工业火炬.docx

13.5 工业火炬13.5.1 总述 火炬焚烧是一个高温氧化过程，用于燃烧工业生产所排放废气中的可燃组分（大部分是烃），其中，天然气、丙烷、乙烯、丙烯、丁二烯和丁烷占火炬气总量的95%以上。在燃烧过程中，气态烃与空气中的氧气反应，生成二氧化碳(CO2)和水。在某些火炬废气中，一氧化碳(CO)是主要的可燃组分。下式举例给出了丙烷燃烧反应的反应式：C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O 在燃烧反应过程中，会生成几种中间产物，但最后，大部分中间产物都会转化为CO2和水，只有一定数量稳定的中间产物，例如：一氧化碳、氢气和烃类会做为排放物进入大气中。 火炬广泛的用于处理：（1）炼厂吹扫气和废气；（2）油井中与原油一起排出的不可回收气体；（3）鼓风炉排放的气体；（4）焦炉产生的不能利用的气体；（5）化工过程产生的废气。来自炼厂、原油生产、化学工业以及焦炉（所占比重较小）的火炬气，主要由低分子量、高热值的烃组成。来自鼓风炉的火炬气，主要由低热值的惰性组分和CO组成。火炬也用于燃烧处理下水道、煤气化、火箭发动机试验、配有钠/水换热器的核电厂、重水工厂以及氨肥厂所产生的废气。 火炬分两种，高架火炬和地面火炬。更常使用的高架火炬的处理能力要大于地面火炬。对于高架火炬，废气从火炬烟囱的10至100米高度之间的某处进入，并在火炬头的顶端燃烧，火焰暴露在大气中，会受周围环境如风和降雨等的影响。对于地面火炬，燃烧在地面附近发生，地面火炬的型式多种多样，可能是未封闭的传统火炬烧嘴，水平排放，也可能是带耐火衬里的钢制封闭结构内的多个烧嘴组成。 典型的火炬系统包括：（1）集气总管和从各工艺单元收集气体的管道；（2）用于脱除和储存可凝缩和夹带液体的缓冲罐（脱夹带罐）；（3）专用的密封罐、水封罐或用于防止排放气倒流的设施；（4）单个或多个燃烧器和火炬筒；（5）如果需要，还要配置气体引燃器和点火器，以引燃废气和空气的混合物；（6）对于无烟火炬，还要提供外部输送力（蒸汽吹扫或强制通风），天然气、燃料气、惰性气或氮气都可用做吹扫气。图13.5-1是一个典型的蒸汽消烟高架火炬系统图。 完全燃烧需要足够的助燃空气和恰当比例混合的废气和空气，燃烧可能会产生烟，这取决于废气的气体组成、流量以及助燃空气的分布。通常，含有甲烷、氢气、CO和氨的废气，燃烧时不会产生烟；而含有重烃，如：高于甲烷的直链烷烃、烃和芳烃，燃烧时会产生烟。外部辅助，如：蒸汽吹扫或鼓风，用于气体/废气的更有效混合和扰动，因此，才有了烧重烃废气的无烟火炬。其它辅助措施也用于这个目的，包括：喷水、高速涡流或注入天然气。地面火炬很少使用辅助措施进行消烟。 图 13.5-1. 一个典型的蒸汽辅助无烟高架火炬系统图 蒸汽吹扫或者通过围绕顶部火炬头的环形喷嘴进行，或者通过位于火炬头内与之同一中心的单喷嘴进行，在两种喷嘴都配备的情况下，当火炬气流量变化时，两个喷嘴都使用。内部喷嘴在火炬气流量低时供给蒸汽，外部喷嘴在火炬气流量大时使用。还有其它几种特殊用途的火炬头，其中之一是可同时喷射蒸汽和空气，且典型的蒸汽/空气重量比在7:1 到 2:1之间。 送到火炬的废气需具有至少75009300千焦每立方米kJ/m3的热值（每立方英尺200250英制热量单位），以完全燃烧，否则，必须另外补加燃料。需要向废气补充提供燃料的火炬称为助燃火炬或蓄热式火炬，在某些情况下，即使火炬气有所需的热值，但也需要补充燃料。