工业火炬头燃烧特性与防风原理分析

Alexandria2020

工业火炬头燃烧特性与防风原理分析

摘要

本文分析了工业火炬头燃烧特性，同时阐述了工业火炬头的防风原理。旨在降低火焰燃烧对火炬头和火炬筒体的损害，减少火焰产生的污染物质对环境和人体的危害，同时提高火炬头的实际应用效率。

关键词 工业火炬头；燃烧特性；防风原理

1 工业火炬头燃烧特性分析

1.1 工业火炬头燃烧现象描述

工业火炬相比于普通企业的火炬安装设置而言，架设的位置更加的高，其中的主要原因是工业类别的企业使用火炬燃烧产生的粉尘、烟雾等物质对地面环境和操作工人的身体健康而言是有害的，为了减少这种危害，化工类企业通常使用离地面高度控制在50～200m之间的高架火炬，火炬的正常燃烧示意图如题1所示，燃气通过火炬筒体传送至火炬头，通过点火设备点燃燃气形成火焰，正常无风状态下的火焰是竖直向上的，有风状态下的火焰燃烧现象为火焰顺着风的方向燃烧，如图2所示。

1.2 工业火炬头燃烧过程中存在的问题

针对图1-2所示意的有风状态下的火炬燃烧现象，其主要形成原因是有风状态下空气流动的速度不相同，围绕火炬筒体形成空气漩涡，导致旋涡内外存在一个气压压强差，受压强差的作用，燃气传送至火炬头之后，被吸引至空气旋涡的中心，使得火焰沿着火炬筒体燃烧，对火炬装置造成损害。同时，工业火炬未采用高空架设安装方式，因此对于火炬燃烧状态的监测工作开展存在一定的难度，针对火炬头燃烧特性的分析一般采用构建几何仿真模型的方法，尽可能的从理论上分析火炬头的燃烧特性，明确和探究减少火炬损坏的方法。

1.3 构建几何仿真模型

针对工业火炬头燃烧特性的几何仿真模型将点火器、长明灯等火炬头附属结构进行忽略，只保留火炬筒体的建模数据，对分析结果并没有什么影响。另外，在進行火炬头燃烧的几何仿真模型构建时，实际的火炬头工程是在一个完全开放的空间下进行的，但是建模不可能保证空间的完全开放性，因此只能尽可能地扩大建模的空间，保证燃烧情况能全面包括以及空间的便捷对计算分析的结果影响最小，这样构建的几何仿真模型才足够“仿真”，针对模型计算分析的结果对实际工程有一定的参考指导意义。

2 工业火炬头的防风原理

2.1 破风圈介绍

由于空气旋涡作用是损害火炬头和火炬筒体的主要原因，因此结合工业火炬高空架设的安装方案，使用如图3所示的破风圈来抑制空气旋涡的产生，减少火焰燃烧对火炬设备的损害。图3是破风圈结构的俯视图，可以观察到破风圈是由多个厚度、长度一致的板，保持一定的半径，围绕火炬筒体均匀设立的。图4是破风圈几何模型的局部放大图，从图中可以看出，安装间隙A是指单个板到火炬筒体的垂直距离，该距离不宜过大，当安装间隙A过大时，火炬头的体积过大，使得火炬结构不稳定，整体容易倾斜甚至倒塌。遮挡角λ与空隙角θ的比值叫作遮挡率，一般用小写字母k表示。在实际的火炬头工程安装施工过程中，为了减少火炬头的重量，破风圈薄板的数量不宜过多，但是从防风性能上考虑，薄板数量也不宜过少，因此在实际火炬头安装施工工程中，k一般取50%，以此为基点设计分析薄板数量与角度。另外，在进行破风圈的实际安装施工时，通常将破风圈安装在点火器和长明灯内，或者安装在点火器和长明灯外，这两种方案虽然依据的防风原理不同，但是都可以有效地进行火炬头的防风工作，是目前常用的两种破风圈安装方案。

2.2 破风圈的设计原理

从上文的分析可以得知空气漩涡的产生和作用方式，同时也知道了破风圈对于火炬装置起到一个抑制空气旋涡产生，避免火焰燃烧对火炬筒体和火炬头造成损害的作用，破风圈的防风原理是通过薄板将风状态下的流动空气分割成多股细小的气流，形成薄板内外的气压差，造成气流受气压作用绕薄板流动形成途中的扰流气流。同时尾流区气流收到薄板作用形成图4所示的回流，产生的壓强正好抵消了空气旋涡的负压状态，避免了对燃气和火焰的吸附，减少对火炬筒体和火炬头的损害[1]。

3 结束语

综上所述，通过对工业火炬头燃烧特性的分析，明确火炬头和火炬筒体容易受到损害的原因，结合先进的几何仿真模型构建技术，对原本难以监测和观察的工程现象进行计算分析，采用破风圈结构，达到对火炬头的防风功能。同时，几何仿真建模技术不仅只是用于工业火炬头燃烧特性的分析，在其他难以直接观测的工程项目中也能提供直接的帮助。

参考文献

[1] 石敬斌.工业火炬头燃烧特性及其防风原理的研究[D].太原理工大学，2014.

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