随着石化行业的迅猛发展，对石化及其后续生产装置的安全稳定运行提出了更高要求。在开停车、正常生产和事故排放时，会有大量易燃易爆有毒有害的火炬气排出。为保证生产装置系统的稳定和安全，不能直接放空，应设置火炬系统对其进行及时、安全的燃烧处理。

本课题根据现有火炬系统的主要技术参数和性能指标，分析现有火炬系统的优劣，针对不足点提出改进方案。在现有火炬系统的整体方案调研的基础上，对火炬系统的重要组成部件燃烧器的参数和技术问题进行综合分析，选取八爪型火炬燃烧器进行模型建立，通过数值模拟的方法对火炬系统的燃烧特性进行分析。

采用湍流模型、组分输运模型、污染物生成模型、宽频带噪音源模型、F-W-H噪音传播模型对八爪型燃烧器的流动、燃烧、传热及噪音生成和传播衰减过程进行了全场模拟，获得了燃烧器的全部流场分布规律,为八爪型燃烧器的结构改进从机理角度提出有效改进方向。

对火炬气的燃烧进行数值模拟不仅为燃烧器的结构优化提供数值验证，更避免对燃烧器性能进行实际的反复测试和修改，大大降低设计成本和研制费用。本课题研究的八爪型燃烧器反应燃尽率高、热辐射少、NOx浓度低，燃烧噪声压级小。有效促进了节能减排，做到环保性、经济性和工艺性。

现有火炬系统由于处理的火炬气热值高，组分重，燃烧时极易产生黑烟，必须采取相应措施进行处理，才能保证无烟燃烧。从国内外现有技术的燃烧器的比较分析，燃烧器的设计、喷孔结构和排布等从很大程度上制约了地面火炬的处理能力和燃烧效率。

基于上述火炬性能指标要求，对火炬头的性能研究中，燃料高速射流与空气的强烈剪切和混合过程和燃料与氧气的燃烧反应、传热及噪音传播过程中涉及到多种物理量的测量及分析，燃烧形成高温场不便测量且费用较高。本项目采用数值模拟的方法对八爪型火炬头在燃烧塔内的工作过程进行重现，通过多工况的变化进行全场模拟和分析，为新型炼厂地面火炬的开发提供理论指导。

基于对八爪型燃烧器在各种工况下的详细数值模拟，提出以下燃烧器结构改进建议。

增大各分支喷孔和数值方向上的夹角，以增加燃料跟空气的混合程度，加快燃烧反应，降低火焰高度；

八角形燃烧器各燃料分支由水平放射性分布改为由中心向下倾斜布置；

在八角形燃料分支间布置水蒸气喷嘴，消烟降温作用，一定程度降低NOx生成。

以上措施将有效有效减少NOx的排放，具有燃尽率高，热辐射少，噪声压级小的特点，高效节能环保。在投入生产前，通过计算机模拟获得火炬气燃烧情况，为燃烧器的结构优化提供数值验证，指导设备的改进情况，节省投入成本。