[发明专利]一种基于火旋风涡旋生成机理的安全环保型火炬系统

说明书

技术领域

本发明涉及油气开采、石油化工等工业安全与环保领域，具体地说，是一种基于火旋风涡旋生成机理的安全环保型火炬系统。

背景技术

石化企业生产过程中为确保安全生产，防止意外事故发生，通过设置火炬将那些不可回收的，且具有一定毒害性、危险性或腐蚀性的可燃性气体经燃烧转变为危害小的气体后排入大气。可通过火炬燃烧处理的气体有硫化氢、一氧化碳、有机硫、氢气、氨、烃类等气体。这些气体主要来源于：①装置正常运行时工艺参数调整带来的操作波动；②产需不平衡；③设备切换时的排放；④安全阀、压力控制阀的泄漏；⑤开停车及故障处理时的排放等。放空火炬气的燃烧虽然使排入大气的气体危害性降低，但燃烧不完全仍然会导致大气污染，如事故状态下火炬排放量增加会致使燃烧不完全程度增加。

火炬系统主要分为地面火炬和高架火炬两种。

现有的高架火炬存在以下三个问题：

（1）排放量大时，火炬系统不能将废气完全燃烧，不彻底燃烧会带来大量黑烟以及氮氧化物、硫化物和一氧化碳，在事故排放状态下黑烟以及氮氧化物、硫化物和一氧化碳会大量产生，大气污染非常严重；

（2）对于高架火炬而言，火炬头点火器位置较高，通常位于几十米甚至一百多米的高空，而高空处的环境风速比较大，容易致使火炬燃烧火焰吹熄，放空不安全，即目前火炬存在燃烧稳定性差问题；

（3）由于环境风的作用，火焰会向下倾斜燃烧，距离火炬头更近，火炬头附近温度升高，从而损坏火炬头，导致火炬头使用寿命的减少。

目前，现有工业火炬技术只能解决部分问题，不能同时解决三个问题。如中国专利CN205842695U公开的一种双向旋流地面火炬燃烧器，只能解决燃烧效率低的问题。中国专利CN106838938A公开的一种设有隔罩的火炬塔，只能解决风过大造成火焰熄灭的问题。中国专利CN205481037U公开的一种高架火炬系统分级排放装置，只能解决火炬头使用寿命低的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于火旋风涡旋生成机理的安全环保型火炬系统，可以同时有效地改善现有高架火炬存在的燃烧效率低、燃烧稳定性差和火炬头使用寿命低三大问题。

为了实现上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种基于火旋风涡旋生成机理的安全环保型火炬系统，包括火旋风涡旋生成装置、火炬头和火炬筒体，火旋风涡旋生成装置通过固定装置设置在火炬头的上部，火旋风涡旋生成装置由一个空心圆柱体和若干个导流板组成，导流板设置在空心圆柱体和固定装置之间，固定装置向上延伸有若干个支撑棒，支撑棒的底端与固定装置连接，支撑棒的顶端与空心圆柱体连接，导流板设置在支撑棒上，一个支撑棒上设置有一个导流板，导流板可绕着支撑棒转动。

本发明的进一步改进，空心圆柱体的高度为无旋转火焰高度的2-3倍，例如，无旋转火焰高度为50米，则空心圆柱体高度为100-150米，主要用来阻挡环境风对燃烧火焰的作用，可避免有风条件下燃烧火焰发生倾斜，进而削弱火焰倾斜对火炬头造成的损坏，延长火炬的使用寿命。

本发明的进一步改进，导流板长为空心圆柱体直径的四分之一，导流板高为其长的3-5倍，例如，空心圆柱体直径为2.4米，则导流板长为0.6米，高为1.8-3米，沿着装置侧面等间距分布，数量为6-12个，且每个导流板都可以沿支撑棒旋转0-90°间任意角度，以方便调节出最合适的角度，诱导空气流入空心圆柱体，其主要作用是产生旋转气流，当装置内部空气全部消耗，外部空气就会通过导流板以一定的角度进入装置，形成旋转气流。

本发明的进一步改进，空心圆柱体、导流板、支撑棒和固定装置采用耐温2000℃及以上的耐高温材料制成，优选地，采用钽钨钼合金板材制成。

本发明还披露了一种高架火炬，其包括上述的基于火旋风涡旋生成机理的安全环保型火炬系统，还包括火炬筒体和支撑结构，火炬筒体的一端连接到火炬头另外一端连接到支撑结构，支撑结构采用塔式支撑结构。

本发明的有益效果：相比现有的高架火炬系统，安装有火旋风涡旋生成装置的火炬系统主要有三点优势：

（1）燃料燃烧效率变大：该火炬系统能通过加强边界层处的空气卷吸以及抑制炭黑粒子从火焰中心处逸出来增大燃烧效率，减少不完全燃烧产物的生成，减小对环境的污染；

（2）火焰燃烧稳定性提高：该火炬系统能够增大火焰的推举高度和吹熄速度，在相同的推举高度下，燃料出口速度要求更低，而火焰吹熄的速度极限值变大，这使得燃烧火焰更加稳定，提高了使用的安全性；