CN102901098A - 地面火炬多头高效预混型燃烧系统 - Google Patents

Abstract

一种地面火炬多头高效预混型燃烧系统，它包括输气总管（2），其特征是所述的输气总管（1）连接有至少两个下配气支管（3）和至少两个上配气支管（4）；下配气支管上均安装有喷嘴（15），喷嘴安装有预混室（5），预混室由渐缩进气管（6）和圆柱管组成，渐缩进气管罩装在喷嘴上，其小端与圆柱管的下端相连通，圆柱管的上端为预混气体出口（7）并安装有点火器（11）；上配气支管的出气端与环管（8）相连通，环管上设有喷孔（9）；在输气总管的出口端上安装有顶部环管（13），顶部环管与蒸气输气管（12）相连通，在顶部环管上设有起到增加空气混合和提高消烟性能的蒸汽喷嘴（14）。本发明能提高预混比例，提高燃烧效率。

Description

地面火炬多头高效预混型燃烧系统

技术领域

本发明涉及一种石化设备，尤其是一种火炬气燃烧装置，具体地说是一种地面火炬多头高效预混型燃烧系统。

背景技术

目前，石油化工装置和炼油装置加工大量烃类物质，在正常生产和事故时均不可避免地要排放相当量易燃易爆物料，为了防止火灾及爆炸事故发生，保证设备和人身安全，均须设置火炬系统处理排放出的易燃易爆物质。火炬系统由火炬气收集管网和火炬装置组成。一般来说，各火炬支干管汇入火炬气总管，通过总管将火炬气送到界区外的火炬。

火炬的主要作用为安全输送和燃烧处理掉装置正常生产情况下排放出的多余的易燃易爆气体；处理装置试车、开车、停车时产出的易燃易爆气体；因事故造成无法继续生产或者部分流程中断时必须将整个流程或主要设备中的可燃气体紧急排放到火炬系统并通入不燃性气体以保证人身和装置的安全。

在许多应用场合，由于火炬所在地周围环保的要求，需要产生较短的火焰面并能燃烧处理大流量的燃料。因此地面火炬的优势就在于在给定时间内燃料废气的处理量变化范围较大。同时为了适应废气体积的变化并实现无烟燃烧，火炬系统中使用了多级燃烧器。每级燃烧器的流动由控制系统引导，通过这种方式可以供应给每个燃烧器足够的压力，以确保卷吸足够的空气并与燃料废气充分混合，以确保在应用范围内无烟燃烧。

地面火炬通常指封闭火炬，但也包括开放式多燃烧器火炬，主要根据事故泄放量来选择。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、引火器及其点燃器和火焰探测器、密封装置、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，还有封闭体和燃气歧管。地面火炬作为一种极为有效的封闭式废气焚烧系统，具有向四周扩散的热辐射较小、检修方便、最大限度减少对周围环境的空气污染、光污染和噪声污染和占地面积少的特点。地面火炬系统中的燃烧器需要足够紧凑排布以减小系统和包围的围墙的整体尺寸，同时彼此之间不能太靠近从而阻碍空气流动并导致火焰聚集。另外废气流量必须限制在火焰不超过围墙高度的范围内。系统还包括位于每排燃烧器端部的单一引燃装置。

当前地面火炬燃烧器存在易冒黑烟、辅助气体消耗量大、传焰可靠性不足的问题， 

当前使用的地面火炬燃烧器主要有两种类型，一种为包括多个扩散喷嘴用于分配燃料废气并卷吸燃烧所需的空气；另一种为预混型燃烧器（参考美国专利申请号US540362所公开的预混燃烧器，下称专利1）。后者燃料废气通过喷嘴喷入预混合室，在进入预混合室之前卷吸部分空气并与废气在其中进行预混，混合气体从预混合室顶部喷入大气中燃烧，并继续卷吸二次空气完成燃烧过程。

前者产生的整体火焰面中包括燃料的中央密集区，该区域保持稳定直至此火焰面的外部开始燃烧。随着火焰面的外部燃烧，空气才能进入火焰面内部区域完成燃烧过程。这种形式的缺点在于由于各燃料喷流的相互作用，在不引起火焰长度增加或冒烟的情况下，难以增加废气处理量。而增加火焰长度通常需要增加地面火炬围墙高度，这会显著增加建设成本。

