【《火炬燃烧器尺寸计算设计案例》2300字】

火炬燃烧器尺寸计算设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u684火炬燃烧器尺寸计算设计案例 1314911.1火炬燃烧器的设计要求 174951.2火炬燃烧器结构设计 275011.3燃烧器尺寸设计 337691.1.1燃烧器预混室的尺寸计算 4133551.1.2燃烧器的燃气喷管尺寸计算 4112991.1.3水蒸气喷管尺寸得计算 6火炬燃烧器是火炬装置的核心组成部分，虽然国内外燃烧器技术依托对燃烧机理的进一步了解和社会科学技术水平的进步得到了一定程度的进步，有了一些研究成果，然而直到现在火炬燃烧器产生的黑烟现象尚未解决，因此现在火炬燃烧器研究的一个主要方向是能够设计出一种消除在火炬气燃烧时产生的黑烟的燃烧器。尽管高架火炬依旧有很多缺点，但在石油化工行业等场合仍然拥有无法替代的主要地位和应用。其主要原因是火炬气具有很多优点，比如处理量大、投入低，而且近些年来随着我国对环境保护的日益重视和各项环境整治的措施的实施，如何提高燃烧器的火炬气处理能力和燃烧效率对于在石化行业推广火炬系统非常重要。故而基于这样的一个现状，本文设计了一种新型的火炬燃烧器，并经过理论验证了该方案的可行性。1.1火炬燃烧器的设计要求在进行火炬燃烧器设计的时候首先要保证火炬气的完全燃烧，另外其燃烧时的火焰稳定性还要好。与此同时也要满足一些其他安全成本方面的要求。一般在设计过程中，需要满足以下几点要求：（1）设计处理量要足够大。火炬的目的就是为了处理企业事故或者开停车时产生的泄放气体，所以在设计的时候，所设计的气体处理量要按高标准设计；（2）节省费用开支。为了满足经济方面的需求，降低火炬制造及工作期间的各项开支，要求在满足相关法律法规的前提下，尽可能的降低制造成本及各项消耗；（3）减少对周边环境的影响。火炬燃烧时会产生大量的光污染和热辐射，对附近的人员、设施和环境等造成影响所以在设计的时候，要尽可能降低其不利影响；（4）结构简单，检修方便。有些火炬设备设计高度较高，给之后的维护工作带来了危险。所以设计的时候要尽可能的优化结构，便于之后的检修维护；1.2火炬燃烧器结构设计根据相关文献可知，现阶段国内外在进行火炬系统设计的时候，所选用的火炬燃烧器多为扩散式燃烧器，该类燃烧器由于其一次空气系数较低，燃气事先未与空气进行混合，所以在燃烧的时候经常出现冒黑烟的现象，其燃尽率较低，燃烧产物中还具有较多的一氧化碳和氮氧化合物，污染周边的环境[65]。为了提高火炬系统的燃尽率，消除冒黑烟等现象对周边环境的影响，本论文选用部分预混合燃烧器作为火炬系统的燃烧器，该类燃烧器其燃尽率较高，且能处理较大气量。根据火炬燃烧器设计的相关要求，本论文通过Fluent软件设计出了一款火炬燃烧器，下图3-1。其结构主要包括四个蒸汽喷管、燃气喷管和燃烧器预混室。其中，蒸汽喷管的作用主要是用于协助消烟，在燃烧的时候，通过蒸汽喷管向火炬燃烧器喷射水蒸汽，能够有效降低火炬燃烧时所产生的黑烟，具体工作原理主要是利用水蒸汽将火炬气中的重组分气体分散开，使气体更加完全的燃烧，其所需的蒸汽量与火炬气的流量和所含的组分相关[66]；该燃烧器在燃烧的时候，其所需的空气事先通过预混室与燃气喷管的间隙由燃气引射进入预混室，之后与燃气在预混室内混合后参与燃烧。图3-1火炬燃烧器三维图Figure3-1Three-dimensionalviewofflareburner1.3燃烧器尺寸设计所设计的燃烧器主要部件包括燃气喷管、预混室和蒸汽喷管，其设计要求根据相应的标准都能够准确计算出。这里我们假设一组火炬气来进行相应的尺寸计算，具体数据如下表，火炬气的成分为丙烯：表3-1模拟火炬气的计算参数Table3-1Thecalculationparametersoftorchgas处理量(t/h)温度(℃)绝热指数入口压力(Pa)相对分子质量密度(kg/m3)155℃1.1139000421.9051.1.1燃烧器预混室的尺寸计算经过大量的资料查阅后在标准APIRP521中找到了燃烧器预混室直径的计算方法，其公式如下[67-68]：D=11.61×式中：Ma——马赫数，根据资料显示，马赫数取0.2-0.4时，才能够保证燃烧器的燃烧效果稳定，当取值过大时，燃烧器可能会出现脱火或者熄火现象。所以在本次的设计中，我们取马赫数为0.2；W——在火炬运行的时候，流经燃烧器的气体量（kg/s）；D——燃烧室的预混室的直径（m）；K——火炬气的绝热指数；T——火炬气的温度；P——火炬气进入预混室时的压力；M——火炬气的相对分子质量。将设计的火炬气的数据代入式3-1中可得：D=11.61×=11.61×=0.218m目前已经发表的相关文献和资料中只有关于燃烧器预混室直径的计算方法，方便之后的模拟计算，这里我们取400mm作为燃烧器预混室的长度。1.1.2燃烧器的燃气喷管尺寸计算通过查找相关资料，在《化学工程实用专题设计手册》中，有关于燃烧器预混室直径的计算方法，首先应该计算当地的音速，从而求得燃气的速度，再根据公式求得燃气喷管的具体直径[69]。1当地音速的计算uc式中：K——火炬系统所需处理的气体的绝热指数；T——所处理的泄放气体流经火炬系统时的温度（K）；M——所处理气体的相对分子质量。将数据代入式3-2中可得：u=91.2×=269.35m/s2燃烧器的燃气速度的计算u=Ma×u式中：u——燃烧器的燃气速度Ma——马赫数，取0.2；uc将数据代入式3-3可得：u=Ma×=0.2×269.35=51.87m/s3燃烧器燃气喷管直径的计算u=4V式3-4变形得d=4W式中：W——所需处理的火炬气的处理量（kg/s）；ρ——火炬气密度（kg/m3u——燃烧器的燃气速度。将数据代入式3-5可得：d==4×1000=0.059m这里我们取其长度为200mm，方便之后得模拟计算。1.1.3水蒸气喷管尺寸得计算消烟所需水蒸气的量一般由火炬气的组成成分和处理量所决定，火炬气中碳元素的占比越