能通过在不测量或计算净热值的前提下使用最大蒸汽/排出气比避免。当EPA管理条例进化时，该最小设计可能变得不足以遵守。例如，该控制单元34的最小设计忽视了排出气的气体属性的差异，例如排出气的分子量和排出气产生烟气的倾向。

对于更精密的控制，主蒸汽需要量可能基于排出气的分子量进一步细化。参照API推荐实践521(第4版)(1997年3月出版)(API RecommendedPractice 521(4^th edition)(published in March 1997))第45页的表10的数据，且制成表1以备参考，且在图11中描绘此研究结果，能够看出蒸汽需要量和气体分子量之间的一般趋势。每当在API中给定范围，上限用于保证实现无烟操作。例如，在API521中给定蒸汽需要量0.25-0.30，则0.30用于表1中。一般地，气体的分子量越大，对于给定的气体流速，无烟操作需要的蒸汽越多。由于对于特定排出气的蒸汽需要量取决于除排出气的分子量外的因子，包括气体类型(烷烃、烯烃、双烯烃、乙炔、芳香烃等)、排出气离开速度、蒸汽离开速度、火炬头设计以及排出气流中是否具有惰性气体或氢气，该细化具有其自身的限制。然而，如果1)排出气仅仅包括碳氢化合物，2)排出气流中不具有惰性气体，以及3)排出气包括在体积上小于85％的氢气，基于分子量的该细化在减小蒸汽消耗方面是有用的。如果是下述算法，能够满足排出气和火炬气的最小净热值。限制氢气是因为氢气具有较低的热值(LHV)，290Btu/scf，这低于40C .F.R.§60.18蒸汽和空气辅助的火炬(40C.F.R.§60.18 for steam and air assisted flares)所需要的排出气净热值(NHV)的最小值300Btu/scf。2％甲烷的混合物或具有98％氢的任何其他碳氢化合物足以将排出气的净热值提高到超过300Btu/scf阈值以达到适用需要量。15％甲烷的混合物或具有85％氢的任何其他碳氢化合物足以将排出气的净热值提高到超过Ineos同意令所需要的385Btu/scf。具有85％氢气的15％甲烷的混合物具有分子量大约为4。

在本研究中提议使用排出气的分子量的相互关系估计蒸汽需要量。所述相互关系在图11中显示为实线。该曲线用如等式2a中的多项式解析地表达。分子量超过106时，该曲线用如等式2b的直线进行插值。在图11中，实线经过表示具有分子量小于或等于106的气体的点，并且具有表1中的介质冒烟倾向。

在本改进的设计中，控制单元34可以基于下述算法确定主蒸汽的需求：

1)基于排出气流的分子量，使用等式2a和2b估计主蒸汽需要量：

S＝-7.19×10^-5×MW²+0.0168×MW+0.0266  如果4＜MW＜106(2a)

S＝0.00357×MW+0.6216  如果MW＞＝106                 (2b)

2)使用等式3估计实现排出气的无烟操作所需要的主蒸汽流速。

${\stackrel{\·}{m}}_s={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{VG}}\mathrm{SC}---\left(3\right)$

其中，是排出气质量流速；

是所需要的蒸汽流速；

S是前一步骤的蒸汽与排出气的比(每lb的排出气的lbs的蒸汽)；

以及C是安全因子，通常设定为2.0，由无烟操作所估计的需求确定。

3)如果步骤2)中所需要的主蒸汽流速等于或大于特定阈值，需要主蒸汽；否则使用替代气体作为辅助介质。

4)如果需要主蒸汽，管理蒸汽控制阀65以实现根据步骤2)的所期望的主蒸汽流速，但不超过根据下述计算得到的可允许的最大值：

${\stackrel{\·}{m}}_{s,\max }={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{VG}}S{C}_{\max }---\left(3m\right)$

其中，

是最大可允许的蒸汽流速，和C_max是根据最新EPA管理条例所确定的因子。根据Ineos同意令中的蒸汽/排出气比限值，SC_max应不大于3.6，当根据Ineos同意令概述的公式和程序计算火炬气的净热值时，对C_max施加进一步的限值。

5)如果替代气体用作辅助介质，调节替代气体的流动以提供足够的空气，以便实现无烟操作，但不是过多的空气而导致过度充气。

6)系统保持循环经过所有步骤。

除来自流动传感器130和蒸汽流动传感器142的排出气流速和主蒸汽流速外，控制单元34还接收来自分子量装置传感器150的分子量信号。在替代实施例中，排出气流速和排出气的分子量由测量这两个参数的整体传感器测量，例如，GE Panametrics火炬气测量计型号GF868。