后者的特点在于可以有效增大废气处理量，且在处理重碳氢化合物或不饱和气体时具有一定优势。总体上说，预混型火炬燃烧器相比扩散型火炬燃烧器，由于预先混合部分空气，具有低烟、低焰的潜力。

专利1提供了一种预混型火炬燃烧器的形式，其实际的预混处理量只有废气总处理量的15%到50%，只能起到部分预混燃烧的效果；受排放气条件限制，当预混部分的一次空气不足时，由于外围扩散燃烧的气体流量占总处理量比例较高，燃烧后形成的烟气分布于四周造成内部区域二次空气吸入困难，反而影响燃烧效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有的地面预混型火炬气燃烧器预混效果不理想进而影响燃烧效果的问题，设计一种预混比例可高达50-95%，一次空气系数为15-125%的地面火炬多头高效预混型燃烧系统。

本发明的技术方案是：

一种地面火炬多头高效预混型燃烧系统，它包括输气总管2，其特征是所述的输气总管1连接有至少两个下配气支管3和至少两个上配气支管4；所述的每个下配气支管3的出气口上均安装有喷嘴15，喷嘴15上安装有将火炬气与空气进行混合以便于充分燃烧的预混室5，所述的预混室5由渐缩进气管6和圆柱管组成，渐缩进气管6的大端罩装在喷嘴15上，渐缩进气管6的小端与圆柱管的下端相连通，圆柱管的上端为预混气体出口7，预混气体出口7的周围安装有点火器11；所述的上配气支管4的出气端与扩散燃烧用环管8相连通，环管8上设有扩散燃烧用喷孔9；在所述的输气总管2的出口端上安装有顶部环管13，顶部环管13与蒸气输气管12相连通，在顶部环管13上设有起到增加空气混合和提高消烟性能的蒸汽喷嘴14。

所述的预混室5通过支撑板10与输气总管2相连或通过三角支撑架28与下配气支管3相连。

所述的预混室5上端的预混气体出口7中安装有聚火圈48。

所述的喷嘴15为十字形喷嘴，在十字形喷嘴的四个臂45的上端46上设有喷孔47，喷孔47通过内部通道与下配气支管3相连通。

所述的环管8固定在每个预混室5的上端或包络固定在所有预混室5的外侧。

所述的下配气支管3与输气总管2的连接处呈水平连接或倾斜连接。

所述的下配气支管3与输气总管2倾斜连接的倾斜角度为30-60度。

所述的喷孔9轴心线与水平面的夹角为0-90度。

本发明可用于处理各种范围内的可燃废气。预混合喷嘴用于将废气以高速喷入预混合室中，并在此过程中从外界卷吸定量空气与之混合；预混合室包括底部进口、顶部出口和侧壁，空气和废气进口设在底部，混合后的气体出口设在顶部，另外顶部还可设稳焰槽起到稳定火焰作用。做扩散燃烧的废气经过管道分支进入顶部环形管内，并从喷孔中高速喷出燃烧，这一部分火焰起到与邻近燃烧器的传焰作用同时也可起到稳焰作用。管道用来将废气总管输送来的气体分成四个主要分支，每个分支继续分为两个次级分支分别做预混合和扩散燃烧。支撑结构主要用于支撑预混合室和气体环管，可包括斜向支撑和水平支撑。蒸汽辅助系统位于四个预混合室的内侧，环形分布，在中心空气不足的情况下可起到辅助作用，提高燃烧效果。本发明预混合室的底部可包含有渐缩引射结构，增强卷吸空气的能力。预混排放气可采用单喷嘴、分布型多孔喷嘴和康达结构的喷射预混形式。主分支数可为3、4、5、6甚至更多，但因针对处理量、燃烧效果和成本综合考虑。本发明中喷射入预混合室的废气量占废气处理总量的50%-95%范围内，喷入预混气体可以有效降低火焰高度，同时可相应的降低火炬塔强体高度以降低制造成本。本发明包括以此燃烧器为基础的地面火炬，围绕火炬的塔强和废气、蒸汽供应管道。燃烧器布置方式包括横向、纵向、十字星或方形。

