CN110017489B - 封闭式地面火炬 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种封闭式地面火炬，主要解决现有技术中地面火炬处理能力低、火焰易冒出筒体以及燃尽率低的问题。本发明通过采用一种封闭式地面火炬，包括火炬气管道、防风墙、地面火炬燃烧器、筒体、燃烧室、耐火支撑体、下固定板、多孔耐火填料、上固定板、保护罩、高温烟气出口、烟道、扰流网，火炬气管道伸入封闭式地面火炬底部的防风墙内，火炬气管道出口设有地面火炬燃烧器，地面火炬筒体内为燃烧室，燃烧室内设有扰流网，燃烧室上部设有烟道，烟道内设有耐火支撑体，烟道与高温烟气出口之间设有多孔耐火填料，多孔耐火填料顶部、底部分别设有上固定板、下固定板的技术方案较好地解决了上述问题，可用于地面火炬中。

Description

封闭式地面火炬
技术领域
本发明涉及一种无焰封闭式地面火炬，用于安全、高效、环保燃烧处理装置在开停工、生产波动等状况下产生的可燃气体。
背景技术
放空火炬按照燃烧器是否远离地面可分为地面火炬和高架火炬。地面火炬又可以按照处理量的大小分为开放式地面火炬和封闭式地面火炬。
高架火炬占地面积较大，对一些用地紧张的新建或改扩建石化企业/天然气站场，存在征地、检维修困难等问题，而采用封闭式地面火炬，既可解决占地和检维修问题，又可以降低火焰光污染及VOCs排放，减少对周边社区影响及环境污染。
近年来，由于封闭式地面火炬设计不合理，封闭式地面火炬火焰冒出筒体的事故时有发生，而封闭式地面火炬位于装置区，给周边装置带来安全隐患。
同时，封闭式地面火炬火焰冒出筒体，造成光污染，易引起周边居民投诉，给企业造成了不良的社会影响。
为此，本发明提供一种新型无焰封闭式地面火炬，在装置大流量排放时，确保燃烧火焰控制在地面火炬筒体内，达到安全环保目的。
《HAZOP在封闭式地面火炬设计上的应用》(王鹏等，安全、健康和环境，2014年第14卷第8期)通过HAZOP分析的方法分析封闭式地面火炬流量大偏差引起的冒黑烟、火焰超过筒体，造成周边热辐射超高等后果，但现有的安全措施只有(1)两座地面火炬设计总处理能力为220t/h，单一事故工况下泄放最大量为泄放172t/h，具有一定余量；(2)设有消烟蒸汽；(3)火炬周边设有消防水炮。没有从封闭式地面火炬本身的结构设计来解决火炬气流量过大造成的后果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中地面火炬处理能力低、火焰易冒出筒体以及燃尽率低的问题，提供一种新的封闭式地面火炬，具有地面火炬处理能力高、火焰不易冒出筒体以及燃尽率高的优点。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种封闭式地面火炬，包括火炬气管道、防风墙、地面火炬燃烧器、筒体、燃烧室、耐火支撑体、下固定板、多孔耐火填料、上固定板、保护罩、高温烟气出口、烟道、扰流网，火炬气管道伸入封闭式地面火炬底部的防风墙内，火炬气管道出口设有地面火炬燃烧器，地面火炬筒体内为燃烧室，燃烧室内设有扰流网，燃烧室上部设有烟道，烟道内设有耐火支撑体，烟道与高温烟气出口之间设有多孔耐火填料，多孔耐火填料顶部、底部分别设有上固定板、下固定板。
