火炬燃燒器尺寸計(jì)算設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u684火炬燃燒器尺寸計(jì)算設(shè)計(jì)案例 1314911.1火炬燃燒器的設(shè)計(jì)要求 174951.2火炬燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 275011.3燃燒器尺寸設(shè)計(jì) 337691.1.1燃燒器預(yù)混室的尺寸計(jì)算 4133551.1.2燃燒器的燃?xì)鈬姽艹叽缬?jì)算 4112991.1.3水蒸氣噴管尺寸得計(jì)算 6火炬燃燒器是火炬裝置的核心組成部分，雖然國(guó)內(nèi)外燃燒器技術(shù)依托對(duì)燃燒機(jī)理的進(jìn)一步了解和社會(huì)科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步得到了一定程度的進(jìn)步，有了一些研究成果，然而直到現(xiàn)在火炬燃燒器產(chǎn)生的黑煙現(xiàn)象尚未解決，因此現(xiàn)在火炬燃燒器研究的一個(gè)主要方向是能夠設(shè)計(jì)出一種消除在火炬氣燃燒時(shí)產(chǎn)生的黑煙的燃燒器。盡管高架火炬依舊有很多缺點(diǎn)，但在石油化工行業(yè)等場(chǎng)合仍然擁有無(wú)法替代的主要地位和應(yīng)用。其主要原因是火炬氣具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如處理量大、投入低，而且近些年來(lái)隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視和各項(xiàng)環(huán)境整治的措施的實(shí)施，如何提高燃燒器的火炬氣處理能力和燃燒效率對(duì)于在石化行業(yè)推廣火炬系統(tǒng)非常重要。故而基于這樣的一個(gè)現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)了一種新型的火炬燃燒器，并經(jīng)過(guò)理論驗(yàn)證了該方案的可行性。1.1火炬燃燒器的設(shè)計(jì)要求在進(jìn)行火炬燃燒器設(shè)計(jì)的時(shí)候首先要保證火炬氣的完全燃燒，另外其燃燒時(shí)的火焰穩(wěn)定性還要好。與此同時(shí)也要滿足一些其他安全成本方面的要求。一般在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要滿足以下幾點(diǎn)要求：（1）設(shè)計(jì)處理量要足夠大?；鹁娴哪康木褪菫榱颂幚砥髽I(yè)事故或者開(kāi)停車時(shí)產(chǎn)生的泄放氣體，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候，所設(shè)計(jì)的氣體處理量要按高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)；（2）節(jié)省費(fèi)用開(kāi)支。為了滿足經(jīng)濟(jì)方面的需求，降低火炬制造及工作期間的各項(xiàng)開(kāi)支，要求在滿足相關(guān)法律法規(guī)的前提下，盡可能的降低制造成本及各項(xiàng)消耗；（3）減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。火炬燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的光污染和熱輻射，對(duì)附近的人員、設(shè)施和環(huán)境等造成影響所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候，要盡可能降低其不利影響；（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢修方便。有些火炬設(shè)備設(shè)計(jì)高度較高，給之后的維護(hù)工作帶來(lái)了危險(xiǎn)。所以設(shè)計(jì)的時(shí)候要盡可能的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，便于之后的檢修維護(hù)；1.2火炬燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外在進(jìn)行火炬系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，所選用的火炬燃燒器多為擴(kuò)散式燃燒器，該類燃燒器由于其一次空氣系數(shù)較低，燃?xì)馐孪任磁c空氣進(jìn)行混合，所以在燃燒的時(shí)候經(jīng)常出現(xiàn)冒黑煙的現(xiàn)象，其燃盡率較低，燃燒產(chǎn)物中還具有較多的一氧化碳和氮氧化合物，污染周邊的環(huán)境[65]。