燃烧热值低于13,600 kJ/m3 (365 Btu/ft3)的含氨火炬气就需要补充燃料，以使(NOx)的生成量最小（空气中含有氮气）。 在大多数情况下，处理正常情况连续排放低流量废气的火炬，都设计为能够处理装置紧急情况下产生的大流量废气（间歇排放）。火炬的处理能力可以从正常工况下的每小时几立方米，高至大的装置故障工况下的每小时几千立方米。炼厂火炬处理量可以从正常处理泄放阀泄漏量每小时45 到 90 公斤 (kg/hr) (每小时100 - 200 磅 lb/hr)，到全厂紧急停车工况下的每小时700Mg(750 tons/hr)。正常的工艺排放量约450 到 900 kg/hr (1000 - 2000 lb/hr)，局部单元维修或小的故障工况下，排放量约25到35 Mg/hr (27 - 39 tons/hr)。一个典型的分子量为40的火炬气流速可以从每秒0.012 立方纳米(nm3/s) (每分钟25 标准立方英尺 scfm)，高至115 nm3/s (241,000 scfm)，在这种典型情况下，火炬的高低处理量之比是15,000 ：1。 许多火炬系统都配备两组火炬，平行布置或串联布置，对于平行布置的火炬，一个火炬停工维修时，可使用另一个火炬；对于串联布置的火炬，通常，一个是高度较低的地面火炬，用于处理正常情况下较少流量的气体，另一个是高架火炬，用于处理紧急故障工况下的大流量气体。13.5.2 排放物 火炬运行的噪音和热量是我们最不想要的负面影响。火炬通常位于远离居民区的地方或充分隔离，以使其负面影响降到最低。 火炬的排放物包括：含碳颗粒（烟灰）、未燃烧的烃、CO及其它部分燃烧和发生了转化的烃，以及NOX。如果火炬气中有含硫物质，如硫化氢或硫醇，则排放物中还会含有二氧化硫(SO2)。火炬排放物中烃的含量与燃烧程度有关，而燃烧程度很大程度上取决于燃料/空气的配比和混合程度，也就是取决于火焰能达到的温度及温度的稳定保持情况。正确操作的火炬可实现燃尽率98%以上，也就是说排放物中的烃和CO的含量是总烃气体流量的2%以下。 燃料转化为烟或烟灰的倾向，受燃料特性以及燃烧区域内氧气的量和氧气的分布影响。对于完全燃烧，燃烧区域内至少要提供等化学当量的氧气，所需氧气的理论数量随燃烧气体分子量的增加而增加，氧气的供给量按空气计算，空气（风）的供给范围：一单位甲烷配9.6单位的风，而一单位戊烷要配38.3单位的风，按体积计量，供给火焰的空气分为一次风和二次风。一次风在燃烧前与火炬气混合，而二次风送进火焰内。对于无烟燃烧，必须供给足够的一次风，一次风的风量范围是：对直链烃是等化学当量的20%，对其它烃类是等化学当量的30%。如果一次风量不足，进入火焰根部的气体就会被燃烧区域预热，从而使大的烃分子裂解，形成氢、不饱和烃和碳，碳颗粒可能飘逸而未能进一步燃烧，冷却后就形成烟灰或烟。烃和其它不饱和烃会部分聚合，形成可裂解的大分子，从而形成更多的碳。 燃料的特性影响烟灰的生成，包括：燃料中碳和氢的比例(C-：-H)以及被燃烧气体的分子结构。所有甲烷以上的烃，也就是碳氢比大于0.33的烃，都有生成烟灰的倾向。带支链的烷烃比其对应的异构体更少生成烟，烷烃支链化程度越高，生成烟的倾向更大。不饱和烃比饱和烃更易生成烟。烟一般通过加入蒸汽或空气来消除，因此，大部分工业火炬是用蒸汽消烟或用空气消烟的。所需蒸汽的量主要由火炬气的组成决定。 由于火炬不适合于传统的污染物排放监测技术，因此，只有少数机构曾试图监测和描述火炬的排放特性。最近的EPA测试，使用丙烯做为火炬气，表明当火炬气的热值在11,200 kJ/m3 (300 Btu/ft3)以上时，燃烧效率可以达到98%。