上述技术方案中，优选地，地面火炬燃烧器顶部喷嘴设置在筒体内部，筒体下边缘外设置有防风墙；火炬气在筒体内的燃烧室进行分级燃烧，燃烧完的烟气从高温烟气出口和烟道中排出。
上述技术方案中，优选地，防风墙直径与筒体直径之比为1.2～2。
上述技术方案中，优选地，高温烟气出口上部设有保护罩，防止污染物堵塞多孔耐火填料。
上述技术方案中，优选地，扰流网内为高温陶瓷材料，耐温1600℃，内设燃烧孔5-15个，扰流网设置在筒体1/2-2/3高处。
上述技术方案中，优选地，防风墙高度与筒体高度之比为0.08～0.15。
上述技术方案中，优选地，耐火支撑体高度与筒体高度之比为0.02～0.05。
上述技术方案中，优选地，上固定板、下固定板为十字支撑板，用来支撑多孔耐火填料，防止高速的烟气破坏多孔耐火材料。
上述技术方案中，优选地，多孔耐火填料厚度为0.5m-1m，内部为圆孔或者方孔，圆孔直径为3mm-10mm，方孔边长为3mm-10mm，孔隙度为60％-80％。
本发明提及到的一种无焰封闭式地面火炬，相比于与目前封闭式地面火炬，在大流量排放时可将火焰控制在地面火炬筒体内，实现火炬气安全燃烧，火焰高度低，火炬气燃尽率高，确保火炬气环保燃烧；热辐射＞1.58kW/m2，范围较小，可以更加节约用地面积，取得了较好的技术效果。
附图说明
图1为本专利封闭式地面火炬结构示意图；
图2是A-A俯视图；
图3为B-B截面的俯视图。
图1-3中：1.火炬气管道；2.防风墙；3.地面火炬燃烧器；4.筒体；5.燃烧室；6.耐火支撑体；7.下固定板；8.多孔耐火填料；9.上固定板；10.保护罩；11.高温烟气出口；12.烟道；13.扰流网。
下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。
具体实施方式
【实施例1】
一种封闭式地面火炬，如图1-3所示，包括：
1.火炬气管道。
2.防风墙，燃烧时从防风墙边缘处进风，防止风吹灭燃烧器火焰。
3.地面火炬燃烧器，用于燃烧装置泄放的火炬气。
4.筒体，用于阻挡火焰和热辐射，降低燃烧对周边装置的影响。
5.燃烧室，燃烧区域。
6.耐火支撑体，用于支撑多孔耐火填料，高度为0.5m。
7.下固定板，十字支撑板，用来支撑多孔耐火填料。
8.多孔耐火填料，厚度为0.5m，内部为圆孔，圆孔直径为3mm，方孔边长为3mm，孔隙度为60％。
9.上固定板，十字支撑板，用来固定多孔耐火材料。
10.保护罩，防止灰尘、杂质等污染物堵塞多孔耐火填料。
11.高温烟气出口。
12.烟道，燃烧尾气出口。
13.扰流网，高温陶瓷材料，可长期耐温1600℃，内设燃烧孔5个，扰流网设置在筒体1/2高处。
防风墙直径与筒体直径之比为1.2。防风墙高度与筒体高度之比为0.08。耐火支撑体高度与筒体高度之比为0.02。地面处热辐射为0.5kW/m2。
当火炬气流量较小时，火炬气在筒体内的燃烧室进行分级燃烧。
火炬气流量较大时，燃烧气流通过扰流网后，部分气流被扰流网遮挡后形成高温回流区，部分气流通过扰流网后被分成多股气流，这些都可以促使可燃气体充分燃烧，降低火焰高度。同时，扰流网内炽热的高温陶瓷还可以促进燃烧反应，确保火焰保持稳定，提高火炬气燃尽率。
一旦火炬气流量超过最大处理量时，燃烧室内空气不足，燃烧火焰高度将超出筒体。此时多孔耐火材料起到消焰作用。