本发明的有益效果：

相比专利1的预混比例5%~50%，本发明的预混比例高达50~95%，四周扩散燃烧主要起稳焰和传焰作用，降低了扩散火焰燃烧产生的黑烟和烟幕。

现实中，专利1优选的125%~300%一次空气系数需要很高的排放气压力和设备尺寸成本，在低压地面火炬排放系统缺乏实用性。而在较低的一次空气系数下，专利1燃烧器丧失其所述的性能特征，即火焰高度低、燃烧黑烟少的特征。本发明适应的一次空气系数更广，15%~125%，由于不需要过高的一次空气系数，因此适合更广的排放压力条件（特别是压力较低时）和排放气种类。

本发明采用特殊的多头燃烧形式，提高了火焰外围与空气接触混合的强度之外，各火焰相互吸引形成中心集中火焰区，当一次空气不足时，中心环管蒸汽喷射并卷吸二次空气，直接作用于中心集中火焰的内部，即在总火焰的内部和外围分别形成二次空气混合界面，提高燃烧效果，以此弥补一次空气不足的问题。同时不影响稳焰和传焰效果。

本发明由于采用多头装配形式，除提高火焰与空气的二次接触面积，通过合理的燃烧器尺寸设计和扩散燃烧传焰设计，强化了烧嘴之间的传焰和每套燃烧器间的传焰，从而提高了燃烧器的稳定可靠性。特殊的多头装配和稳焰传焰设计，适应在多种环境风影响下实现可靠的稳焰和传焰。

附图说明

图1是本发明的结构示意图之一。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的原理图。

图4是本发明的结构示意图之二。

图5是图4的工作原理图。

图6是本发明的结构示意图之三。

图7是图6的工作原理图。

图8是本发明的十字形喷嘴的结构示意图。

图9是图8所示喷嘴工作状态俯视图。

图10是本发明的预混器圆柱管中安装聚火圈的结构示意图。

图11是图10的俯视图。

图12是本发明的结构示意图之四。

图13是本发明的结构示意图之五。

图14是本发明的结构示意图之六。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一。

如图1-3、8-11所示。

一种地面火炬多头高效预混型燃烧系统，它包括输气总管2，所述的输气总管2连接有至少两个下配气支管3和至少两个上配气支管4，废气进入管道中被分成两部分，一部分经下配气支管3进入预混合喷嘴，卷吸部分空气进入预混合室混合后进行预混燃烧；另一部分经上配气支管直接进入输气总管2顶部环形喷嘴做扩散燃烧。所述的每个下配气支管3的出气口上均安装有喷嘴15（图2），具体实施时喷嘴15可采用普通喷嘴，也可采用图8、9所示的十字形喷嘴，在十字形喷嘴的四个臂45的上端46上设有喷孔47，喷孔47通过内部通道与下配气支管3相连通。喷嘴15上安装有将火炬气与空气进行混合以便于充分燃烧的预混室5，预混室5通过支撑板10与输气总管2相连，所述的预混室5由渐缩进气管6和圆柱管组成，渐缩进气管6的大端罩装在喷嘴15上，渐缩进气管6的小端与圆柱管的下端相连通，圆柱管的上端为预混气体出口7，预混气体出口7的周围安装有点火器11，预混室5上端的预混气体出口7中安装有增加燃烧效果的聚火圈48（见图10、11）；所述的上配气支管4的出气端与扩散燃烧用环管8相连通，环管8上设有扩散燃烧用喷孔9，所述的喷孔9轴心线与水平面的夹角为0-90度；在所述的输气总管2的出口端上安装有顶部环管13，顶部环管13与蒸气输气管12相连通，在顶部环管13上设有起到增加空气混合和提高消烟性能的蒸汽喷嘴14，如图1所示。

本实施例的工作原理如图3所示，废气气体从上游管道中进入输气总管2的入口16，然后通过入口17和18被分配到配气支管3和4中，一部分气体通过和支管3连接的喷嘴15喷入预混室5中，在此过程中从大气中卷吸一定量空气和废气一同从入口20进入预混室5中，在此充分混合后通过预混室5顶部的出口21喷出进行燃烧，通常这部分气体占废气处理总量的50-95%。另外5%-50%的排放气通过配气支管4进入环形管8内，然后通过喷孔9的出口22喷出直接进行扩散燃烧，这部分气体可以起到稳焰和传焰的作用，因此不能忽略。当处理量较大时蒸汽可通过蒸汽喷嘴14的出口23喷嘴起到增强空气混合和提高消烟性能的作用。24为输气总管的侧壁面、25、26为配气支管的侧壁面、27为预混室的侧壁面。

