火炬消烟蒸汽优化数学模型及控制应用.pdf

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1、４１２８化工自动化及仪表第４１卷火炬消烟蒸汽优化数学模型及控制应用王鑫民（中石化股份天津分公司炼油部，天津３００２７１）摘要介绍了大型石化、炼化厂的火炬消烟蒸汽的作用和消烟蒸汽与火炬气的流量、分子量之间的数学函数关系。以消烟蒸汽和火炬气燃烧后产生的二氧化碳的质量比值满足最佳条件作为依据得出其数学模型，对该数学模型进行优化并加以控制应用。关键词消烟蒸汽火炬气流量火炬气分子量中心蒸汽引射蒸汽中图分类号ＴＨ８１４　　　文献标识码Ａ文章编号　１０００-３９３２（２０１４）１２-１４２８-０４炼化厂在日常生产和非正常状态下都会

2、排放b．引射（空气）消烟蒸汽，气体在火炬圆形可燃气体，这些可燃气体一般是通过炼化厂的火管筒中一系列的水蒸气与空气的混合气体管组炬燃烧后向大气排放。一个年产量１０００万ｔ的（蒸汽、空气的引射管）内混合后，喷向顶部火焰，炼化厂，一年向大气排放的可燃气体可达６００００ｔ这些蒸汽、空气是在火炬头部以下的环形管汇喇以上，对大气环境污染很大。由于火炬的燃烧是叭喷口喷射水蒸气。利用文丘里管原理，向喇叭一个复杂的过程，火炬燃烧在产生大量二氧化碳口内喷射的蒸汽会将周边空气引射进管内，使喷的同时还会产生黑烟或有毒的烃类聚合物，因此，射蒸

3、汽与引射进空气的混合气体进入火焰段。引目前炼化厂火炬燃烧排放均采用向火炬头引射、射（空气）消烟蒸汽，将６０％助燃空气送到火炬中喷射、漫射蒸汽的方法来达到消烟、降低火炬头温心供氧，并稀释烃，抑制聚合反应，同时缩短火焰度和阻止烃类在高温（大于１２００℃）状态下反应的高度、托高火焰。生成有毒聚合物的目的。c．消烟、稳定蒸汽，安装在火炬头边缘周围为了尽量满足火炬系统需要无烟操作的要的管汇注入蒸汽，这些蒸汽通过火炬头边缘的几求，笔者通过分析，找出火炬消烟蒸汽与火炬气的十套水蒸气喷嘴向火焰喷射蒸汽并使火焰周边的流量、分子量之间存

4、在的函数关系，以消烟蒸汽和空气产生紊流或借助水蒸气的喷射将空气引入火火炬气燃烧后的二氧化碳质量比值满足最佳条件焰段。消烟和稳定蒸汽使火炬气充分均匀混合与为依据得出其数学模型，并加以优化。扩散，进行水煤气反应，达到消烟、降温的目的。①以上３种消烟形式互相结合，改善了空气的1火炬系统设计简介在设计火炬系统的燃烧器时，通常要求火炬分布，空气与水蒸气结合，水和气体移动相互作无烟操作。为使空气平稳地分布在整个火炬中，用，与火炬气的反应更迅速，因而消除了导致烟雾防止烟雾的形成，需要有能量产生紊流并在点燃生成的富燃烧条件。所需的水

5、蒸气量主要是气体火炬气时向火炬气中混合消烟蒸汽。因此，当火组分、流量、水蒸气压力和火炬头设计的函数，一炬气从火炬头排放时，需往气体中注入高压蒸汽，般范围是每０．４５ｋｇ火炬气内含０．１１～０．４５ｋｇ的［１］并伴有助燃空气，以创造无烟燃烧的条件。水蒸气量，而水蒸气的压力在１ＭＰａ左右。用水蒸气控制烟雾生成的火炬头是最常见的2火炬无烟燃烧和消烟蒸汽的优化无烟火炬头，其有以下３种形式进行消烟：火炬的无烟操作可以通过喷射水蒸气、引射a．火炬中心喷射消烟蒸汽，水蒸气可通过安空气来使火焰段产生紊流，使其在预混合燃烧器装在火炬中

6、心的一根单独的管子的喷嘴向火炬顶中燃烧。烟是由于富燃料燃烧产生的，利用充分部火焰中心喷射蒸汽。中心喷射蒸汽可抬升火焰高度，降低火炬头温度，保护火炬头。①收稿日期：２０１４-１０-２９（修改稿）第１２期王鑫民．火炬消烟蒸汽优化数学模型及控制应用１４９２空气与消烟蒸汽在整个火炬中均匀分布可达到无１０．８W水蒸气＝WＨＣ×０．６８－（６）M烟燃烧的目的。无烟燃烧需要的水蒸气量将取决式中M———平均分子质量；于要获得无烟燃烧的消烟蒸汽的最大流量和火炬W水蒸气———消烟蒸汽量，ｋｇ／ｓ；气混合物的组分。火炬气的组分包括非饱和物

7、的WＨＣ———烃类（火炬气）流量，ｋｇ／ｓ。质量分数和分子质量，可以用来确定水蒸气的需从式（６）可以看出，当火炬气平均分子量等要量，消烟蒸汽需要量是非饱和物含量的函数。于或小于１５．９时，得出的消烟蒸汽量为零或负笔者根据安装在火炬头里的一根管端开口的值。而实际运行中，消烟蒸汽还要抬升火焰高度、水蒸气管子的试验结果，绘出非饱和物的质量分降低火炬头的温度、延长火炬头的使用寿命，不允数与每磅（１磅＝０．４５３５９ｋｇ）可燃火炬气体的水许为零或负值。因此，一个切合实际的火炬消烟蒸气量（图１）。蒸汽函数必须由一个实际需要的函数

8、关系确定。2．2实际应用型火炬消烟蒸汽的数模目前，炼化厂的火炬消烟蒸汽操作是由操作工根据火炬的火焰燃烧或冒烟情况手动遥控水蒸气的阀门开度来调节的。根据实际经验可知，靠人的眼睛通过观察火焰燃烧的情况来判断消烟蒸汽量是不可取的，过量的消烟蒸汽固然能消烟，但是１ＭＰａ蒸汽在DN２５０ｍｍ口径的管道上阀门过量开度浪费很大；而调节量过少不但会造成冒黑图１