火炬高度设计及环保达标核算

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1、 148 广州化工2011年39卷第3期火炬高度设计及环保达标核算刘元琴（国核电力规划设计研究院，北京100094）摘 要：火炬岛度设计是化工行业火矩工艺计算的重点。根据国内外火炬工艺设计规范,初步确定火炬垠大气址和烟囱奇度. 通过大气污染物扩散模式核算火矩髙度,提出了不同与一般烟囱的火炬烟气抬升高度的计算公式;分析火矩高度和地面热辐射一定 时不同风速下，无障碍半径和最大落地浓度的关系。关键词：火炬高度计算;地面热辐射强度;戢大落地浓度Design of Torch Height and Environmental CalculationIJU Yuan _ qin(State Nuclear

2、 Electric Power Planning Design & Research Institute, Beijing 100094, China)Abstract: Torch process design focus on the height calculation Based on the torch process design specifications, the maximum gas volume and height were calculated Using the air pollutant dispersing model, the torch height wa

3、s evaluated, and it was speculated that the calculating formula of the gas uplift height was different from that of the general chimney, the curves of no barrier radius y the maximum landing concentration of pollutants and its location with the diflerent wind speeds were drawn at the certain torch h

4、eight and thermal radiation. 148 广州化工2011年39卷第3期Key words： design of torch height； the ground thermal在化工、石化及炼油行业迅猛发展的今天生产装置的大型 化、现代化、集中化，使得对生产装鏗运行的稳定提高了吏求。 为了保证生产装垃的系统稳定和安全使排气操作尽可能不影 响装還自身及周边的装迓的正常运行，保护周边生态环境通席 将在开停车、亭故或正卅生产时排放的易燃、有毒.有腐蚀气体 经火炬系统燃烧后排入大气。因此，要求火炬系统在工艺装置 各种排放条件下，能及时、安全地进行燃烧排放,且燃烧时对地 面及周

5、边装置产生的热辐射在规范允许范围之内，火炬排放的 有害物质得以充分燃烧分解燃烧后的烟气排放符合环保规范 要求以免造成环境污染。而火炬烟囱高度在一定意义上主要 彫响着对地面的热辐琳和污染物最大落地浓度所以火炬烟囱 商度应从这两方面计箕和核算，尽可能减少对环境的污染。火 炬烟囱和一般烟囱排放废气的形式不同，不能直接应用规范或 标准中的公式进行环保核算，所以有必要分析火炬烟囱烟气中 污染物的达标排放以便火炬工艺设计计算。1火炬高度设计根据目前火炬工艺设计常用的规范石油化工燃料气系统 和可燃性气体排放系统设计规范XSH3009-2001），进行火矩高 度计算C1.1 一般要求（】）排放气体为理想气体。

6、（2）火矩出口气体排放压力取为当地大气压。radiation ； the maximum landing concentration（3）计算火矩出口气体允许线速度时马赫数值如下:单个装 置:开停工产生站大排放凤时.一般取02$局部停电、停水等事故 造成若干泄压设施同时泄放而产生最大推放量时，一般取0.5。（4）火矩头直径应满足有效流通截面积的要求。（5）计算火竝高度时，允许热辐射强度（或称热流密度）（包 括太阳热辐射强度）取值如下:操作人员需要连续暴露的任意地 点一般取1.5 kW/m2；无防护设施，但操作人员有适当防护衣 着并需要停留几分钟的地点，一般取4. 7 kW/m2 ；操作人员进入

7、 火炬筒体卜部梯子、平台或火矩周围设备（如塔、隼等）梯子.平 台只能够停留儿秒钟时间就需撤离现场的地点一般取94 kW/m1.2确定火炬最大气量火炬U排放系统必须满足放大工况下班故排放宦的需要. 以保证排放畅通不使排放系统出现憋压现象影响生产装置的 安全。按照国内外规范及大型工程公司论证最大火炬气排放 址可按以下几科方法计算：（1）全部叠加（按照事故工况涉及面考虑）;（2）单-址大事故推放蜃+正常推放联；（3）单-最人爭故排放虽+30%可能同时发生爭故排放矢（4）单一履大爭故排放fixl.i（安全系数）。作者简介:刘元琴（1980-），女环保工程师、注册环评工程师，主婆从爭环保设计和环评工作。

8、E - mail ：yuchenl98OO4 126. com以某焦炉气生产液化天然气项目排放火炬的气体数据为 例火炬最大气就选择设备故障时，最大丁况下的排气低，正常 无排放凤具体的排放参数见表1。1.3火炬筒体出口直径计算火炬筒体出口直径按式(1 -4)计算:1. 128(1)1 (；3600pua(2)u9 = mVs(3)-Vf(4)根据表1中的数据，可求出火炬筒体出口斤径为018m o火炬筒体高度计算火矩筒体斋度按式(57)计算：H,=寸-(X -|-sinp)J - -cosp + hl(5)(6)Q = 2. 78xlO 7Z/t(7)表1火矩排放数据表排放流1st排放温度/弋泄放

