火炬介绍

6.1.2火炬

6.1.2.1 概述

沼气火炬的设置，早期被用于小型垃圾卫生填埋场和产气量不稳定或较小的沼气工程，此时尽管沼气量偏小，不具备利用价值，但从保护环境、杜绝安全隐患角度出发，不能采用直接放空的方式，而应设置火炬系统将其进行及时、安全的燃烧处理。

随着沼气工程技术的不断发展，对沼气火炬的功能也在不断完善，具体来讲，通过火炬燃烧达到了如下处理目的：其一，燃烧掉绝大部分可燃组份（主要是甲烷），避免直接排放易于造成局部浓度过高进而达到爆炸极限的安全隐患。

其二，通过燃烧，对沼气中的硫化氢、氨气以及有机污染物进行了有效去除，减少了对大气环境的污染。

其三，具有较大的操作弹性，能较好地适应处理气量的波动，对于沼气利用项目，可将资源化利用之外剩余的沼气部分进行无害化处理，发挥了平衡沼气产生与利用总量之间差额的作用。

其四，当沼气工程项目运行出现问题而导致沼气品质与设计值有较大偏移从而无法正常利用时，或者沼气利用设施发生故障等情况时，火炬作为安保措施承担着应急处理的功能。

此外，从碳减排角度看，沼气火炬更被视为一个必要且简单的甲烷燃烧摧毁设备，能以较低的投资成本和运行成本实现温室气体减排，从而获得减排碳交易量。

由于火炬具有上述诸多功能，使得火炬在各种类型沼气项目

中都成为一个重要的组成部分。无论规模大小，无论是否资源化利用。

因此火炬系统是保障沼气工程项目安全生产的必要措施，兼顾了生产、安全和环保三大功能。尽管人们对火炬烧掉大量可燃气体而感到可惜，期望尽可能减少通过火炬燃烧的沼气量，但还不能在沼气工程的全生产过程以及全运行周期中将其取消掉，因此现阶段火炬系统依然为沼气工程生产工艺流程中的有机组成部分之一。

火炬尽管具有上述在沼气工程应用系统中不可替代的作用，其自身在运行过程中所产生的潜在二次污染隐患也不应被忽视，主要体现在如下方面：

一个方面是燃烧后烟气是否超标，其主要污染物是SO2和NOx，其中SO2来源于沼气中的硫化氢，若脱硫措施可靠，可以有效控制烟气中的SO2浓度，NOx则来自于高温燃烧，当燃烧充分，燃烧效率高时易于造成NOx浓度增加。

另一个方面是应保证充分燃烧，避免出现局部燃烧不完全或短流排放现象。

另外，火炬运行中的噪声、热辐射、光辐射状况也应给予重视，并采取措施予以控制，确保对工作人员的安全防护。

6.1.2.2 沼气火炬的类型

从沼气火炬的应用场合讲，可将沼气火炬分为三类：

a.高空火炬

b.地面封闭式火炬

c.移动火炬

高空火炬是最早的火炬应用方式，其燃烧器通过管道高架于空中，火焰在空中呈扩散燃烧方式。图6-1为设置在某垃圾填埋场用于燃烧垃圾填埋气的高空火炬。

图6-1 高空火炬

随着火炬技术的发展以及对火炬燃烧过程的测控要求，火炬系统也发生了很大的变化，近年来地面式火炬系统得到快速发展，其中最重要的类型就是地面封闭式火炬。

所谓地面封闭式火炬是指火炬燃烧器为非高空安装的火炬装置，燃烧器上所形成火焰被火炬筒体与外界隔离，这样燃烧火焰产生的声、光、热等辐射作用均被封闭在火炬筒体内。地面封闭式火炬的最大优势是可对燃烧过程进行有效调控，确保了燃烧效率，而且也有利于控制二次污染，下图为某大型地面封闭式火炬。

图6-2 地面封闭式火炬

相对于高空火炬，地面封闭式火炬具有如下特点：

●在投资方面：高空火炬的投资比较少，地面封闭式火炬的

投资比较多。

●在建设用地方面：高空火炬的支架及相关的附属设备占地

面积比较小，但高空火炬的热辐射范围比较大；地面封闭式火炬的占地面积比高空火炬的大，但地面火炬的热辐射范围比较小。

●在工艺流程方面：高空火炬为单路进气模式，地面封闭式

火炬则往往为多路进气模式。

●在处理能力方面：高空火炬会受到火炬塔高的限制，单只

火炬头的处理能有限；地面封闭式火炬在保证气流分配均匀的前提下，可以实现分级燃烧，处理能力比较大。

●在燃烧效果方面：高空火炬在排放量大的时候会出现燃烧

不完全的情况，燃烧效率偏低；地面封闭式火炬采用分级

燃烧的方式，在各种排放量下都能燃烧完全，燃烧效率可

得到保证。

●在热辐射及光污染方面：高空火炬的热辐射范围比较大，

并具有光污染；地面封闭式火炬在正常运行时，热辐射小，基本没有光污染，当大量排放和燃烧不充分时，火焰会超

过火炬筒体顶部产生热辐射和光污染。

●在仪表监控方面，高空火炬比较简单，主要控制吹扫、点

火等操作步骤。地面封闭式火炬比较复杂，除了要控制吹

扫、点火外，还有根据火炬处理量大小控制燃烧器的燃烧

级数，另外还需对燃烧状态（如不同火焰高度处的温度）

进行监测。

由于高空火炬与地面封闭式火炬各有其优缺点，在工程应用中应根据实际需求，选择合理的火炬形式或混合应用模式，以最大化地发挥火炬处理的作用。

作为沼气工程中的运行设备，除了上述的高空火炬和地面封闭式火炬之外，还有一种处理量不大的移动式火炬。移动式火炬往往用于对垃圾填埋场进行探气试验中使用，该装置具有较灵活的移动能力（采用底盘移动或人工移位），可以满足在不同区域进行抽气测试的要求。由于移动式火炬是配合开展探气测试工作使用，往往在其系统中将测试仪表以及测试功能集成到该装置

中，下图为在某垃圾填埋场探测试中应用的移动式火炬。

图6-3 移动式火炬

6.1.2.3火炬系统的组成与功能

（1）火炬系统组成

火炬系统由以下主要设备组成：

●风机：用于向火炬燃烧器输送沼气；

●过滤器：对沼气进行过滤处理，避免大颗粒物质对输

送管道设备和仪器造成损害；

●火炬本体：包括燃烧器、点火器、检测器以及火炬筒

体等，是火炬系统中的重要设备，它的作用是将输送

到火炬系统中的沼气进行燃烧后排放；

●进气阀组：用于控制进气量和进气管路，实现单级或

多级燃烧控制；

●监控设备：对火炬系统的点火、正常燃烧、停火以及

异常情况过程，进行自动监控。

（2）点火设施