表1.API 521蒸汽需要量(每磅气体的蒸汽的磅数)

^*甲烷为作者所添加。对于蒸汽需要量的提议相互关系对分子量小于26的气体线性插值。

图11的附图显示作为排出气流分子量函数的每API521的主蒸汽需要量数据的上限和用实线表示的提议的相互关系。

排出气可包括惰性气体和氢气的广义情况的控制逻辑算法如下。为了与例如40C.F.R.§60.18和最近EPA管理条例中的最小净热值一致，控制单元34能够考虑排出气流速，排出气分子量和排出气净热值。在该广义形式下，控制单元34接收所有下述输入信号：来自传感器130的排出气流速、来自传感器142的主蒸汽流速、来自传感器150的排出气分子量和来自传感器154的排出气的净热值。

在该进一步的改进设计中，控制单元34可基于下述算法确定主蒸汽的需求：

1)比较来自传感器154的排出气的净热值与EPA管理条例所需要的排出气的最小净热值(例如，包括40CFR§60.18和Ineos同意令)。如果排出气的测量的净热值小于管理条例所允许的，燃料气体控制阀160打开(如果还没有打开)和进行调节，以调整富集燃料气体喷射率，从而排出气的测量的净热值与所有EPA管理条例一致。

2)基于排出气流的分子量，使用等式4a和4b估计所主蒸汽需要量。

S＝-7.19×10^-5×MW²+0.0168×MW+0.0266  如果MW＜106  (4a)

S＝0.00357×MW+0.6216                  如果MW＞＝106(4b)

3)估计实现无烟操作所需要的主蒸汽流速。

${\stackrel{\·}{m}}_s={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{VG}}\mathrm{SCF}---\left(5\right)$

其中，

是所需要的主蒸汽流速；

是排出气质量流速；S是前一步骤估计的蒸汽/排出气比；和C是安全因子，常常设定为2.0，由无烟操作所估计的需求确定。F是排出气的NHV的校正系数，范围为0到1之间。

$F=\frac{{\mathrm{NHVVG}}_{\mathrm{measured}}-{\mathrm{NHVFG}}_{\min }}{{\mathrm{NHVVG}}_{\mathrm{ref}}-{\mathrm{NHVFG}}_{\min }}$ 如果NHVVG＜＝NHVVG_ref(6)

其中，NHVVG_ref是参考气体的净热值，参考气体为其分子量与排出气的分子量相同的典型的碳氢化合物。参考气体的净热值可以使用下述等式估计：

NHVVG_ref＝48MW+151(Btu/scf)   (7)

NHVFG是待燃烧的排出气的净热值，NHVFG_min是适用管理条例所需要的火炬气的最小净热值，或例如火炬卖方和/或火炬操作员所采用的良好工程实践的其他需要量。在当前，NHVFG_min＝200Btu/scf，但是考虑到Ineos同意令第24(d)段，可能很快进行改变。

修正系数F试图保证火炬气的NHV总是大于所需要的最小值。从等式6可知，当NHVVG接近NHVFG时，修正系数接近零。

4)如果主蒸汽流速等于或大于特定阈值，需要主蒸汽；否则使用替代气体作为辅助介质。该阈值由设计试验或现场试验确定。例如，该阈值能够通过增加排出气流速确定，直到甚至替代气体推动器所能够运送的最大量辅助替代气体不再能实现无烟操作。一旦出现这种现象，断开替代气体的流动，接通主蒸汽的流动。主蒸汽流速则减小，直到它刚刚足以或稍微大于刚刚足以实现无烟操作的需要。

5)如果需要主蒸汽，管理阀65以实现根据步骤2)的所期望的主蒸汽流速，但不超过根据下述计算的最大可允许值：

${\stackrel{\·}{m}}_{s,\max }={\stackrel{\·}{m}}_{\mathrm{VG}}{\mathrm{SC}}_{\max }F---\left(5m\right)$

其中，

是最大可允许的蒸汽流速，和C_max是根据最新EPA管理条例确定的因子。例如，根据Ineos同意令中的蒸汽/排出气比限值，SC_maxF应不大于3.6，当根据Ineos同意令概述的公式和程序计算NHVFG时，能够适用C_max的进一步限值。

