有機氟化工廢物焚燒爐燃燒工藝及自動控制

鄒 平

（浙江巨化股份有限公司氟聚合物事業部，浙江 衢州 324004）

氟化工

有機氟化工廢物焚燒爐燃燒工藝及自動控制

鄒 平

（浙江巨化股份有限公司氟聚合物事業部，浙江 衢州 324004）

介紹了有機氟化工廢物焚燒爐工藝及自動控制系統，從焚燒理論出發，推導出了廢液、廢氣及燃氣與空氣的燃燒比例計算方法，由此計算得到，1 kg廢液和1 m3廢氣完全焚燒分別需要空氣1.574 m3和2.370 m3。在實際使用過程中得到驗證，并取得較好效果。

有機氟化工；焚燒爐；燃燒比例

某有機氟化工廠家有1套廢液、廢氣焚燒爐裝置，該焚燒爐裝置工藝先進，技術成熟。生產中產生的各種有害廢液、廢氣，通過添加燃料氫氣與一定的過剩空氣量在高溫下燃燒后排放，以達到保護環境的目的。

在實際生產過程中，廢液、廢氣及燃氣的組成會因各種因素發生變化，按照整個焚燒爐的工藝設計理念，必須首先保證廢液、廢氣及燃氣與空氣的正確燃燒比例，才能保證廢液、廢氣的完全燃燒，減少焚燒過程中有害物質的產生及減少因配比不當導致的焚燒爐損壞，因此，根據廢液、廢氣組分的變化，正確計算廢液、廢氣與空氣的燃燒比例，并掌握廢液、廢氣與空氣的燃燒系數比的調整方法，是焚燒爐廢物完全燃燒運行的重要保障[1-2]。

1 工藝簡介

廢液用氮氣壓送至焚燒爐的霧化裝置，廢氣由調節閥減壓后送往廢氣噴嘴，氫氣經調節閥控制送入燃氣噴嘴，與從鼓風機送入的過量空氣經配比后在焚燒爐膛內高溫燃燒，其中的有機物在爐膛燃燒分解，合格尾氣排入大氣。

根據不同的廢液、廢氣及燃氣組成，分別設定廢液、廢氣及燃氣等單股物料與空氣的燃燒比例，所需的空氣總和再乘以一個過量系數，以保證完全燃燒。燃燒控制采用2個串級回路的控制系統：

串級回路一：焚燒爐溫度TIC-01與氫氣流量FIC-03之間的串級控制，通過此回路控制焚燒爐的溫度；

串級回路二：燃燒空氣總量與廢液、廢氣及燃氣流量成串級回路，按照預先設定好的廢液、廢氣及氫氣與空氣的燃燒比例，在燃燒過程中自動計算出所需要的空氣量。

2 高溫焚燒理論分析

焚燒爐焚燒的主要物料是氫氯氟烴（CnHmClpFs），包括四氟乙烯、六氟丙烯、八氟異丁烯、八氟環丁烷、氟醚和甲醇等，在1 350℃的高溫下裂解成C、H、Cl、F，這些單個原子通過與氧和水的進一步反應，生成二氧化碳和水、氯化氫和氟化氫等，是一種典型的分子裂解、原子重組的化學反應[3]。

主反應（裂解反應）方程式：

副反應方程式：

微量反應方程式：

此外還有其他溶解副反應。在焚燒過程中通入裝置空氣（O2）和蒸汽是有利于式(1)反應進行，加快反應進程，以及式(5)和式(6)朝右移動生成更多的氯化氫、氟化氫。

3 燃燒比例的計算

3.1 說明

1)廢液、廢氣完全裂解和燃燒，即遵守式(1)～式(6)；

2)根據焚燒爐先進成熟的工藝設計理念和在實際生產中尾氣所達到的排放標準，忽略微量反應(7)和(8)對燃燒系數推導的影響；

3)按照式(3)和式(4)，物料中的 C、H、S 是耗 O 原子組分，其消耗的空氣量按反應方程式計算；物料中所含的O原子相當于空氣提供的O原子；

4)按照式(5)和式(6)，物料中的 Cl、F 在反應中消耗水分子（來自蒸汽及氫氣燃燒所產生的H2O）中的H原子，每反應掉1 mol的Cl原子或F原子，可從水分子中置換出0.5 mol的O原子，這部分置換出的O原子與空氣提供的O原子作用相當。

3.2 計算公式

由上述，可得到普遍化的計算公式。1 mol物料完全焚燒需要的O原子的量：

1 mol物料需要供應的空氣體積：

式中，x(C)、x(H)、x(S)、x(O)、x(Cl)和 x(F)分別為物料中 C、H、S、O、Cl和 F 原子的摩爾分數；Vm為理想氣體的摩爾體積，0.022 414 m3/mol；φ(O2)為空氣中O2的體積分數，21%。

3.3 實例

具代表性的焚燒物料組成見表1。

廢氣和氫氣（標準狀態）的密度分別為4.87和0.097 kg/m3；1 kg 廢液折算為 92.53 mol，1 m3廢氣折算為325.27 mol，1 m3氫氣折算為89.85 mol。

表1 廢液、廢氣和燃氣組成Tab 1 Composition of waste liquid,waste gas and fuel gas

根據上述條件及式(9)和式(10)可得：

1 mol廢液完全焚燒需要的O原子的量n液(O)=0.319 mol，即1 kg廢液完全焚燒需要O原子92.53 mol；需要空氣 0.017 mol，即 1.574 m3。

1 mol廢氣完全焚燒需要的O原子的量n氣(O)=0.418 6 mol，即1 m3廢氣完全焚燒需要O原子325.3 mol；需要空氣 0.026 mol，即 2.370 m3。

1 mol氫氣完全焚燒需要的O原子的量n氣(O)=0.494 5 mol，即1 m3氫氣完全焚燒需要O原子325.3 mol；需要空氣 0.022 mol，即 7.262 m3。

4 結論

計算得到，1 kg廢液和1 m3廢氣完全焚燒分別需要空氣1.574 m3和2.370 m3，采用以2個串級比值調節為基礎的先進控制，在控制上與工藝上均是可行的，能比較精密、準確的計算出燃燒空氣的流量，確保有機氟廢物的完全燃燒。同時，經過生產實踐驗證，在原料組成發生變化時，調整物料的燃燒比例，能保證廢液、廢氣完全燃燒，焚燒爐排放的尾氣符合環保標準。該方法能夠在類似的焚燒裝置上推廣應用。

[1]余秉權.焚燒爐控制系統[J].石油化工自動化,2003(6):31-33.

[2]汪琦.化工焚燒爐的燃燒過程和結構類型[J].化工裝備技術,2004,25(3):44-47.

[3]劉勇.焚燒爐環保裝置節能技術應用[J].上海節能,2003(3):15-17.

Combustion Technology and Automatic Control of the Incinerator in Waste of Organic Fluorine Chemical Industry

Zou Ping

(1.Fluoropolymer department,Zhejiang Juhua CO.,LTD.,Quzhou,Zhejiang 324004)

Introduced the technology and autoclave control system of the incinerator in waste of organic fluoride chemical industry,deduced the combustion ratio calculation method of waste liquid,waste gas,gas and air,and got the result that 1.574 m3and 2.370 m3air were needed for completely burning 1 kg waste liquid and 1 m3waste gas respectively.The method was proven in the process of actual use.

organic fluorine chemical industry;incinerator;the ratio of combustion

X783

ADOI10.3969/j.issn.1006-6829.2012.02.002

2012-01-05；

2012-02-09