文档介绍：工业火炬
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。-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 -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7500~9300千焦每立方米kJ/m3的热值(每立方英尺200~250英制热量单位),以完全燃烧,否则,必须另外补加