6)所述系统保持循环经历所有这些前述步骤。

如果因为一些原因不满足上述控制算法(由于可能过于严格的管理条例)，控制算法可包括细微协调的机构，其包括但不限于：气体色谱分析(GC)数据的输入，基于人眼对火炬火焰的可见检验的输入和安全因子C的手动调整。

在NHVFG的计算中，点火器气体的热容量能够输送到控制单元34。然而，在本发明中，只有当排出气流动高，且相比而言，点火器气体流动小时才使用蒸汽。因此，为了简化，点火器气体的热容量可以忽略。

这样，本发明很好地适用于执行该目的，获得这里所述的以及它们所固有的结果和优点。

Claims (54)

1.一种操作火炬总成的方法，所述火炬总成接收流速变化的废气流，传导排出气流到火炬头，排放所述排出气流通过所述火炬头进入大气中的燃烧区域，排放主蒸汽通过蒸汽喷射器组件进入所述燃烧区域并且在燃烧区域燃烧火炬气，包括：

a.提供替代气体源；

b.提供主蒸汽源；

c.接收所述废气流；

d.确定所述排出气流的流速；

e.将所述排出气流通过所述火炬头排放到燃烧区域中；

f.在燃烧区域中点燃和燃烧火炬气；

g.确定将主蒸汽喷射到燃烧区域中是否是实现无烟操作所必需的；

h.如果在步骤(g)中确定将主蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的，执行下述步骤：

i.如果替代气体正在通过蒸汽喷射器组件排放到所述燃烧区域中，关闭通过蒸汽喷射器组件流入燃烧区域中的替代气体的流动；

ii.将主蒸汽通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中；

iii.确定通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中的主蒸汽的流速，

iv.调节通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域中的所述主蒸汽的流速以实现无烟操作；以及

i.如果在步骤(g)中确定主蒸汽喷射到燃烧区域不是实现无烟操作所必需的，执行下述步骤：

i.如果主蒸汽正在通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中，关闭通过蒸汽喷射器组件流入燃烧区域中的主蒸汽的流动；

ii.将替代气体通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中；以及

iii.在将所述替代气体通过所述蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域之前，加热所述替代气体。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

如果在步骤(g)中确定将主蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的，所述方法还包括如下步骤，即计算通过所述蒸汽喷射器组件排放到所述燃烧区域中的主蒸汽的最大可允许流速，并且根据步骤(h)(iv)调节通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域中的所述主蒸汽的流速以实现无烟操作且避免蒸汽的流速超过蒸汽的最大可允许流速。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

基于关于火炬安装地的火炬总成操作的管理条例，计算通过所述蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的所述蒸汽的最大可允许流速。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

如果在步骤(g)中确定将蒸汽喷射到燃烧区域使实现无烟操作所必需的；

确定允许的最大蒸汽/排出气比；以及

基于所述排出气流的流速和所述最大蒸汽/排出气比，计算通过所述蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的所述蒸汽的最大可允许流速。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

如果在步骤(g)中确定蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的：

确定所述碳氢化合物的流速；

确定允许的最大蒸汽/碳氢化合物比；以及

基于所述碳氢化合物的流速和所述最大蒸汽/碳氢化合物比，计算通过所述蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的所述蒸汽的最大可允许流速。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

如果在步骤(g)中确定蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的：

确定所述火炬气的最小可允许的净热值；以及

基于所述排出气流的流速和所述火炬气的最小可允许的净热值，计算通过所述蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的所述蒸汽的最大可允许流速。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

如果在步骤(g)中确定蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的：

确定所述排出气流的分子量；以及

基于所述排出气流的流速和所述分子量，计算通过所述蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的所述蒸汽的最大可允许流速。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

如果在步骤(g)中确定蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的：

确定所述排出气流的净热值；以及

基于所述排出气流的流速和所述排出气的净热值，计算通过所述蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的所述蒸汽的最大可允许流速。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

如果在步骤(g)中确定蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的：

确定所述排出气流的分子量；

确定所述排出气流的净热值；以及

基于所述排出气流的流速与所述排出气流的分子量和净热值，计算通过所述蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的所述蒸汽的最大可允许流速。

10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述方法还包括步骤：

确定所述排出气流的实际净热值；以及

确定所述排出气流的最小可允许的净热值；以及

如果所述排出气流的实际净热值小于所述排出气流的最小可允许的净热值，向所述排出气流添加一定量的富集燃料气体，其中，所述添加的富集燃料气体的量足以使所述排出气流的实际净热值增大到至少与所述排出气流的最小可允许的净热值一样高的水平。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