下固定板和上固定板用于支撑多孔耐火填料，防止高速的烟气破坏多孔耐火材料。
保护罩作用是防止灰尘、杂质等污染物堵塞多孔耐火填料。
火炬气通过火炬气管道到燃烧器进行分级燃烧。燃烧器设置在筒体内部。筒体下边缘外设置有防风墙。火炬气在筒体内的燃烧室进行分级燃烧。燃烧完的烟气从高温烟气出口和烟道中排出。
下固定板和上固定板用于支撑多孔耐火填料，防止高速的烟气破坏多孔耐火材料。
保护罩作用是防止灰尘、杂质等污染物堵塞多孔耐火填料。
扰流网作用是燃烧气流产生扰动，以便燃烧反应更加充分，降低火焰高度。
(1)火炬气流量较小时，有足够的空气绕过防风墙进入燃烧室内，地面火炬燃烧器的火焰在燃烧室内。
(2)火炬气流量较大时，燃烧气流通过扰流网后，部分气流被扰流网遮挡后形成高温回流区，部分气流通过扰流网后被分成多股气流，这些都可以促使可燃气体充分燃烧，降低火焰高度。同时，扰流网内炽热的高温陶瓷还可以促进燃烧反应，确保火焰保持稳定，提高火炬气燃尽率。
(3)一旦火炬气流量超过最大处理量时，燃烧室内空气不足，燃烧火焰高度将超出筒体。此时多孔耐火材料起到消焰作用。其原理为：燃烧并不是分子间直接反应,而是受外来能量的激发,分子键遭到破坏,产生活化分子,活化分子又分裂为寿命短但却很活泼的自由基,自由基与其它分子相撞,生成新的产物,同时也产生新的自由基再继续与其它分子发生反应。当燃烧的可燃气通过多孔耐火填料的狭窄通道时,自由基与通道壁的碰撞几率增大,参加反应的自由基减少，并最终使得燃烧反应不能继续进行,也即火焰不能通过多孔耐火填料继续向上蔓延。
【实施例2】
一种封闭式地面火炬，如图1-3所示，包括：
1.火炬气管道。
2.防风墙，燃烧时从防风墙边缘处进风，防止风吹灭燃烧器火焰。
3.地面火炬燃烧器，用于燃烧装置泄放的火炬气。
4.筒体，用于阻挡火焰和热辐射，降低燃烧对周边装置的影响。
5.燃烧室，燃烧区域。
6.耐火支撑体，用于支撑多孔耐火填料，高度为1m。
7.下固定板，十字支撑板，用来支撑多孔耐火填料。
8.多孔耐火填料，厚度为1m，内部为圆孔或者方孔，圆孔直径为10mm，方孔边长为10mm，孔隙度为80％。
9.上固定板，十字支撑板，用来固定多孔耐火材料。
10.保护罩，防止灰尘、杂质等污染物堵塞多孔耐火填料。
11.高温烟气出口。
12.烟道，燃烧尾气出口。
13.扰流网，高温陶瓷材料，可长期耐温1600℃，内设燃烧孔15个，扰流网设置在筒体2/3高处。
防风墙直径与筒体直径之比为1.5。防风墙高度与筒体高度之比为0.1。耐火支撑体高度与筒体高度之比为0.03。地面处热辐射为1kW/m2。
当火炬气流量较小时，火炬气在筒体内的燃烧室进行分级燃烧。
火炬气流量较大时，燃烧气流通过扰流网后，部分气流被扰流网遮挡后形成高温回流区，部分气流通过扰流网后被分成多股气流，这些都可以促使可燃气体充分燃烧，降低火焰高度。同时，扰流网内炽热的高温陶瓷还可以促进燃烧反应，确保火焰保持稳定，提高火炬气燃尽率。
一旦火炬气流量超过最大处理量时，燃烧室内空气不足，燃烧火焰高度将超出筒体。此时多孔耐火材料起到消焰作用。
下固定板和上固定板用于支撑多孔耐火填料，防止高速的烟气破坏多孔耐火材料。
保护罩作用是防止灰尘、杂质等污染物堵塞多孔耐火填料。