9、压力G/(MPa)平均分子敬绝热指数低热值 /(Sg)火炬气中的含硫物质有机 t/(mg/s)H2S/(mg/s)12 900402.411.551.4766 8453033 621从式(5-7)中可以看ti仁在火炬排放气体的基础数据一定 肘影响火炬筒体岛度的参数主要冇热辐射强度5无障碍区域 半径X和最大受热点至地面的垂立距离hto当放大受热点至地面的垂貢距离hl为0火炬烟囱高度h 取不同的高度时，发现热辐射强度q和无障碍区域半径X呈现 图1中变化曲线。S I不同火念烟関高度时的热辐射强度与无障碍区域半径之间的关系从图1可以看出：(1) 当火炬烟囱高度Hs増加，热辐射q随X增加减少趣 慢；(2

10、) 当火炬烟囱高度Hs 一定时随着X增加热辐射q降 低;并ft X 40 mtq降低幅度减小；(3) 当Hs 45 m时，地面上任何一点的q值都小于1.5 kW/m? 即操作人员可以连续暴弟旦热辐射对沟国环境的污染 可以接受稔鉴于火炬投资费用和其他要求结合热辐射强度选择火炬 烟囱高度为35 m无障碍半径为30 m02运用大气扩散模式核算火炬烟囱高度烟闵高度对扩散稀释污染物及降低污染物的落地浓度起若 重要作用。火炬烟囱關度核算中遵循的基本原则是保证火矩气 燃烧后排放的污染物所适成的最大落地浓度不超过坏境空气质 量标准(即规定环境控制目标)。2.1最大落地浓度估算2.M烟气抬升岛度ZXH计算估算处

11、大落地浓度C.必须确定源沒Q、平均风速有效 源高H和扩散参数。八6的值。Q值可通过工艺计算得到,u和 /八7可以实测或相关资料计算得到，关键是确定H值。H足烟 囱几何高度s和烟气抬升高度AH之和，Hs由上文计算得到. 因此现在玻重要的是计算烟气抬升高度AH,烟气抬升产生的原 因有二:一是烟气在烟囱内向上运动，具有-定的初始动*使 其离开烟囱后继续上升即动力抬升;二是由尸烟气的温度商J- 周围空气的温度而产生-定的浮力,在浮力作用下上升，即浮力 抬升或热力抬升。动力抬升高度取决于烟气出口的流速和烟囱 出口直径，而浮力抬升主要取决于烟气与周憎大气之间的温差。 H计算目前常用的公式有三种：霍兰徳(H

12、olland)公式； 布世吉斯(Briggs)公式;我国国家标准指定地方大气污染物排 放标准的技术方法XCB/T13201 -91 )中规定的公式。因前两 种方法务有局限性所以以卜计算采用国家标准规定的公式。 一般烟囱和火炬烟囱有一定的不同从火炬烟囱中排放的气体 需经过燃烧后排放所以计算AH时应考虑以下因素：(门火炬气燃烧火焰高度火矩气在火炬头燃烧时会产生一定的火焰高度，所以AH 应叠加火炬冗燃烧火焰高度。(2) 燃烧后烟气的SJ度火矩气燃烧后烟气的温度大于火矩代排出的温度所以在 计算时烟气与外界空气的温差应是火炬气燃烧后烟气能 温度与外界空气的温度的杀值。根据现场监测数据一般火炬 气燃烧石烟

13、气的温度大约500600弋。(3) 平均风速u在国家标准规定的公式中半均风速u与AH成反比，所12 楚否合理确定平均风速u对AH值影响较大。火炬气燃烧时4 在-定的火焰髙度，所以汁算的所需参数风速应该是火力 顶端的平均风速S而非火矩烟囱出门处的平均风速。(4) 燃烧后的烟气速率火矩气从火炬烟囱排出时，具有一定的线速度火炬头点21 000 kj/s2011年39卷第3期广州化工149 % E及巾按城市及近郊区选取 所以/=哑些+如U7(8)=187 m相对火炬烟囱儿何高度h很大，远高r火矩烟囱几何高 度H,2.1.2最大落地浓度估算最大落地浓度估算公式采用冃前常用的高斯扩散模式中烟 流中心线上污

14、染物的最大浓度计算公式:(10)公式(9)是基于对空和a*实际变化规律即假定严 常数(勺和6均为簿的函数)，除了极稳定或极不稳定的大气条 件,通常取5 =0. 5-1.0,本文取=0. 50(H)(12)按照帕斯奎尔和吉福徳的P-G曲线，X在10 km范围内, 和X.之间呈线性关系根据英国伦敦气象局结合P-G曲线制 成的表格中的数据得到：X. = 52 95)/0.06(13)2.2核算火炬烟囱高度根据公式(5 -7)和(8 12)，绘制火矩高度Hfc=35m时，不 同风速下，地面热辎射q = l5 kW/m2时无障碍半径x的变 化曲线、最大落地浓度C的变化曲线及最大落地浓度出现位強 Xm的变化曲线见图2-4。X1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 IL0图2不同风速下无障碍半径的变化曲线从图