当替代气体选自空气、与补充蒸汽混合的空气和与除补充蒸汽外的气体混合的空气的组时，所述替代气体用作推动流体以将空气吸引到所述蒸汽喷射器组件中。

12.一种操作火炬总成的方法，所述火炬总成接收变化流速的废气流，传导排出气流到火炬头，将所述排出气流通过所述火炬头排放进入大气中的燃烧区域，将主蒸汽通过蒸汽喷射器组件排放进入燃烧区域，以及在燃烧区域燃烧火炬气，包括：

a.提供替代气体源；

b.提供主蒸汽源；

c.接收所述废气流；

d.确定所述排出气流的流速；

e.将所述排出气流通过所述火炬头排放到燃烧区域中；

f.在燃烧区域中点燃和燃烧火炬气；

g.确定将主蒸汽喷射到燃烧区域中是否是实现无烟操作所必需的；

h.如果在步骤(g)中确定将主蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的，执行下述步骤：

i.如果替代气体正在通过蒸汽喷射器组件排放到所述燃烧区域中，关闭通过蒸汽喷射器组件流入燃烧区域中的替代气体的流动；

ii.通过蒸汽喷射器组件将主蒸汽排放到燃烧区域中；

iii.确定通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中的主蒸汽的流速；

iv.计算通过所述蒸汽喷射器组件排放到所述燃烧区域中的主蒸汽的最大可允许流速；以及

v.调节通过蒸汽喷射器组件进入燃烧区域中的所述主蒸汽的流速以实现无烟操作并且避免蒸汽的流速超过蒸汽的最大可允许流速；以及

i.如果在步骤(g)中确定主蒸汽喷射到燃烧区域对实现无烟操作不是必需的，执行下述步骤：

i.如果主蒸汽正在通过蒸汽喷射器组件排放到燃烧区域中，关闭通过蒸汽喷射器组件流入燃烧区域中的主蒸汽的流动；

ii.通过蒸汽喷射器组件将替代气体排放到燃烧区域中。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

基于关于所述火炬总成安装地的火炬总成操作的适用管理条例，确定通过所述蒸汽喷射器组件进入所述燃烧区域的所述蒸汽的最大可允许流速。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

如果在步骤(g)中确定将蒸汽喷射到燃烧区域使实现无烟操作所必需的；

确定允许的最大蒸汽/排出气比；以及

基于所述排出气流的流速和所述最大蒸汽/排出气比，计算通过所述蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的所述蒸汽的最大可允许流速。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，

基于关于所述火炬总成安装地的火炬总成操作的适用管理条例，确定所述最大蒸汽/排出气比。

16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

如果在步骤(g)中确定蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的：

确定所述碳氢化合物的流速；

确定允许的最大蒸汽/碳氢化合物比；以及

基于所述碳氢化合物的流速和所述最大蒸汽/碳氢化合物比，计算通过所述蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的所述蒸汽的最大可允许流速。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，

基于关于所述火炬总成安装地的火炬总成操作的适用管理条例，确定所述最大蒸汽/碳氢化合物比。

18.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

如果在步骤(g)中确定蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的：

确定所述火炬气的最小可允许的净热值；以及

基于所述排出气流的流速和所述火炬气的最小可允许的净热值，计算通过所述蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的所述蒸汽的最大可允许流速。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，

如果在步骤(g)中确定蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的：

确定所述排出气流的分子量；

确定所述排出气流的净热值；以及

基于所述排出气流的流速和所述排出气的分子量与净热值，计算通过所述蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的所述蒸汽的最大可允许流速。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，

基于关于所述火炬总成安装地的火炬总成操作的适用管理条例，确定所述火炬气的最小可允许的净热值。

21.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

如果在步骤(g)中确定蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的：

确定所述排出气流的分子量；以及

基于所述排出气流的流速和所述分子量，计算通过所述蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的所述蒸汽的最大可允许流速。

22.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

如果在步骤(g)中确定蒸汽喷射到燃烧区域中是实现无烟操作所必需的：

确定所述排出气流的净热值；以及

基于所述排出气流的流速和所述排出气的净热值，计算通过所述蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的所述蒸汽的最大可允许流速。

23.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

所述方法还包括步骤：

确定所述排出气流的实际净热值；以及

确定所述排出气流的最小可允许的净热值；以及

如果所述排出气流的实际净热值小于所述排出气流的最小可允许的净热值，向所述排出气流添加一定量的富集燃料气体，其中，所述添加的富集燃料气体的量足以使所述排出气流的实际净热值增大到至少与所述排出气流的最小可允许的净热值一样高的水平。

