作品名稱：八爪型煉廠地面火炬
學校名稱：中國石油大學（北京）
參賽隊伍：Three iron men
參賽學生：丁夷非 劉聰 于富海
隨著石化行業的迅猛發展，對石化及其后續生產裝置的安全穩定運行提出了更高要求。在開停車、正常生產和事故排放時，會有大量易燃易爆有毒有害的火炬氣排出。為保證生產裝置系統的穩定和安全，不能直接放空，應設置火炬系統對其進行及時、安全的燃燒處理。
本課題根據現有火炬系統的主要技術參數和性能指標，分析現有火炬系統的優劣，針對不足點提出改進方案。在現有火炬系統的整體方案調研的基礎上，對火炬系統的重要組成部件燃燒器的參數和技術問題進行綜合分析，選取八爪型火炬燃燒器進行模型建立，通過數值模擬的方法對火炬系統的燃燒特性進行分析。
采用湍流模型、組分輸運模型、污染物生成模型、寬頻帶噪音源模型、F-W-H噪音傳播模型對八爪型燃燒器的流動、燃燒、傳熱及噪音生成和傳播衰減過程進行了全場模擬，獲得了燃燒器的全部流場分布規律,為八爪型燃燒器的結構改進從機理角度提出有效改進方向。
對火炬氣的燃燒進行數值模擬不僅為燃燒器的結構優化提供數值驗證，更避免對燃燒器性能進行實際的反復測試和修改，大大降低設計成本和研制費用。本課題研究的八爪型燃燒器反應燃盡率高、熱輻射少、NOx濃度低，燃燒噪聲壓級小。有效促進了節能減排，做到環保性、經濟性和工藝性。
現有火炬系統由于處理的火炬氣熱值高，組分重，燃燒時極易產生黑煙，必須采取相應措施進行處理，才能保證無煙燃燒。從國內外現有技術的燃燒器的比較分析，燃燒器的設計、噴孔結構和排布等從很大程度上制約了地面火炬的處理能力和燃燒效率。
基于上述火炬性能指標要求，對火炬頭的性能研究中，燃料高速射流與空氣的強烈剪切和混合過程和燃料與氧氣的燃燒反應、傳熱及噪音傳播過程中涉及到多種物理量的測量及分析，燃燒形成高溫場不便測量且費用較高。本項目采用數值模擬的方法對八爪型火炬頭在燃燒塔內的工作過程進行重現，通過多工況的變化進行全場模擬和分析，為新型煉廠地面火炬的開發提供理論指導。
基于對八爪型燃燒器在各種工況下的詳細數值模擬，提出以下燃燒器結構改進建議。
增大各分支噴孔和數值方向上的夾角，以增加燃料跟空氣的混合程度，加快燃燒反應，降低火焰高度；
八角形燃燒器各燃料分支由水平放射性分布改為由中心向下傾斜布置；
在八角形燃料分支間布置水蒸氣噴嘴，消煙降溫作用，一定程度降低NOx生成。
以上措施將有效有效減少NOx的排放，具有燃盡率高，熱輻射少，噪聲壓級小的特點，高效節能環保。在投入生產前，通過計算機模擬獲得火炬氣燃燒情況，為燃燒器的結構優化提供數值驗證，指導設備的改進情況，節省投入成本。