测试在蒸汽消烟的火炬上进行时，气体流速在每分钟39.6 米 (m/min) (130 ft/min) 到 1140 m/min (3750 ft/min)；测试在空气消烟的火炬上进行时，气体流速在每分钟180 m/min (617 ft/min)到 3960 m/min (13,087 ft/min)，试验表明，火炬气进料流量的变化对燃烧效率没有影响。热值低于16,770 kJ/m3 (450 Btu/ft3)的火炬气不产生烟。 表13.5-1给出了火炬排放因数，表13.5-2给出了从EPA测试1获得的火炬排放组成数据，测试过程用丙烯做为火炬气。甲烷是火炬排放气所含烃中的主要组分，而乙炔是主要的中间烃类，许多其它关于火炬的报告表明，乙炔总是生成稳定的中间产品，在燃烧过程中生成的乙炔可能会与其它烃进一步完全反应，生成多炔，进而生成多环烃。 即使火炬气中不含有含氮化合物，NO也会由空气中的氮与氧反应而生成，或由火炬气中的烃完全燃烧产物与大气中的氮反应而生成。反应的中间产物是HCN,、CN和 OCN2。火炬气中的含硫化合物在燃烧过程中生成SO2，SO2的量直接取决于火炬气中硫的量。表 13.5-1 (英制单位). 火炬运行的排放因数a额定排放因数: B组分排放因数 (lb/106 Btu)总烃b 一氧化碳 氮氧化物 烟灰c0.140.370.0680-274a 注释1. 测试是基于含80%丙烯、20%丙烷的火炬气。b 以甲烷等效物来测量。c 烟灰浓度数值: 对应无烟火炬，每升0毫克 0 (g/L); 轻度排烟火炬，40 g/L; 排烟火炬的平均烟灰浓度177 g/L;；重度排烟火炬，274 g/L。表 13.5-2. 火炬排放物中的各烃类组分的含量a组成体积含量%平均值范围甲烷乙烷/乙烯乙炔丙烷丙烯558572514831140.323016165a 注释1. 表中的各烃类组成数据是按下述试验条件测出的多个试验数据的平均值，试验条件：供给高热值火炬气的蒸汽消烟火炬，供给低热值火炬气的蒸汽消烟火炬；供给高热值火炬气的空气消烟火炬，供给低热值火炬气的空气消烟火炬。在所有试验中，火炬“废气”都是含丙烯和丙烷的合成气。13.5 这一部分的说明：1.火炬效率研究 , EPA-600/2-83-052, 美国环境保护署，辛辛那提，俄亥俄州, 1983年7月。2. K. D. Siegel, 炼厂高架火炬中火炬气的转化程度, 专题论文,卡尔斯鲁厄大学，卡尔斯鲁厄市，德国，1980年2月。3. 炼厂废弃物处置指南，大气排放物卷，, API 出版 931, 美国石油学会, 华盛顿, DC, 1977年6月。文 - 汉语汉字 编辑词条文，wen，从玄从爻。天地万物的信息产生出来的现象、纹路、轨迹，描绘出了阴阳二气在事物中的运行轨迹和原理。故文即为符。上古之时，符文一体。古者伏羲氏之王天下也，始画八卦，造书契，以代结绳(爻)之政，由是文籍生焉。-尚书序依类象形，故谓之文。其后形声相益，即谓之字。-说文序仓颉造书，形立谓之文，声具谓之字。-古今通论(1) 象形。甲骨文此字象纹理纵横交错形。文是汉字的一个部首。本义:花纹;纹理。(2) 同本义 figure;veins文，英语念为:text、article等，从字面意思上就可以理解为文章、文字，与古今中外的各个文学著作中出现的各种文字字形密不可分。古有甲骨文、金文、小篆等，今有宋体、楷体等，都在这一方面突出了文的重要性。古今中外，人们对于文都有自己不同的认知，从大的方面来讲，它可以用于表示一个民族的文化历史，从小的方面来说它可用于用于表示单独的一个文字，可用于表示一段话，也可用于人物的姓氏。