24.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，

当替代气体选自空气、与补充蒸汽混合的空气和与除补充蒸汽外的气体混合的空气的组时，所述替代气体用作推动流体以将空气吸引到所述蒸汽喷射器组件中。

25.一种接收变化流速的废气流的火炬总成，包括：

用于传导排出气流的火炬竖管；

附接到所述火炬竖管的火炬头，用于将排出气流排放到大气中的燃烧区域中且在所述燃烧区域燃烧火炬气；

与所述火炬头相关联的蒸汽喷射器组件，所述蒸汽喷射器组件包括：

蒸汽竖管，所述蒸汽竖管具有下部部分和上部部分，所述蒸汽竖

管的下部部分包括第一流体入口和第二流体入口；以及

蒸汽喷射喷嘴，所述蒸汽喷射喷嘴流体地连接到所述蒸汽竖管的上部部分，用于将主蒸汽喷射到所述燃烧区域中；

蒸汽传送导管，所述蒸汽传送导管在一端流体地连接到主蒸汽源，且在另一端连接到所述蒸汽竖管的所述第一流体入口，所述蒸汽传送导管流体地连接到蒸汽控制阀，用于控制通过所述蒸汽竖管的主蒸汽的流动；

替代气体传送导管，所述替代气体传送导管在一端流体地连接到替代气体源，且在另一端连接到所述蒸汽竖管的所述第二流体入口，所述替代气体传送导管流体地连接到替代气体控制阀，用于控制通过所述蒸汽竖管的替代气体的流动；

控制单元，其连接到所述火炬总成，用于控制所述蒸汽控制阀和所述替代气体控制阀；以及

加热组件，所述加热组件附接到所述替代气体导管和所述蒸汽竖管中的一个，用于加热穿过所述蒸汽竖管导管的替代气体。

26.根据权利要求25所述的火炬总成，其特征在于，

所述火炬总成还包括与所述火炬竖管相关联的流动传感器，用于检测所述排出气流的流速。

27.根据权利要求26所述的火炬总成，其特征在于，

所述控制单元响应所述排出气流的流速。

28.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，

所述控制单元能够计算通过所述蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的主蒸汽的最大可允许流速，并且调节通过所述蒸汽喷射器组件进入燃烧区域的所述主蒸汽的流速以避免蒸汽流速超过所述蒸汽的最大可允许的流速。