火炬气通过火炬气管道到燃烧器进行分级燃烧。燃烧器设置在筒体内部。筒体下边缘外设置有防风墙。火炬气在筒体内的燃烧室进行分级燃烧。燃烧完的烟气从高温烟气出口和烟道中排出。
下固定板和上固定板用于支撑多孔耐火填料，防止高速的烟气破坏多孔耐火材料。
保护罩作用是防止灰尘、杂质等污染物堵塞多孔耐火填料。
扰流网作用是燃烧气流产生扰动，以便燃烧反应更加充分，降低火焰高度。
(1)火炬气流量较小时，有足够的空气绕过防风墙进入燃烧室内，地面火炬燃烧器的火焰在燃烧室内。
(2)火炬气流量较大时，燃烧气流通过扰流网后，部分气流被扰流网遮挡后形成高温回流区，部分气流通过扰流网后被分成多股气流，这些都可以促使可燃气体充分燃烧，降低火焰高度。同时，扰流网内炽热的高温陶瓷还可以促进燃烧反应，确保火焰保持稳定，提高火炬气燃尽率。
(3)一旦火炬气流量超过最大处理量时，燃烧室内空气不足，燃烧火焰高度将超出筒体4。此时多孔耐火材料8起到消焰作用。其原理为：燃烧并不是分子间直接反应,而是受外来能量的激发,分子键遭到破坏,产生活化分子,活化分子又分裂为寿命短但却很活泼的自由基,自由基与其它分子相撞,生成新的产物,同时也产生新的自由基再继续与其它分子发生反应。当燃烧的可燃气通过多孔耐火填料的狭窄通道时,自由基与通道壁的碰撞几率增大,参加反应的自由基减少，并最终使得燃烧反应不能继续进行,也即火焰不能通过多孔耐火填料继续向上蔓延。
【实施例3】
一种封闭式地面火炬，如图1-3所示，包括：
1.火炬气管道。
2.防风墙，燃烧时从防风墙边缘处进风，防止风吹灭燃烧器火焰。
3.地面火炬燃烧器，用于燃烧装置泄放的火炬气。
4.筒体，用于阻挡火焰和热辐射，降低燃烧对周边装置的影响。
5.燃烧室，燃烧区域。
6.耐火支撑体，用于支撑多孔耐火填料，高度为0.7m。
7.下固定板，十字支撑板，用来支撑多孔耐火填料。
8.多孔耐火填料，厚度为0.7m，内部为圆孔或者方孔，圆孔直径为7mm，方孔边长为7mm，孔隙度为70％。
9.上固定板，十字支撑板，用来固定多孔耐火材料。
10.保护罩，防止灰尘、杂质等污染物堵塞多孔耐火填料。
11.高温烟气出口。
12.烟道，燃烧尾气出口。
13.扰流网，高温陶瓷材料，可长期耐温1600℃，内设燃烧孔10个，扰流网设置在筒体2/3高处。
防风墙直径与筒体直径之比为2。防风墙高度与筒体高度之比为0.05。耐火支撑体高度与筒体高度之比为0.05。热辐射为1.5kW/m2。
当火炬气流量较小时，火炬气在筒体内的燃烧室进行分级燃烧。
火炬气流量较大时，燃烧气流通过扰流网后，部分气流被扰流网遮挡后形成高温回流区，部分气流通过扰流网后被分成多股气流，这些都可以促使可燃气体充分燃烧，降低火焰高度。同时，扰流网内炽热的高温陶瓷还可以促进燃烧反应，确保火焰保持稳定，提高火炬气燃尽率。
一旦火炬气流量超过最大处理量时，燃烧室内空气不足，燃烧火焰高度将超出筒体。此时多孔耐火材料起到消焰作用。
下固定板和上固定板用于支撑多孔耐火填料，防止高速的烟气破坏多孔耐火材料。
保护罩作用是防止灰尘、杂质等污染物堵塞多孔耐火填料。
火炬气通过火炬气管道到燃烧器进行分级燃烧。燃烧器设置在筒体内部。筒体下边缘外设置有防风墙。火炬气在筒体内的燃烧室进行分级燃烧。燃烧完的烟气从高温烟气出口和烟道中排出。