实施例二。

如图4-5所示。

本实施例与实施例一的区别在于预混室5的固定方式，实施例一通过一块支撑板10与输气总管2相连，而本实施例的预混室则通过三角支撑架28与下配气支管3相连（图4），与图4相配的燃烧器的原理图如图5所示。

实施例三。

如图6-7所示。

本实施例与实施例一、二的区别在于下配气支管3与输气总管2的连接方式由水平连接改为倾斜连接的斜置下配气管32、33，图6中的倾斜角度为45度，具体实施时可根据需要设计成其它角度，如30度、60度等。图6等效的原理图如图7所示。

实施例四。

如图12所示。

本实施例与实施例一、二、三的区别是所述的环管8的形式，实施例一到三中，环管8是固定在每个预混式上端的，而本实施例的环管是包络固定在所有预混室5的外侧的大环管50，其上设有与喷孔9相同的喷孔51，如图12所示，图12中的上配气支管5等效成倾斜安装的配气管49。

实施例五。

如图13所示。

本实施例与实施例一到四的区别在于预混室5的数量为三个。

实施例六。

如图14所示。。

实施例与实施例一到五的区别在于预混室5的数量为六个。

将本实施例一到六的火炬燃烧器可组成地面火炬，地面火炬还应包括围绕火炬燃烧器延伸的墙体、用于将燃料供应至火炬燃烧器的燃料供应管线、长明灯等。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种地面火炬多头高效预混型燃烧系统，它包括输气总管（2），其特征是所述的输气总管（2）连接有至少两个下配气支管（3）和至少两个上配气支管（4）；所述的每个下配气支管（3）的出气口上均安装有喷嘴（15），喷嘴（15）上安装有将火炬气与空气进行混合以便于充分燃烧的预混室（5），所述的预混室（5）由渐缩进气管（6）和圆柱管组成，渐缩进气管（6）的大端罩装在喷嘴（15）上，渐缩进气管（6）的小端与圆柱管的下端相连通，圆柱管的上端为预混气体出口（7），预混气体出口（7）的周围安装有点火器（11）；所述的上配气支管（4）的出气端与扩散燃烧用环管（8）相连通，环管（8）上设有扩散燃烧用喷孔（9）；在所述的输气总管（2）的出口端上安装有顶部环管（13），顶部环管（13）与蒸气输气管（12）相连通，在顶部环管（13）上设有起到增加空气混合和提高消烟性能的蒸汽喷嘴（14）。

2.根据权利要求1所述的地面火炬多头高效预混型燃烧系统，其特征是所述的预混室（5）通过支撑板（10）与输气总管（2）相连或通过三角支撑架（28）与下配气支管（3）相连。

3.根据权利要求1所述的地面火炬多头高效预混型燃烧系统，其特征是所述的预混室（5）上端的预混气体出口（7）中安装有聚火圈（48）。

4.根据权利要求1所述的地面火炬多头高效预混型燃烧系统，其特征是所述的喷嘴（15）为十字形喷嘴，在十字形喷嘴的四个臂（45）的上端（46）上设有喷孔（47），喷孔（47）通过内部通道与下配气支管（3）相连通。

5.根据权利要求1所述的地面火炬多头高效预混型燃烧系统，其特征是所述的环管（8）固定在每个预混室（5）的上端或包络固定在所有预混室（5）的外侧。

6.根据权利要求1所述地面火炬多头高效预混型燃烧系统，其特征是所述的下配气支管（3）与输气总管（2）的连接处呈水平连接或倾斜连接。

7.根据权利要求6所述地面火炬多头高效预混型燃烧系统，其特征是所述的下配气支管（3）与输气总管（2）倾斜连接的倾斜角度为30-60度。

8.根据权利要求1所述地面火炬多头高效预混型燃烧系统，其特征是所述的喷孔（9）轴心线与水平面的夹角为0-90度。

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