折叠编辑本段基本字义1事物错综所造成的纹理或形象：灿若锦。2.刺画花纹：身。3记录语言的符号：字。盲。以害辞。4用文字记下来以及与之有关的：凭。艺。体。典。苑。献（指有历史价值和参考价值的图书资料）。采（a文辞、文艺方面的才华；b错杂艳丽的色彩）。5人类劳动成果的总结：化。物。6自然界的某些现象：天。水。7旧时指礼节仪式：虚。繁缛节（过多的礼节仪式）。8文华辞采，与“质”、“情”相对：质彬彬。9温和：火。静。雅。10指非军事的：职。治武功（指礼乐教化和军事功绩）。11指以古汉语为基础的书面语：552言。白间杂。12专指社会科学：科。13掩饰：过饰非。14量词，指旧时小铜钱：一不名。15姓。16 皇帝谥号，经纬天地曰文；道德博闻曰文；慈惠爱民曰文；愍民惠礼曰文；赐民爵位曰文；勤学好问曰文；博闻多见曰文；忠信接礼曰文；能定典礼曰文；经邦定誉曰文；敏而好学曰文；施而中礼曰文；修德来远曰文；刚柔相济曰文；修治班制曰文；德美才秀曰文；万邦为宪、帝德运广曰文；坚强不暴曰文；徽柔懿恭曰文；圣谟丕显曰文；化成天下曰文；纯穆不已曰文；克嗣徽音曰文；敬直慈惠曰文；与贤同升曰文；绍修圣绪曰文；声教四讫曰文。如汉文帝。折叠编辑本段字源字形字源演变与字形比较折叠编辑本段详细字义名1右图是“文”字的甲骨文图片，资料来源：徐无闻主编：甲金篆隶大字典，四川辞书出版社。1991年7月第一版。“文”字的甲骨文字绘画的像一个正面的“大人”，寓意“大象有形”、“象形”；特别放大了胸部，并在胸部画了“心”，含义是“外界客体在心里面的整体影像、整体写真、整体素描、整体速写”。许慎说文解字把“文”解释为“错画也”，意思是“对事物形象进行整体素描，笔画交错，相联相络，不可解构”，这与他说的独体为文、合体为字的话的意思是一致的。“说文解字”这个书名就表示了“文”只能“说”，而“字”则可“解”的意思。“文”是客观事物外在形象的速写，是人类进一步了解事物内在性质的基础，所以它是“字”的父母，“字”是“文”的孩子。“文”生“字”举例（以“哲”为例）：先对人手摩画，其文为“手”；又对斧子摩画，其文为“斤”。以手、斤为父母，结合、生子，其子就是“折”（手和斤各代表父母的基因）。这个“折”就是许慎所谓的“字”。“字”从宀从子，“宀”表示“独立的房子”，子在其中，有“自立门户”的意思。故“字”还能与“文”或其他“字”结合，生出新“字”来。在本例，作为字的“折”与作为文的“口”结合，就生出了新的字“哲”。2同本义 figure;veins文，错画也。象交文。今字作纹。东汉许慎说文五章以奉五色。春秋左丘明左传昭公二十五年。注：“青与赤谓之文，赤与白谓之章，白与黑谓之黼，黑与青谓之黻。”美于黼黼文章。荀子非相茵席雕文。韩非子十过织文鸟章，白旆央央。诗小雅六月斑文小鱼。明 刘基诚意伯刘文成公文集3又如：文驾（彩车）；文斑（杂色的斑纹）；文旆（有文彩的旗帜）；文绣（绣有彩色花纹的丝织品；刺花图案）；文织（有彩色花纹的丝织品）；文鳞（鱼鳞形花纹）。4字，文字（“文”，在先秦时期就有文字的意思，“字”，到了秦朝才有此意。分别讲，“文”指独体字；“字”指合体字。笼统地说，都泛指文字。） character饰以篆文。南朝宋范晔后汉书张衡传分文析字。东汉班固汉书刘歆传夫文，止戈为武。左传宣公十二年距洞数百步，有碑仆道，其文漫灭。王安石游褒禅山记文曰“天启壬戌秋日”。明 魏学洢核舟记文曰“初平山尺”。