下固定板和上固定板用于支撑多孔耐火填料，防止高速的烟气破坏多孔耐火材料。
保护罩作用是防止灰尘、杂质等污染物堵塞多孔耐火填料。
扰流网作用是燃烧气流产生扰动，以便燃烧反应更加充分，降低火焰高度。
(1)火炬气流量较小时，有足够的空气绕过防风墙进入燃烧室内，地面火炬燃烧器的火焰在燃烧室内。
(2)火炬气流量较大时，燃烧气流通过扰流网后，部分气流被扰流网遮挡后形成高温回流区，部分气流通过扰流网后被分成多股气流，这些都可以促使可燃气体充分燃烧，降低火焰高度。同时，扰流网内炽热的高温陶瓷还可以促进燃烧反应，确保火焰保持稳定，提高火炬气燃尽率。
(3)一旦火炬气流量超过最大处理量时，燃烧室内空气不足，燃烧火焰高度将超出筒体4。此时多孔耐火材料8起到消焰作用。其原理为：燃烧并不是分子间直接反应,而是受外来能量的激发,分子键遭到破坏,产生活化分子,活化分子又分裂为寿命短但却很活泼的自由基,自由基与其它分子相撞,生成新的产物,同时也产生新的自由基再继续与其它分子发生反应。当燃烧的可燃气通过多孔耐火填料的狭窄通道时,自由基与通道壁的碰撞几率增大,参加反应的自由基减少，并最终使得燃烧反应不能继续进行,也即火焰不能通过多孔耐火填料继续向上蔓延。
目前封闭式地面火炬在设计处理量条件下火焰冒出筒体的事故偶有发生，造成了光污染，存在一定安全隐患，通过专利分析和技术调研，目前的技术和产品不能有效解决这一问题。
显然，本发明提及到的一种无焰封闭式地面火炬，相比于与目前封闭式地面火炬，在大流量排放时可将火焰控制在地面火炬筒体内，实现火炬气安全燃烧，火焰高度低，火炬气燃尽率高，确保火炬气环保燃烧；热辐射大于1.58kW/m2影响范围较小，可以更加节约用地面积，取得了较好的技术效果。

Claims (1)

1.一种封闭式地面火炬，包括火炬气管道、防风墙、地面火炬燃烧器、筒体、燃烧室、耐火支撑体、下固定板、多孔耐火填料、上固定板、保护罩、高温烟气出口、烟道、扰流网，火炬气管道伸入封闭式地面火炬底部的防风墙内，火炬气管道出口设有地面火炬燃烧器，地面火炬筒体内为燃烧室，燃烧室内设有扰流网，燃烧室上部设有烟道，烟道内设有耐火支撑体，烟道与高温烟气出口之间设有多孔耐火填料，多孔耐火填料顶部、底部分别设有上固定板、下固定板；地面火炬燃烧器顶部喷嘴设置在筒体内部，筒体下边缘外设置有防风墙；火炬气在筒体内的燃烧室进行分级燃烧，燃烧完的烟气从高温烟气出口和烟道中排出；防风墙直径与筒体直径之比为1.2~2；高温烟气出口上部设有保护罩，防止污染物堵塞多孔耐火填料；扰流网内为高温陶瓷材料，耐温1600℃，内设燃烧孔5-15个，扰流网设置在筒体1/2-2/3高处；防风墙高度与筒体高度之比为0.08~0.15；耐火支撑体高度与筒体高度之比为0.02~0.05；上固定板、下固定板为十字支撑板，用来固定多孔耐火填料，所述耐火支撑体用于支撑多孔耐火填料，以防止高速的烟气破坏多孔耐火材料；多孔耐火填料厚度为0.5m-1m，内部为圆孔或者方孔，圆孔直径为3mm-10mm，方孔边长为3mm-10mm，孔隙度为60%-80%，所述多孔耐火填料构造为用于在火焰高度将超出筒体时起到消焰作用。
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