火炬系统是石油化工企业重要的安全环保设施之一。地面火炬由于安全性能高、维护方便、成本低等优点，应用日益广泛。但是，工业废气在燃烧时没有充分燃烧，有黑烟析出，污染环境。为此，本文主要通过CFD方法对燃烧过程进行仿真模拟，研究分析燃烧器结构对废气燃烧以及析出黑烟的影响。通过优化燃烧器结构来保证安全生产，对减缓日益严重的世界环境污染具有重要意义。　　本文基于Fluent软件，运用SSTk-?湍流模型，Eddy dissipation燃烧模型和双步碳烟模型(Tesner model)，以C3H8为燃料，O2为氧化剂，对圆形和非圆形出口的燃烧器进行燃烧数值模拟，得到各自的温度场以及组分的分布情况；根据组分分布绘制沿火焰中心轴线的碳烟排放曲线，比较不同出口形状燃烧器的碳烟排放曲线，直径为6mm的圆形出口燃烧器的碳烟排放量最大，而边长为8mm的正三角形出口燃烧器的碳烟排放量最小，后者是前者碳烟排放量的0.45倍，说明正三角形出口利于燃气与空气混合，促进燃烧，降低碳烟排放。　　针对实际应用的地面火炬燃烧器，为优化其结构模型，对喷孔直径、喷孔间距、幅板倾角等三因素变量进行正交试验，运用极差法分析试验结果，发现喷孔直径对地面火炬燃烧器的燃烧和碳烟排放的影响最大，喷孔直径越小，越有利于燃气燃烧，降低碳烟排放。因此，喷孔直径为5mm，喷孔均匀排列，间距为17mm，幅板倾角为15°的燃烧器为最优模型，其碳烟排放量为6.53×10-4。总之，在燃烧器允许的压力范围内，缩小喷孔直径，增加燃烧器内腔的压力，提高燃气出口速度；并均匀分布喷孔，能有效降低碳烟排放量。　　为研究燃烧器间距及排列方式对燃烧和碳烟排放的影响，对不同排列方式及不同间距的一排燃烧器进行数值模拟。对比分析试验结果，对于均匀排列的燃烧器，随着间距逐渐增加，燃气与更多空气混合燃烧，使得火焰高度和碳烟排放量逐渐降低，但是，随着间距继续扩大，燃烧器间相互作用减弱，高温区域减少，碳烟排放量反而增加。对于不均匀排列的燃烧器，较小的燃烧器间距是影响燃气完全燃烧的主要因素；因此，在燃烧器间距总长不变的条件下，燃烧器均匀排列是最优排列方式。综合比较试验结果，发现1.5m间距不仅能够促进空气与燃气的混合，而且可以扩大高温区域，降低碳烟排放。所以燃烧器以1.5m间距均匀排列是燃烧器最优的排列结构，其火焰高度为12.9m，碳烟排放量为4.38×10-4。以上结论为优化地面火炬燃烧器结构、降低碳烟排放提供指导。