摘 要：工业废气焚烧系统应用非常广泛，广州市奇宁化工有限公司排放的可燃性废气是甲醇和二甲醚，这些组分需要高温焚烧后才能排放。本文分析了影响焚烧系统工作效果和安全性的问题——系统的工作区波动问题，并结合燃烧理论，提出了一种软件控制方法，用以解决系统工作区波动的问题，在实践中取得了很好的效果。
关键字：废气；焚烧
化工生产过程中，经常会有易燃、易爆、有毒的气体需要处理，比如大量化工厂用到的甲醇、食品加工行业中的乙醇、燃烧石化中的甲烷、乙烯工业中的乙烷等，这些气体有的没有毒性或是毒性比较弱，比如乙醇、甲烷；有的毒性比较强，比如甲醇，很容易使人致盲和损伤肝功能。毒性弱的气体在不影响生活环境的情况下允许少量排放，但一旦聚集到一定浓度，也会有燃烧爆炸的危险，或者会对环境产生影响，因此工业上一般都要求对废气进行某些处理后才能排放。处理方式主要有化学吸收、回收利用和焚烧法，其中焚烧法又可分为直接焚烧和热量回收焚烧法。当环保要求严格，要求做到零排放时，尾气一般很难被吸收装置100%吸收，此时吸收法不符合要求；另外，当尾气排量比较小时，回收利用经济性差，回收法也不能用；在这两种情况下，一个安全经济的做法就是焚烧后排放。
废气焚烧系统的工作过程一般分为5个步骤：前吹扫→点母火→点大火→正常运行→后吹扫。
前吹扫时，风机开到最大，目的是将系统中聚集的爆炸性气体排除，保证点火不会发生爆炸，前吹扫是靠时间控制的，通常吹扫1至2分钟。
点母火，开一路辅助燃气体，目的是先行点燃一路小火，为点大火做准备，如果没有母火，点大火时可能发生爆炸，这是因为点大火开的是主助燃阀门，大量的煤气送入系统，煤气浓度很容易达到爆炸限，一旦点火器工作，很容易发生爆炸，并损坏燃烧器的金属纤维面。母火点燃与否，通达点火器的温度识别后发出信号给控制系统。
点大火，母火点燃后，需要把系统的温度升高到接近工作温度，此时需要开启系统的主助燃气阀门，使系统温度迅速升高。
正常运行，大火点燃且系统升温到设定值后，系统进入正常运行状态，可以处理废气，此时系统自动接通废气到系统进行焚烧。
后吹扫，当系统发生故障或者需要停机时，需要把助燃气和废气都断开，同时风机以最大转速运行，将系统的温度迅速地降低，同时也把系统的可燃气体排放干净，系统最终停止运行。
尾气焚烧系统一般都会涉及助燃系统控制和助燃风量控制，助燃系统用于稳定系统的最低温度，助燃空气控制用于提供燃烧用的氧气以及对系统工作温度的控制，当工作温度大于设定值时就增加风量以达到冷却的目的，反之则减小。尾气处理的质量和系统的经济性主要由这两个系统决定，这兩个系统是相互影响的。具体表现在：当废气不足且助燃空气过量时，此时温度过低，助燃气体阀门在助燃PID控制回路的作用下慢慢加大，温度会控制在一个值附近，如果助燃空气欠量，此时工作在不稳定区，助燃气体会越开越大，但温度却无法升上来，造成严重的浪费和安全隐患；当废气足量但助燃空气欠量时，会造成废气燃烧不完全，从而造成排放不合格。
为了解决这个问题，一些系统引入了在线氧含量分析仪器，但由于尾气处理系统温度比较高，多数在1000℃以上，仪器工作环境恶劣，容易损坏，并且在线仪器需要经常校准，所以使用在线仪器的维护量比较大，可靠性却比较差。
为了克服以上在线分析法的不足，笔者在实践中使用了一种软件动态判断和控制方法，取得了较好的效果。现介绍如下：
图2是系统工作温度与助燃风机转速的关系图（工业废气量固定时）。中间虚线把曲线分为两个区A和B，其中A区是欠氧区也是不稳定区，B区是过氧区也是稳定区，P点是平衡点。助燃空气用于提供焚烧的氧气与及控制系统的温度。
工作点位于A区时，当某种因素使温度降低时（T0→T1），助燃风机会在PID控制作用下速度下降（N0→N1），造成助燃空气的进一步下降，由于助燃空气不足，从而又造成温度的进一步下降，温度进一步下降又造成风机转速下降，循环作用后，系统进入严重欠氧区，工作完全不正常（相当于一个正反馈系统）。当某种因素使温度升高时，助燃风机会提高转速，从而温度进一步升高直到临界点。
工作点位于B区时，工作情况和A区正好相反，系统相当于一个负反馈系统，工作是稳定的。以上分析可知，工作曲线的A区是不稳定区，B区是稳定区，P点是临界点。正常工作时，我们希望系统工作在B区，但系统在某些扰动的情况下，工作点有可能从B区转移到A区，造成系统不能正常工作。比如，工业废气量突然增加很多时，此时系统就会从过氧状态瞬间变成欠氧状态，进入不稳定区。
通过以上分析可知，影响工业废气燃烧系统工作效果和安全性的问题就是系统工作区控制问题。前面已经提到，使用在线仪器进行在线判断的方法目前不是很可靠，投资大，成本高，维护量大。为此，笔者根据以上原理，通过实践摸索后，使用了一种软件动态判断方法，具体做法很简单，在系统运行时，定时给风机一个正的转速增量，并判断温度的增量，如果>0，根据前面的工作曲线可以判定系统工作在A区，反之如果<0，则判定系统工作在B区。
知道了系统的工作区，如果是在A区，下一步就是要进行纠正，使系统回到B区。具体做法是，强制给风机转速一个较大的增量（通常是当前值的一倍，持续时间为数秒），一定要使使系统温度越过临界点P，此后回到正常的PID控制，系统会自动回到稳定工作的B区。
这个判定过程只是系统的其中一个功能，实际使用时，必须要给风机一个最低转速，防止风机进入零速状态，因为风机零速时，系统废气严重欠氧，温度会很低，一旦遇火星，有发生猛烈爆炸的风险。另外系统要加入温度联锁控制和报警功能等，当系统工作温度超过设备的极限时，要立即停止系统并报警。
以上控制方法已经成功地应用在广州市奇宁化工有限公司的废气焚烧系统中，长期运行证明，此种方法工作是可靠的，经济的。
参考文献
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[2]萧琦，姜泽毅， 张欣欣.蓄热式有机废气焚烧炉的数值模拟和应用[J]，北京科技大学学报 2011年05期