29.根据权利要求28所述的火炬总成，其特征在于，

所述火炬总成还包括与所述蒸汽竖管相关联的流动传感器，用于检测通过所述蒸汽喷射器组件排放进入燃烧区域的所述主蒸汽的流速。

30.根据权利要求28所述的火炬总成，其特征在于，

所述控制单元能够基于所述排出气流的流速和关于所述火炬总成安装地的火炬总成操作的适用管理条例，计算所述主蒸汽的最大可允许流速。

31.根据权利要求30所述的火炬总成，其特征在于，

所述控制单元能够基于所述排出气流的流速和允许的最大蒸汽/排出气比，计算所述主蒸汽的最大可允许流速。

32.根据权利要求28所述的火炬总成，其特征在于，

所述火炬总成还包括用于确定所述排出气流的分子量的装置，其与所述火炬竖管相关联。

33.根据权利要求32所述的火炬总成，其特征在于，

所述控制单元能够基于所述排出气流的流速和所述排出气流的分子量，计算所述主蒸汽的最大可允许流速。

34.根据权利要求25所述的火炬装置，其特征在于，

所述火炬装置还包括替代气体推动器，其连接到所述替代气体传送导管，用于使所述替代气体从所述替代气体源流动通过所述替代气体传送导管，进入所述蒸汽竖管。

35.根据权利要求34所述的火炬装置，其特征在于，

所述替代气体推动器是风扇。

36.根据权利要求35所述的火炬装置，其特征在于，

所述替代气体推动器是具有变频器的风扇。

37.根据权利要求34所述的火炬装置，其特征在于，

所述替代气体推动器是引射器。

38.根据权利要求37所述的火炬装置，其特征在于，

所述引射器使用蒸汽作为推动流体。

39.根据权利要求38所述的装置，其特征在于，

所述装置还包括与所述替代气体传送导管相关联的冷凝单元，用于从所述替代气体传送导管所传送的替代气体中去除湿气。

40.根据权利要求25所述的装置，其特征在于，

所述蒸汽控制阀和所述替代气体控制阀是相互独立的，并且分别配置在所述蒸汽传送导管和所述替代气体传送导管中。

41.根据权利要求25所述的火炬装置，其特征在于，

所述蒸汽控制阀和所述替代气体控制阀组合在一起成为配置在所述蒸汽竖管中的三通阀。

42.一种接收变化流速的废气流的火炬总成，包括：

用于传导排出气流的火炬竖管；

附接到所述火炬竖管的火炬头，用于将排出气流排放到大气中的燃烧区域中且在所述燃烧区域燃烧火炬气；

与所述火炬头相关联的蒸汽喷射器组件，所述蒸汽喷射器组件包括：

蒸汽竖管，所述蒸汽竖管具有下部部分和上部部分；所述蒸汽竖管的下部部分包括第一流体入口和第二流体入口；以及

蒸汽喷射喷嘴，所述蒸汽喷射喷嘴流体地连接到所述蒸汽竖管的上部部分，用于将主蒸汽喷射到所述燃烧区域中；

蒸汽传送导管，所述蒸汽传送导管在一端流体地连接到主蒸汽源，且在另一端连接到所述蒸汽竖管的所述第一流体入口，所述蒸汽传送导管流体地连接到蒸汽控制阀，用于控制通过所述蒸汽竖管的主蒸汽的流动；

替代气体传送导管，所述替代气体传送导管在一端流体地连接到替代气体源，且在另一端连接到所述蒸汽竖管的所述第二流体入口，所述替代气体传送导管流体地连接到替代气体控制阀，用于控制通过所述蒸汽竖管的替代气体的流动；

与所述火炬竖管相关联的流动传感器，用于检测所述排出气流的流速；以及

连接到所述火炬总成的控制单元，用于控制所述蒸汽控制阀和替代气体控制阀，所述控制单元响应所述排出气流的流速，并且能够计算通过所述蒸汽喷射器组件进入所述燃烧区域的主蒸汽的最大可允许流速，且调节通过所述蒸汽喷射器组件进入所述燃烧区域中的主蒸汽的流速以避免蒸汽的流速超过所述蒸汽的最大可允许的流速。

43.根据权利要求42所述的火炬总成，其特征在于，

所述火炬总成还包括与所述蒸汽竖管相关联的流动传感器，用于检测通过所述蒸汽喷射器组件排放进入燃烧区域的主蒸汽的流速。

44.根据权利要求42所述的火炬总成，其特征在于，

所述控制单元能够基于所述排出气流的流速和关于的所述火炬总成安装地火炬总成操作的适用管理条例，计算所述主蒸汽的最大可允许流速。

45.根据权利要求44所述的火炬总成，其特征在于，

所述控制单元能够基于所述排出气流的流速和允许的最大蒸汽/排出气比，计算所述主蒸汽的最大可允许流速。

46.根据权利要求42所述的火炬总成，其特征在于，

所述火炬总成还包括用于确定所述排出气流的分子量的装置，其与所述火炬竖管相关联。

47.根据权利要求46所述的火炬总成，其特征在于，

所述控制单元能够基于所述排出气流的流速和所述排出气流的分子量，计算所述主蒸汽的最大可允许流速。

48.根据权利要求42所述的火炬装置，其特征在于，

所述火炬装置还包括替代气体推动器，其连接到所述替代气体传送导管，用于使所述替代气体从所述替代气体源流动通过所述替代气体传送导管，进入所述蒸汽竖管。

49.根据权利要求48所述的火炬装置，其特征在于，

所述替代气体推动器是风扇。

50.根据权利要求48所述的火炬装置，其特征在于，

所述替代气体推动器是具有变频器的风扇。

51.根据权利要求48所述的火炬装置，其特征在于，

所述替代气体推动器是使用蒸汽作为推动流体的引射器。

52.根据权利要求51所述的装置，其特征在于，

所述装置还包括与所述替代气体传送导管相关联的冷凝单元，用于从所述替代气体传送导管所传送的替代气体中去除湿气。

53.根据权利要求42所述的装置，其特征在于，

所述蒸汽控制阀和所述替代气体控制阀是相互独立的，并且分别配置在所述蒸汽传送导管和所述替代气体传送导管中。

54.根据权利要求42所述的火炬装置，其特征在于，

所述蒸汽控制阀和所述替代气体控制阀组合在一起成为配置在所述蒸汽竖管中的三通阀。

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