5又如：甲骨文；金文；汉文；英文；文迹（文字所记载的事迹）；文书爻（有关文字、文凭之类的卦象）；文异（文字相异）；文轨（文字和车轨）；文狱（文字狱）；文钱（钱。因钱有文字，故称）；文状（字据，军令状）；文引（通行证；路凭）；文定（定婚）。6文章（遣造的词句叫做“文”，结构段落叫做 “章”。） literary composition故说诗者不以文害辞。孟子万章上好古文。唐 韩愈师说属予作文以记之。宋 范仲淹岳阳楼记能述以文。宋 欧阳修醉翁亭记摘其诗文。清 纪昀阅微草堂笔记7又如：文价（文章的声誉）；文魔（书呆子）；文会（旧时读书人为了准备应试，在一起写文章、互相观摩的集会）；文移（旧时官府文书的代称）；文雄（擅长写文章的大作家）；文意（文章的旨趣）；文义（文章的义理）；文情（文章的词句和情思）；本文（所指的这篇文章）；作文（写文章；学习练习所写的文章）；文魁（文章魁首）；文价（文章的声价）；文什（文章与诗篇）。8美德；文德 virtue圣云继之神，神乃用文治。杜牧感怀诗一首9又如：文丈（对才高德韶的老者的敬称）；文母（文德之母）；文武（文德与武功）；文命（文德教命）；文惠（文德恩惠）；文德（写文章的道德）；文薄（谓文德浅薄）；文昭（文德昭著）。10.文才；才华。亦谓有文才，有才华 literary talent而文采不表于后世也。汉 司马迁报任安书11又如：文业（才学）；文英（文才出众的人）；文采风流（横溢的才华与潇洒的风度）；文郎（有才华的青少年）；文彦（有文才德行的人）；文通残锦（比喻剩下不多的才华）。12文献，经典；韵文 document;classics;verse儒以文乱法。韩非子五蠹言必遵修旧文而不穿凿。说文解字叙13辞词句。亦指文字记载 writings;record。如：文几（旧时书信中开头常用的套语。意为将书信呈献于几前）；文倒（文句颠倒）；文过其实（文辞浮夸，不切实际）；文义（文辞）；文辞（言词动听的辞令）；文绣（辞藻华丽）。14自然界的某些现象 natural phenomenon经纬天地曰文。左传昭公二十八年15又如：天文；地文；水文；文象（日月星辰变化的迹象）；文曜（指日月星辰；文星）；文昌（星座名）。16文治；文事；文职。与“武”相对。 achievements in culture and education；civilian post文能取胜。史记平原君虞卿列传文不能取胜。文武并用。唐 魏征谏太宗十思疏精神折冲于千里，文武为宪于万邦。明袁可立晋秩兵部右侍郎诰17又如：文臣，文吏（文职官吏）；文席（教书先生的几席）；文品（文官的品阶）；文帅（文职官员出任或兼领统帅）；文烈（文治显赫）；文员（文职吏员）；文阶（文职官阶）；文道（文治之道）；文业（文事）；文僚（文职官吏）。18法令条文 articles of decree而刀笔吏专深文巧诋，陷人于罪。史记汲黯列传19又如：文劾（根据律令弹劾）；文法吏（通晓法令、执法严峻的官吏）；文丈（规矩；制度）；文移（官府文书）；文牓（布告；文告）；文宪（礼法；法制）。20文言。古代散文文体之一；别于白话的古汉语书面语 literary language。如：半文半白；文语；文白（文言文和白话文）。21文教；礼节仪式 rites则修文德。论语季氏22又如：文丈(崇尚礼文仪节)；文俗(拘守礼法而安于习俗)；文致(指礼乐)；文貌(礼文仪节)；文绪（文教礼乐之事）；文仪(礼节仪式)23指表现形式；外表 form;appearance。如：文服(表面服从)；文榜(告示、布告之类)；文诰(诰令)24指鼓乐，泛指曲调 music;tune。如：文曲(指乐曲)；文始(舞乐名)25