為了提高火炬系統(tǒng)的燃盡率，消除冒黑煙等現(xiàn)象對(duì)周邊環(huán)境的影響，本論文選用部分預(yù)混合燃燒器作為火炬系統(tǒng)的燃燒器，該類燃燒器其燃盡率較高，且能處理較大氣量。根據(jù)火炬燃燒器設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，本論文通過(guò)Fluent軟件設(shè)計(jì)出了一款火炬燃燒器，下圖3-1。其結(jié)構(gòu)主要包括四個(gè)蒸汽噴管、燃?xì)鈬姽芎腿紵黝A(yù)混室。其中，蒸汽噴管的作用主要是用于協(xié)助消煙，在燃燒的時(shí)候，通過(guò)蒸汽噴管向火炬燃燒器噴射水蒸汽，能夠有效降低火炬燃燒時(shí)所產(chǎn)生的黑煙，具體工作原理主要是利用水蒸汽將火炬氣中的重組分氣體分散開(kāi)，使氣體更加完全的燃燒，其所需的蒸汽量與火炬氣的流量和所含的組分相關(guān)[66]；該燃燒器在燃燒的時(shí)候，其所需的空氣事先通過(guò)預(yù)混室與燃?xì)鈬姽艿拈g隙由燃?xì)庖溥M(jìn)入預(yù)混室，之后與燃?xì)庠陬A(yù)混室內(nèi)混合后參與燃燒。圖3-1火炬燃燒器三維圖Figure3-1Three-dimensionalviewofflareburner1.3燃燒器尺寸設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的燃燒器主要部件包括燃?xì)鈬姽?、預(yù)混室和蒸汽噴管，其設(shè)計(jì)要求根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)都能夠準(zhǔn)確計(jì)算出。這里我們假設(shè)一組火炬氣來(lái)進(jìn)行相應(yīng)的尺寸計(jì)算，具體數(shù)據(jù)如下表，火炬氣的成分為丙烯：表3-1模擬火炬氣的計(jì)算參數(shù)Table3-1Thecalculationparametersoftorchgas處理量(t/h)溫度(℃)絕熱指數(shù)入口壓力(Pa)相對(duì)分子質(zhì)量密度(kg/m3)155℃1.1139000421.9051.1.1燃燒器預(yù)混室的尺寸計(jì)算經(jīng)過(guò)大量的資料查閱后在標(biāo)準(zhǔn)APIRP521中找到了燃燒器預(yù)混室直徑的計(jì)算方法，其公式如下[67-68]：D=11.61×式中：Ma——馬赫數(shù)，根據(jù)資料顯示，馬赫數(shù)取0.2-0.4時(shí)，才能夠保證燃燒器的燃燒效果穩(wěn)定，當(dāng)取值過(guò)大時(shí)，燃燒器可能會(huì)出現(xiàn)脫火或者熄火現(xiàn)象。所以在本次的設(shè)計(jì)中，我們?nèi)●R赫數(shù)為0.2；W——在火炬運(yùn)行的時(shí)候，流經(jīng)燃燒器的氣體量（kg/s）；D——燃燒室的預(yù)混室的直徑（m）；K——火炬氣的絕熱指數(shù)；T——火炬氣的溫度；P——火炬氣進(jìn)入預(yù)混室時(shí)的壓力；M——火炬氣的相對(duì)分子質(zhì)量。將設(shè)計(jì)的火炬氣的數(shù)據(jù)代入式3-1中可得：D=11.61×=11.61×=0.218m目前已經(jīng)發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)和資料中只有關(guān)于燃燒器預(yù)混室直徑的計(jì)算方法，方便之后的模擬計(jì)算，這里我們?nèi)?00mm作為燃燒器預(yù)混室的長(zhǎng)度。1.1.2燃燒器的燃?xì)鈬姽艹叽缬?jì)算通過(guò)查找相關(guān)資料，在《化學(xué)工程實(shí)用專題設(shè)計(jì)手冊(cè)》中，有關(guān)于燃燒器預(yù)混室直徑的計(jì)算方法，首先應(yīng)該計(jì)算當(dāng)?shù)氐囊羲?，從而求得燃?xì)獾乃俣龋俑鶕?jù)公式求得燃?xì)鈬姽艿木唧w直徑[69]。1當(dāng)?shù)匾羲俚挠?jì)算uc式中：K——火炬系統(tǒng)所需處理的氣體的絕熱指數(shù)；T——所處理的泄放氣體流經(jīng)火炬系統(tǒng)時(shí)的溫度（K）；M——所處理氣體的相對(duì)分子質(zhì)量。將數(shù)據(jù)代入式3-2中可得：u=91.2×=269.35m/s2燃燒器的燃?xì)馑俣鹊挠?jì)算u=Ma×u式中：u——燃燒器的燃?xì)馑俣萂a——馬赫數(shù)，取0.2；uc將數(shù)據(jù)代入式3-3可得：u=Ma×=0.2×269.35=51.87m/s3燃燒器燃?xì)鈬姽苤睆降挠?jì)算u=4V式3-4變形得d=4W式中：W——所需處理的火炬氣的處理量（kg/s）；ρ——火炬氣密度（kg/m3u——燃燒器的燃?xì)馑俣?。將?shù)據(jù)代入式3-5可得：d==4×1000=0.059m這里我們?nèi)∑溟L(zhǎng)度為200mm，方便之后得模擬計(jì)算。1.1.3水蒸氣噴管尺寸得計(jì)算消煙所需水蒸氣的量一般由火炬氣的組成成分和處理量所決定，火炬氣中碳元素的占比越